低中频听力正常老年人整圆8声源水平定位能力初步研究

户红艳 李思阳 王倩 叶放蕾 冀飞 任丽丽*

1 郑州大学第一附属学院（郑州 450018）

2 中国人民解放军总医院耳鼻咽喉头颈外科医学部（北京 100039）

3 国家耳鼻咽喉疾病临床医学研究中心（北京 100039）

4 聋病防治北京市重点实验室（北京 100039）

5 国家老年疾病临床医学研究中心（解放军总医院）（北京 100039）

声源定位（Sound localization,SL）能力是指判断声源位置的能力，包括对声源的水平方位、垂直方位及声源与听者距离的识别[1]。SL是人和动物对环境感知的基本方式，SL能力和听敏度共同构成了完整的听觉功能，两者缺一不可，准确定位声源是听觉系统的基本功能[2]。目前国内关于SL 能力的研究相对较少，已开展的研究大多围绕单侧聋和双模式（一侧耳蜗植入对侧助听器）的儿童和青少年，对老年群体SL 能力的基础研究和临床应用鲜有报道，限制了老年群体SL 临床评估工作的开展。本文旨在初步探讨健听老人整圆水平方向的SL 能力及影响因素，进而为SL能力的康复评估提供参考。

1 资料与方法

1.1 研究对象

解放军总医院门诊招募60 岁及以上的老年受试者30人为老年组，男15人，女15人，年龄范围60～75岁，平均年龄（65.17±4.60）岁。

老年组纳入标准：①年龄≥60 岁，男女均可。②0.25、0.5、1.0和2.0kHz各频率纯音听阈测试正常（≤20dB），声导抗A 型曲线。0.25-2.0kHzPTA 均值为（16.35±3.52）dB，高频4k 和8kHzPTA 均值为（30.35±5.48）dB。③无耳部疾病史，不伴耳鸣。④认知功能正常。本组认知功能智力状态评价量表（MMSE）得分为(28.80±1.10)分。⑤各器官无器质性病变，精神状态良好，交流理解能力良好，自愿参加并遵守本研究的各项要求。

30 名听力正常的中青年受试者（20-40 岁）为对照组，男15 人，女15 人，平均年龄（29.87±5.77）岁。对照组纳入标准：①20-40 岁，男女均可。②纯音听阈测试正常（0.125-8kHz各频率纯音阈值均≤20dB），声导抗A 型曲线。③排除中耳炎、眩晕及耳鸣的患者。④具有良好的沟通交流能力，自愿参加并遵守本研究的各项规定。所有受试者均知情同意并自愿参加。

1.2 测试设备和测试方法

测试设备为360°声源定位测试系统（SYD-1，北京，百特声学）。由360°环形陈列72 个均匀分布的扬声器组成。扬声器阵列直径3m，相邻2 个扬声器间隔5°。测试前设备输出信号按照GB/T16296.2-2016进行校准[3]。

1.3 测试流程

测试在标准隔声屏蔽室内进行。因本研究受试对象主要为老年人，考虑到受试者的反应和理解能力，本研究只选取其中8 个扬声器（间隔45°）进行测试（测试扬声器方位见图1）。

受试者坐于圆心处，头部朝向正前方0°扬声器，背对180°扬声器，右侧为90°扬声器，左侧为-90°扬声器。经校准，每个扬声器的频响均相同，扬声器高度与受试者耳部齐平。每组测试共给声40次，给声扬声器顺序随机，每个扬声器均有5 次给声。每次给声持续时间2秒，给声停止后有10秒的应答时间，测试过程中系统自动识别记录反应时长（反应潜伏期），即系统给声结束到受试者做出应答反应的时间间隔。

给声频率分别为0.25、1 和4kHz，每个频率各做一组测试（40 次给声）。为减少驻波对测试结果的干扰，我们使用不同频率的啭音，强度为60dBHL，每次给声后受试者判断发声扬声器（8 选1）的位置，并在面前的显示屏上选中相应方位的扬声器并按确认键。测试开始前，向受试者说明测试要求，受试者理解并能做出正确应答后测试正式开始。测试过程中不给受试者反馈，受试者头部始终保持不动（以空间标记进行头部位置标定），为避免受试者疲劳，测试可分多次完成。

1.4 评估指标

SL 准确度通过角差的平均绝对误差[4]（Mean absolute error,MAE）进行量化。角差[5]为应答扬声器与实际给声扬声器之间的夹角；MAE 为每轮测试的角差总和/有效给声次数（剔除无效应答——即超时未应答或由于操作失误未选中扬声器即按下确认键的应答）。MAE 越小，声源定位能力越好。使用MAE 评估水平SL 时，所有的错误权重是一样的，没有被强调放大。

SL 反应速度用反应时长（反应潜伏期）来评估，即系统给声结束到受试者做出应答反应的时间间隔，计算机自动记录。

1.5 统计学方法

使用SPSS 22.0统计软件对数据进行分析。先对各组数据进行正态性检验，本研究各组数据均符合正态分布。比较组间MAE 和组间反应时长有无统计学差异使用独立样本t检验，比较组内不同频率MAE 有无统计学差异使用单因素方差分析（ANOVA），比较MAE 与年龄的相关性采用pearson相关性分析，比较组别、给声方位、给声频率对MAE 是否有影响以及影响效应值采用应用多因素析因分析，P＜0.05差异具有统计学意义，效应值的大小采用Eta方差表示。

2 结果

2.1 老年组和对照组的360°8声源的MAE

刺激频率为0.25、1 和4kHz 时，老年组的MAE均大于对照组的MAE，3 种刺激频率下两组差异均有统计学意义（P＜0.05）。见表1。

表1 老年组和对照组360°8声源的MAE（°）Table 1 MAE of 360°8 sound sources in elderly and control group（°）

2.2 不同方位的MAE

不同方位的MAE，在该方位上不同频率间的反应趋势具有一致性。老年组和对照组0.25、1 和4kHz均为0°扬声器的MAE 最大，即正前方的声音最难定位，青年组±45°的MAE 次之，老年组180°扬声器MAE 次之，±45°再次之；两组均为±90°扬声器的MAE 最小，即正左和正右的声音最容易定位。见图2和图3。

图2 老年组不同方位扬声器的MAE(°)Fig.2 MAE of speakers with different orientations in elderly group（°）

图3 对照组不同方位扬声器的MAE(°)Fig.3 MAE of speakers with different orientations in control group（°）

2.3 不同频率的MAE

不同频率的MAE，老年组和对照组均为250Hz的MAE 最小，1kHz 的MAE 最大，但组内不同频率MAE 两两比较均不存在统计学差异（P＞0.05）。见表2。

表2 老年组和对照组全方向不同频率MAE比较Table 2 Comparison of different frequencies of MAE between elderly and control group

2.4 反应时长的比较

相同频率下，老年组的反应时长均较对照组的长，1kHz 组间比较差异存在统计学意义（P＜0.05）；250Hz 和4kHz 时反应时长组间比较不存在统计学意义（P＞0.05）。见表3。

表3 老年组和对照组的不同频率反应时长(s)Table 3 Comparison of response times between elderly and control group

2.5 MAE与年龄的相关性

经检验年龄和MAE 均符合正态分布，采用pearson 相关性分析，年龄分布与0.25、1 和4kHz 的MAE 的相关系数r分别0.374、0.401和0.338。

2.6 反应时长与MAE之间的相关性

反应时长和MAE 数据经检验均符合正态分布，采用pearson 相关性分析,不同频率的反应时长与MAE的相关系数r分别0.192、0.212和0.231。

2.7 组别、给声方位对MAE 是否有影响及影响效应值

应用多因素方差分析对年龄、给声方位对MAE 是否有影响及影响的效应值进行检验。给声方位、组别对MAE 的影响具有显著性，给声方位对MAE 影响的效应值最大（Eta 方差+0.992，P=0.000），组别（Eta 方差=0.871，P=0.000），给声方位对MAE 影响的大小排序为0°＞-45°＞+45°＞180°＞-135°＞+135°＞-90°＞+90°；分组对MAE 影响的效应值为老年组＞对照组。

3 讨论

声源定位是听觉处理的核心方面，准确定位声源是听觉系统的基本属性，是人类探索声环境，进行有效沟通，避免危险的条件。本研究通过对比低中频听力正常老年人与中青年组全方向8 声源模式下MAE 以及影响因素，了解健听老年人SL 能力的基本情况，提升我们对于老年人听觉功能的全面认识，进而为相关的康复评估提供参考。

目前国内开展SL 临床检测的医疗机构不多，SL 的评估技术标准在逐渐规范的过程中。对于360°全方向模式下的SL 能力的研究，国内和国外均报道较少，可参考和借鉴的方法有限。为反映现实复杂环境中的真实SL 能力，本研究在实验设计和评估方法方面进行了探索，希望获得一些初步证据，为未来改进临床测试方法提供依据。

3.1 衰老与SL

本研究老年组整圆水平SL 能力相比健听的中青年组有所下降。因为随年龄的增长，人类的声源定位能力下降，不仅垂直定位能力，也包括水平声源定位能力[6]。衰老会导致听神经纤维数量减少，负责声源定位的神经元输入减少，听觉中枢对声源定位的处理能力下降，听神经同步性变差，分析处理SL的核团也受到影响[7-9]。

本组研究的是健听老年人，对于听障老人的SL 如何仍不是很确切，因听力损失程度并不能预测声源定位能力，且中枢听觉系统存在复杂的代偿过程[10]，因此听障老人的SL机制仍是我们今后研究的方向。

3.2 SL与声源频率和声源方位的关系

3.2.1 声源频率与SL

比较不同频率声音信号对SL 的影响，结果发现，不论老年组还是对照组，人耳对低频信号定位的准确度高，其次是高频，最后是中频，见表2。分析原因：时间差在低频信号定位中起主要作用，强度差在高频信号定位中起主要作用，对于1-3kHz之间的中频信号时间差和强度差都不足，定位缺乏足够的双耳间线索，因此影响了中频信号定位的准确性。此外本研究低频信号（250Hz）定位能力比高频（4kHz）略好，因为时间差可以提供比强度差更多的方向性信息[11]。

3.2.2 声源方位与SL

本研究老年组和对照组均为正左正右方的声音易定位，正前正后方的声音易混淆，见图2和图3。分析原因：水平方位的声源定位主要取决于两耳间的时间差和强度差，来自两耳水平中轴线上的声音时间差或强度差最大，两耳水平中轴线上的声音较易定位；来自正前方或正后方的声音时间差和强度差均为0，可利用的双耳间信号线索少，因此难定位。当声音从正前方扬声器发出时，经统计老年组和对照组均出现50%以上的几率定位为后方扬声器，可见对于正前方和正后方的声音，正常人也无法准确判断其方位。李楠等通过对正常人SL能力的研究指出[12]，在进行前后场的声音判断时，会出现以双耳水平轴为参考线的“镜像对称”现象，即“混淆圆锥”。在不移动头部的情况下，双耳间特殊的波谱信号以及耳廓的滤波效应可以起到一定的作用，但受试者对这种镜像混淆的声音判断能力仍然有限。

此外，本研究通过对MAE 的多因素析因分析结果显示：给声方位、组别和刺激频率对MAE 的影响均具有显著性，其中方位对MAE 的影响效应值最大，影响SL的最主要因素是给声方位。

除此之外，刺激声的声学特征也会影响SL 能力[13]，包括刺激声的类型、带宽、滤波和包络信号等。使用复合声测试定位能力要好于纯音，因复合声包含高频和低频的成分可以提供较多的定位线索。使用窄带刺激可以更好地探索定位线索。我们采用250、1 和4kHz 的具有频率特异性的啭音来探索不同的定位指标：250 Hz刺激声主要用于探索时间差，4000 Hz 的刺激声用于探索强度差，1000Hz 的时间差和强度差都很低，可用于探索时间差和强度差以外的定位线索。但本研究只使用啭音也有一定的局限性，今后我们会增加不同声信号，包括言语声、白噪声以及滤波噪声的SL 对比研究，完善人类SL特征和规律的相关研究。

4 结论

低中频听力正常的老年人的全方向SL能力比健听中青年有所下降。SL与声源频率和声源方位有关。