老年性听障患者空间听觉感知的研究进展

张致恺 王宁宇 张娟

老年性听力障碍（presbycusis）又称年龄相关性听力损失（age-related hearing loss，ARHL），是听觉器官随年龄的增长发生老化，并出现听力减退的生理现象，是指老年人出现的年龄相关的双耳对称、渐进性的感音神经性听力障碍（高频下降较为明显）[1]。老年性听力障碍是继关节炎、高血压外，全世界发病率第三的老年性疾病，西方国家约40%～45%的老年人（＞65岁）患有老年性听力障碍，我国≥60岁的听力残疾老年人中有66.87%是因老年性听力障碍引起[2]。老年性听障患者高频听力下降，其单耳或双耳时域精细结构和包络特征的处理能力下降，显著影响其获得、利用空间听觉及噪声下言语理解的声音信息，进而导致其认知和记忆功能衰退，严重影响患者的生活质量，给家庭和社会造成沉重负担，因此针对ARHL者空间听觉感知研究具有重大的社会意义[3]。本文就老年性听障患者的空间听觉机制、声源定位临床检测及其影响因素、存在的问题及研究前景进行综述。

1 老年性听力障碍的空间听觉机制

1.1 听觉传导通路的功能受损

声音信号携带的信息包括强度、频率和频谱特征，声源定位是指听者对声源空间位置包括方位角、距离以及运动声源速度的判定，而人对声源位置的编码依赖于声音到达两耳的时间与强度的不同，即耳间时间差（interaural time difference，ITD）和耳间强度差（interaural level difference，ILD）以及耳廓波谱信号确定声源的空间位置。图1中频率1 kHz声波到达两耳时强度几乎相同，但到达时间不同，因此两耳感受声波处于不同相位[4]。耳廓反射产生的波谱信号示意图见图2，声源由下（-45°）向上（+45°）变化过程中，实际波谱的中央切迹（箭头所指）由低频向高频迁移，这一特征性的波谱为中枢提供了垂直方位角定位信息[4]。对于水平维度的声源定位，听觉系统主要依靠ITD和ILD判断；对于垂直角度定位的判断主要来自于头部、躯干和耳廓对声音方向特异性的反射[4]。单耳对于听觉刺激的短时时域差、TFS（如随时间快速变化的振幅波动）以及时域包络（如随时间缓慢变化的振幅波动）的敏感性对双耳功能起重要作用，而老年人单耳处理此类任务的能力会随年龄增长和听力损失而下降[5]。老年性听障患者早期可出现明显的高频听力损失，因此相对较好的低频听力能使其保持一定程度的水平角度声源定位能力，而高频听力损失会影响耳廓频谱线索，导致其垂直方位声源定位能力下降。

Eddins等[6]报道了不同ITDs的皮层诱发电位，结果表明对于静态ITDs的皮层反应，老年正常听力者的N1、P2波波幅明显更大，对于动态变化的ITDs其N1、P2波潜伏期明显更长，且反应幅度较小，说明随年龄增加，中枢对于双耳时域信息的抑制反应减少。听觉系统神经同步性的损耗随年龄增大而增加，导致下丘敏感性降低及中枢听觉时域处理功能的下降，老年人ITD和ILD的处理能力也随之下降，但是对ITD的影响更为明显，这可能是因为ITD的处理机制有两大影响因素：①神经传递的生理性减缓；②编码时域精细结构（TFS，temporal fine structure）的精确性减少[7]。而ILD的有效处理仅依赖于神经传递的速度，并不依赖于高频TFS编码，ILD线索的神经编码位于听觉脑干，上橄榄的外侧上橄榄复合体从同侧耳接收兴奋性输入的信号，以及从对侧输入起于对侧前腹侧耳蜗核经斜方体内侧核的抑制性信号。为了有效处理ILDs，每个耳蜗核的神经信息必须到达一个时域处理点，年龄增大会伴随着时域处理和抑制的减少，这可能是导致ILD处理受损的机制[8]。

1.2 中枢听觉系统的功能退化

完整高效的听觉神经系统，除了外周向中枢传递信息之外，中枢听觉通路也对外周听觉功能进行敏感性、速度和时域准确性调节，但老年性听障患者听觉反应的敏感性、准确性会逐渐减弱，因此老年性听障患者外周的听力损失及年龄相关的中枢听觉系统的功能退化均被认为是导致其听力障碍的原因[9]。老年人对时域信息处理能力的精确度不足会影响听觉皮层对声源位置的编码，而年龄相关的听觉中枢神经系统会发生神经时域误差（neural temporal jitter），影响时域信息的准确处理，从而导致声源定位的准确性下降[10]。Whitmer等[11]发现老年性听障患者听觉声源宽度（auditory source width，ASW）的感知更宽，探知耳间一致性（interaural coherence，IC）的敏感度降低。这种针对时域处理特异性的损伤与听觉脑干和皮层处理时域信息的精确度降低也有关。Ruggle等[12]采用频率跟随反应检测了不同年龄段受试者在回声环境中的空间选择性注意能力，发现听觉系统在中年期就开始出现时域处理能力降低；研究采用脑磁图检查不同年龄段受试者的听觉皮层变化，发现中年受试者组出现耳间相位信息神经编码（即听觉皮层层面的编码能力）显著下降，而初级听觉皮层与听觉关联皮层之间层级耦连反应变差也是老年动物模型对水平空间定位的反应能力下降的机制之一[13]。Briley等[14]采用脑电图描计了不同年龄组对两侧位置声源的空间调谐曲线，并与已建立的模型比较，发现不同年龄组的空间调谐曲线明显不同，晚期老年人组与模型预测的差别最大，结果提示听觉系统的空间分辨率明显下降，并与听觉中枢系统在皮层对时域信息的表征不佳密切相关，说明老年性听障患者对双耳时域信息处理的皮层反应机制还包括中枢抑制反应减少和神经同步化程度的降低，导致双耳处理信息能力以及声源定位能力的下降。

2 老年性听障患者声源定位的临床检测

2.1 水平及垂直维度的声源定位

老年性听障患者利用与头部、耳廓相关的高频频谱线索和自我移动相关的双耳线索分辨声源的前后位置信息，其在静态环境和动态环境下对前-后位置声源信息的分辨准确率均显著低于健听者。老年性听力障碍患者的垂直平面定位与前-后位置分辨能力均显著下降，而处于老年性听力障碍初期阶段的受试者空间听觉表现介于青年人和“晚期”老年性听障患者之间，说明可用范围的高频频域-时域线索是造成垂直平面以及前-后位置分辨能力下降的主要因素[15]。

水平角度的准确率降低反映了处理双耳线索能力（特别是ITD和ILD）的下降。Abel等[16]发现老年性听障患者时域-频域信息处理和双耳线索（ITD/ILD）处理能力的降低引起了定位能力下降。Strouse等[17]在控制性别和听力敏感度后检查了健听青年和老年的ITD敏感性，发现达到同样敏感度表现的老年人ITD是青年的两倍，当刺激水平降低后，对老年人ITD的分辨能力影响较青年更大。老年人除了外周听力损失引起的听觉表现受损，也有处理时域线索时年龄相关的中枢改变，包括ITD/ILD阈值和间隔检测阈值的增加[18]。

不同的研究手段和范式导致研究结论不一致。Dobreva等[19]采用宽带和限带噪声脉冲比较了不同年龄组声场下的水平和垂直维度声源定位能力，结果提示不同带宽噪声定位准确性随年龄增大而显著下降，表明外周听觉和中枢听觉均有老化，该研究还检查了不同年龄组之间的ITD利用频率上限，发现老年组表现为对特定频段（1250～1575 Hz）的水平定位不准。Otte等[20]却得出了不同的结论，采用0.5～5，0.5～7，0.5～11和0.5～20 kHz的宽带白噪声刺激，在黑暗环境下对儿童、青年以及老年组进行了水平和垂直方位定位的开放性测试，结果发现各组表现在水平方位角测试中无显著差异，说明老年人在双耳定位线索的处理上未见明显退化，即皮层下的处理过程包括双耳ITD和ILD听觉线索分辨能力并未明显降低；但在垂直角测试中老年组在低频刺激时与其他两组表现相当，在7 kHz及以上频率刺激检查中青年两组有显著优势。结果提示虽然老年人耳部形态尺寸会随年龄变大，在有限的高频听力损失情况下，增大的耳廓能一定程度上补偿部分判断仰角位置的高频频谱信息，但垂直角度分辨能力却随着高频听力的损失而降低。

图3总结了高频听力损失老年人可用的声源定位线索[20]。老年性听障患者图中黑色实线代表，其中有效听力范围=刺激强度-听阈，使得对老年人可用的线索限制在ITD和低频ILD范围内，而大部分高频频谱线索处于丢失状态，这可能是老年性听障患者与年轻人仅在垂直角度有显著差异的原因；老年人耳廓增大的尺寸也可以一定程度补偿高频听力损失，使得灰色虚线左移进入有效听力范围，部分老年人结合其神经可塑性可能获得一定程度的定位能力补偿，但大部分老年人的代偿能力十分有限。

图3 老年性听力障碍患者双耳定位所需信息示意图[20]

2.2 声源定位精确度检测及主观测试

老年性听障患者的角度辨别阈（minimum audible angle，MAA）显著大于青年，表明老年人中枢听觉处理能力与青年存在显著差异。Briley等[21]报道了年龄相关的空间定位精确度下降，且在身体两侧的位置空间定位下降更为明显。Freigang等[22]报道随年龄增大和测试角度的偏侧化，受试者的定位准确度下降，老年组对低频噪声的识别准确度比青年组低近23%，而MAA无论是低频还是高频噪声脉冲下，老年组均显著高于青年组，提示在精确度方面年龄带来的影响更为显著，说明随年龄相关的双耳线索（ITD和IID）发生改变，空间听觉的中枢处理能力随之下降，特别是以MAA为证据的时域信息处理能力明显下降，该研究并未发现老年组的准确度和精确度存在显著相关性，但在青年组中两者存在弱相关性（P=0.048），表明两组受试者声源定位准确度和精确度的处理机制可能不同。Banh等[23]采用主观检查发现老年性听障患者的言语、空间及听觉质量量表（speech，spatial and qualities of hearing scale，SSQ）评分均显著低于健听力青年及老年两组，表明年龄相关性听力损失严重影响了患者的听觉感知能力。

3 老年性听障者声源定位检测的影响因素

3.1 年龄

老年性听障患者的特点包括年龄增大以及年龄相关的特征性听力损失两方面。年龄可引起外周和中枢听觉发生改变，包括高频听力损失和时域处理能力下降，使老年人无法有效地利用听觉空间输入信息。Abel等[24]评估了10～81岁健听受试者中年龄对定位能力的影响，发现年龄是定位准确性有显著影响的唯一因素，前-后方位辨别能力随年龄增加而下降，ITD和ILD处理能力也随年龄增加下降约15%；研究对21～88岁的健听受试者进行了ITD和ILD测试，发现随着年龄增加，ITD分辨能力明显下降，而ILD分辨能力却未见明显下降。Dobreva等[19]采用噪声脉冲比较了不同年龄段受试者水平和垂直维度的声源定位能力，结果发现定位准确性随年龄增大而下降，反映老年人外周听觉和中枢听觉均有老化。也有研究发现在控制听力损失后，年龄对时域分辨率的影响不显著[25]；Brimijoin等[15]对比了37名老年性听障患者和健听者分辨前-后声源位置信息的能力，结果未发现年龄与分辨能力之间存在相关性。Glyde等[26]采用噪声下空间语句测试了7～89岁受试者的听觉空间处理能力，结果未发现年龄与得分存在显著相关性，仅听力损失与得分存在负相关。因此，单纯年龄是否为影响水平和垂直角度声源定位的直接因素尚有争议。

对于静态声源定位，年龄相关的改变包括空间敏感度下降、双耳时域精细结构处理能力下降，中年到老年期的听力损失者对精细结构处理能力下降。Otte等[20]认为年龄影响较多是垂直定位而不是水平方向定位，即年龄增加引起高频频谱分辨率下降以及空间位置耳廓线索丢失是影响垂直维度定位的重要因素。虽然生理结构塑造的频谱信息不是年龄依赖的，但中枢对信息的利用度和有效处理时域信息的能力是随年龄变化的，因为老年性听障患者年龄相关的听力变化开始于高频，并逐渐向中频和低频靠近，所以这种频域信息的有效性随年龄增长的下降可能仅由于听觉刺激的减少造成[27]。

3.2 听力损失

听力损失与声源定位表现为负相关，也有研究并未发现两者之间的相关性[28]。老年性听障患者高频听力损失与垂直平面定位能力降低有关，而中高频段的听力损失与前-后位置分辨能力的下降有关，可用范围的高频频域线索特别是6～12 kHz频域线索的退化或丢失，是窄带噪声在垂直平面及前-后位置分辨能力下降的主要原因，并且随着年龄的增加下降的程度会随之增加，配戴助听器后老年性听障受试者对前-后位置的判断能力提高，说明高频听力下降是由于“耳廓”频谱线索减少导致，从而引起垂直定位能力随年龄增长而下降[29]。老年性听障患者空间听觉能力限制的另一种可能是利用听觉频谱线索能力发生年龄相关的下降，但是年龄本身可能并不是引起空间听觉中频谱变化感知能力下降的因素。因此，频谱线索对于空间听力的垂直平面十分重要，并可能通过引起听力损失限制线索的可用性，当听觉刺激足够时，年龄并不限制聆听者利用线索的能力。

听力损失可以引起静态信号空间位置的处理能力下降，其主要原因是双耳功能的本质，听力损失者对于双耳频谱精细结构的敏感度下降表明，听力损失者可能存在耳间相位差灵敏度下降以及ITD、ILD辨别能力下降[30]。听力损失不但妨碍聆听者获得高频频谱信息，而且其处理双耳动态线索的能力也会降低，从而影响其声源定位能力。由于助听器可以补偿损失的高频听力，但配戴助听器后仍缺失识别位置相关的耳廓线索，所以配戴耳背式助听器的受试者空间听觉也未必得到改善[31]。高频听力损失影响聆听者利用前/后位置的耳廓信息以及对空间定位有重要价值的频域信息，高频信息帮助健听者定位声源（特别是垂直角度），使用护耳器或者耳塞保护听力时声源定位能力显著下降。双耳动态线索可以帮助声源定位，特别是对于前/后信号的位置信息，但是充分的利用双耳动态线索和方向的频谱线索需要满足以下3个条件：①聆听者对耳廓频谱信息足够的敏感；②聆听者需要准确的识别双耳线索随时间变化的方式；③聆听者对自身位置的移动有准确的了解；老年性听障可能有以下影响：对高频声音感知敏感度下降，双耳信息处理能力的下降，并可能伴有前庭或平衡障碍[32]。

4 老年性听障患者空间听觉研究存在的问题及前景展望

老年性听障患者空间听觉能力的两大影响因素——年龄和听力损失，明确区分两者对空间听觉的影响面临很多问题，因为现有的听阈标准是基于多年前的实验数据设定，老年人的中高频纯音听阈可能已经发生变化，所以对老年人的正常听力范围未准确界定[33]。而即使是处于正常听力范围的轻微听力损失，也会对听觉功能产生影响[33]。在偏侧化、定位和噪声下信号感知任务时，行为学和电生理检查均发现老年性听障患者中出现年龄相关变化，并通过年龄增加导致神经同步化下降及中枢抑制减少等机制实现，然而任务的性质（被动聆听或注意聆听）及刺激范式（静态或动态变化）影响了这些证据的适用性。随着研究的进展，ITD和ILD对老年人声源定位作用的程度和机制特别是方位角度ITD通路的研究也值得进一步深入；而声源定位功能相关的脑干和皮层之间的联结作用及其机制也有待探索。对于空间听觉合适的神经生物指标可以为目标能力的损伤和修复提供客观证据，也可关注如何修复这些与年龄和听力损失相关的空间听觉障碍指标[34]。针对言语信息中枢处理的脑磁图和脑电研究发现年龄相关因素影响大脑内部神经同步性，这可能是声源定位能力减弱的生理基础，但其具体机制有待于进一步研究证实。与言语处理需要的高级中枢不同，目前尚缺乏针对老年人声源定位功能特异性的皮层下听觉系统相关研究，包括背侧耳蜗核、下丘和上橄榄等部位，而听觉通路上各层级部位与皮层之间协调准确的空间定位信息是下一步的研究方向。

综上，声源信息的听觉感知对日常生活中声源位置的判断及噪声环境中提取言语声信息十分重要，老年性听障患者随着年龄增大出现垂直角度以及水平角度定位能力的下降[35]，其定位精确度的下降也反映了声源定位信息在听觉通路上（脑干及皮层层面）表征信息的模糊。水平角度的定位能力下降被认为是年龄相关的中枢功能改变，导致对ITDs信息利用率降低，年龄增大也可引起听觉时域信息处理能力的降低；垂直角度多与高频听力下降导致的频谱信息缺失有关；对老年人来说，MAA阈值增大反映了相邻位置之间的足够空间距离对于定位声源十分必要，间距足够才能唤起不重叠的空间声源的表征和清晰的定位感知。随着近年来针对老年性听障患者群体研究的增多，深入研究患者表现出的空间听觉能力的变化，才能进行有效、积极的预防和干预，达到改善老年人生活质量的最终目的。