感音神经性听力损失对时域信息感知能力影响的研究*

王哲 寇诺男 陈静 董瑞娟 王媛 傅新星 王硕

根据希尔伯特变换(Hilbert transform)的信号分析方法，时域包络体现了言语信号随时间变化的声压幅值信息，而精细结构体现了言语信号的瞬时频率(instantaneous frequency)信息。言语信号可以看作是由时域包络(temporal envelop)信息对精细结构(fine structure)信息调制的结果。研究表明，时域包络信息对安静环境下言语音节感知起主要作用，而精细结构信息对言语声调和噪声环境下言语感知起主要作用[1]。本课题组前期研究[2，3]发现，听力正常人主要使用精细结构信息感知言语声调；感音神经性听力损失导致听觉系统使用精细结构信息的能力逐渐下降，且与听力损失程度呈正相关关系，但使用时域包络信息的能力不受影响；感音神经性听力损失患者声调识别能力下降表明其仍主要依靠精细结构信息感知声调。此外，除了使用言语声，听力学研究领域常用调幅(amplitude modulation, AM)声和调频(frequency modulation, FM)声作为测试材料，采用心理物理学研究方法，测试受试者的调幅感知阈值(amplitude modulation detection threshold, AMDT)和调频感知阈值(frequency modulation detection threshold, FMDT)，分别从时域包络和精细结构的感知能力两个方面研究受试者时域信息感知能力[1,4，5]，可以避免言语信息冗余度对测试结果造成的影响。Moore[6]使用Bacon等1985年测量的听力正常受试者在不同调制频率下的AMDT，描绘出了时域调制转换函数(temporal modulation transfer function，TMTF)，即多个调制频率下测量获得的AMDT描绘出的曲线；Moore阐明对于低调制频率(小于16 Hz)，AMDT主要受人耳对振幅(amplitude)分辨能力的影响，因此调制频率低于16 Hz的AMDT与调制频率无关。当调制频率超过16 Hz时，时域分辨能力(temporal resolution)开始产生影响，调幅感知能力随调制频率的升高逐渐升高。目前研究认为AM感知和高调制频率下的FM感知主要依赖于时域包络信息，而低调制频率下的FM感知可能依赖于精细结构信息[4]。

此前关于感音神经性听力损失患者时域信息感知能力的研究较少，且结果不尽相同[7-12]，因此，本研究拟使用不同调制频率的调幅声和调频声作为刺激信号，观察感音神经性听力损失者调幅感知能力与调频感知能力的变化，探讨感音神经性听力损失对时域信息感知能力的影响。

1 资料与方法

1.1研究对象及分组 全部受试者母语及日常交流用语均为汉语普通话。听力正常(nornal hearing,NH)组20例，男8例，女12例，年龄与听力损失组相匹配，年龄21～47岁，平均32.00±6.98岁，左右耳随机选取，测试耳平均听阈7.38±3.50 dB HL。感音神经性听力损失(SNHL)组20例，男8例，女12例，年龄21～48岁，平均31.00±7.68岁，均为双侧对称的平坦型感音神经性听力损失，选择相对好耳作为测试耳，测试耳500 Hz纯音听阈≥25 dB HL且≤50 dB HL，测试耳平均听阈48.00±10.15 dB HL。本研究经首都医科大学附属北京同仁医院伦理委员会批准，全部受试者均已充分告知本课题的目的与方法，并签署知情同意书。

1.2测试方法 所有测试均在隔声室进行，本底噪声≤30 dB A，选用压耳式耳机(sennheiser HD 280 pro)进行调幅感知阈值和调频感知阈值的测试。

1.2.1调幅感知阈值测试 使用调幅信号作为测试信号(图1)，通过MATLAB软件平台编制测试软件，使受试者进行三选一测试，按照“降二升一(two-down one-up)”的自适应测试步骤(adaptive procedure)，即受试者聆听三个刺激音，两个波幅不变，一个波幅变化，受试者需要选择出波幅发生变化的刺激音，出现两次正确反应就降低调幅深度m，出现一次错误反应就提高调幅深度m，直至正确率达到70.7%为止。初始测试强度为域上40 dB；分别测试调制频率为2.5 Hz和20 Hz、载波为500 Hz纯音的AMDT(即取测试达到平台后的最后六次的20 gm的算数平均值)；每项测试进行三次，选取其中两次较好结果作为实验分析数据。

1.2.2调频感知阈值测试 使用调频信号作为测试信号(图2)，通过MATLAB软件平台编制测试软件，使受试者进行三选一测试，按照“降二升一”的自适应测试步骤，即受试者聆听三个刺激音，两个频率不变，一个频率变化，受试者需要选择出频率发生变化的刺激音，出现两次正确反应就降低调频偏移量Δ，出现一次错误反应就提高调频偏移量Δ，直至正确率达到70.7%为止。初始测试强度为域上40 dB；分别测试调制频率为2.5 Hz和20 Hz，载波为500 Hz纯音的FMDT(即测试达到平台后的最后六次Δ的算数平均值)；每项测试进行三次，选取其中两次较好结果作为实验分析数据。

1.3统计学方法 使用SPSS 26.0对所得数据进行正态性检验，结果显示该样本符合正态分布，采用重复测量方差分析观察听力损失及调制频率对AMDT和FMDT的影响。检验水准为α=0.05。

2 结果

2.1两组AMDT测试结果 重复测量方差分析结果显示，听力损失及调制速率都是影响AMDT的主要因素(P<0.05)；两影响因素之间无交互作用(P>0.05)。如表1所示，两种调制频率下，SNHL组AMDT平均阈值显著低于NH组(P<0.05)；Fm=20 Hz时两组受试者的AMDT显著低于Fm=2.5 Hz下的AMDT(P<0.05)。

表1 两组2.5 Hz和20 Hz调制频率下

2.2两组FMDT值测试结果 重复测量方差分析结果显示，听力损失及调制速率都是影响FMDT的主要因素(P<0.05)；两影响因素之间有交互作用(P<0.05)。如表1所示，调制速率Fm=2.5 Hz时，SNHL组FMDT显著高于NH组(P<0.05)；Fm=20 Hz时NH组与SNHL组之间无统计学差异(P>0.05)。Fm=20 Hz时两组受试者的FMDT均高于Fm=2.5 Hz时(P<0.05)。

3 讨论

Wallaert等[7]使用载波为500 Hz纯音、调制频率为2 Hz和20 Hz的测试声，测试轻度至中度SNHL受试者在40 dB SL下的AMDT，结果显示听力损失者的AM感知能力好于听力正常者。本研究结果显示，SNHL组的AMDT低于NH组，即SNHL组表现出更好的AM感知能力，说明SNHL患者对时域包络信息的感知能力好于听力正常人，这与前期究结果[7，8]一致。这可能是因为听力损失者听神经纤维对时域包络信息的神经锁相能力增强[13]。以上研究的共同点在于使用的信号强度为相同的低强度感觉级(sensation level, SL)。然而，如果在相同的声压级(SPL)下进行比较时，SNHL患者的AMDT并不总是好于听力正常者[8-10]。Grose等[9]评估了8例听力损失受试者和8例听力正常受试者在2 000 Hz纯音作为载波时的TMTF，结果显示，当调制频率低于128 Hz时，两组受试者的AM感知能力相似；但调制频率大于256 Hz时，听力损失组AM感知能力明显下降。鉴于该研究受试者较少，高调制频率下感音神经性听力损失是否导致AMDT增高，还有待进一步研究。

研究显示在低调制频率下听力损失者的FM感知能力均差于听力正常者[11，12]。Wallaert等[12]使用500 Hz纯音作为载波，选取2 Hz和20 Hz作为调制波，对12例听力损失者进行了FM感知能力测试，并与该团队在2016年[4]针对听力正常者的结果对比，结果显示，听力损失者的FMDT显著升高，推测听力损失者低速率FM感知能力下降的主要原因在于其精细结构信息的使用能力出现了退化。该结果与本研究中低调制速率(Fm=2.5 Hz)下的结果一致，与前期课题组结论也一致。本研究结果还显示，当Fm=20 Hz时，NH组的FMDT与SNHL组无显著差异，推测原因：一方面可能是因为高调制速率的调频感知与调幅感知机制类似，都是依靠时域包络信息感知，虽然精细结构感知能力受损，但时域包络信息感知能力代偿性增强，所以表现为NH组与SNHL组无明显差异；另一方面可能是与年龄因素有关，Wallaert等[12]研究中受试者为老年人，而对照组为青年，不能排除由于年龄老化对结果的影响；而本研究受试者年龄相匹配，排除了年龄对结果的影响，所以未显示出明显差异。

本研究结果表明，感音神经性听力损失患者使用精细结构信息的能力有所下降，但使用时域包络信息的能力有所增强，这一结论是否提示在研发助听设备时，可以考虑对时域包络信息做一些增强处理，帮助感音神经性听力损失患者能从时域包络信息感知中获益，从而提高言语识别能力，有待进一步研究验证。此外，听神经病谱系障碍外周听觉系统特性与感音神经性听力损失有很大差异，未来或可通过观察听神经病谱系障碍患者的调幅和调频感知能力，更详细的阐明其外周听觉系统与时域信息感知之间的关系。