聽力正常老年人皮層聽覺誘發電位研究

孫 晉，牟宏宇，陳友元

(中國科學院聲學研究所東海研究站，上海 201815)

0 引言

聽力正常老年人在噪聲環境下的言語識別能力會隨著年齡的增長而下降[1]。當老年人出現聽力損失之后將更難識別噪聲環境下的言語，即使佩戴了助聽器，噪聲下言語識別困難的問題仍然存在[2]。而現實環境中噪聲幾乎無處不在，純音聽閾和安靜條件下言語測試不能很好地反映老年人在噪聲環境下的聽覺感知能力。因此，在老年人聽力診斷以及助聽康復時進行噪聲下言語測試非常重要。言語測試作為一種主觀測試方法，會受到受試者配合程度、方言、知識背景、言語材料等的影響[3]。言語測試的諸多局限會影響測試的準確性，對于老年人來說更難開展。因此，需要一種客觀的不受被試者年齡、語言、知識背景等因素影響的測試方法來評估老年人的言語感知能力。

皮層聽覺誘發電位(Cortical Auditory Evoked Potential,CAEP)是大腦對聲音進行感覺、認知、記憶過程中產生的電位，潛伏期為50～500 ms，屬于長潛伏期聽覺誘發電位[4]。其中P1-N1-P2波為CAEP的外源性成分，P1-N1-P2波由潛伏期約為50 ms的較小正波P1、潛伏期約為100 ms的稍大負波N1以及潛伏期約為200 ms的寬大正波P2組成。誘發電位以潛伏期和幅值表示其特征，其中潛伏期指從刺激開始到反應出現的時間，以各個波峰所在的時刻表示；振幅指波形垂直方向偏轉的距離，表示反應波峰的電壓[5]，P1-N1-P2波幅值以零電位到波峰頂點的振幅表示，單位為μV。P1-N1-P2波與聽覺感知密切相關，測試過程中不需要受試者主觀配合，且幾乎任何言語聲信號都能誘發出該反應[6]。因此，P1-N1-P2波有望成為客觀評估老年人言語感知能力的有效方法。首先需要對正常聽力老年人的P1-N1-P2波各波的特征值和影響因素，及其與言語感知的關系進行研究。

本研究以1組聽力正常的老年人為受試者，采集其在不同頻段言語刺激聲條件下誘發的P1-N1-P2波，并且進行噪聲條件下言語識別率測試。分析聽力正常老年人P1-N1-P2波潛伏期和幅值的特異性，分析言語刺激聲頻段對P1-N1-P2波潛伏期和幅值的影響，分析年齡、純音聽閾與P1-N1-P2波潛伏期、幅值的相關性，以及P1-N1-P2波潛伏期、幅值與言語識別率之間的相關性。

1 實驗設計

1.1 實驗對象和測試環境

實驗對象為40例聽力正常的老年人，其中女性28例，男性12例，年齡為60～77歲，平均年齡為(66.58±5.12)歲；選擇純音聽閾較好耳為測試耳，測試耳在0.5、1、2、4 kHz 4個頻率的平均純音氣導聽閾≤25 dB HL，其中HL表示聽力級(Hearing Level)，平均純音氣導聽閾值分別為(18.88±4.16)、(18.63±3.92)、 (20.88±4.37)、 (22.88±6.69)dB HL；鼓室圖均為A型。所有老年人均能聽懂并會說普通話，無言語、認知障礙史，身體條件、精神狀態良好，可較好地配合完成主、客觀測試。

測試在上海市嘉定區中心醫院耳鼻咽喉科隔聲室內進行，背景噪聲小于30 dB(A)。P1-N1-P2波測試與噪聲下言語識別率測試均在聲場下進行，非測試耳用耳印泥制成的耳模堵起來，受試者坐在有靠背的椅子上，揚聲器在受試者正前方1 m處，受試者與揚聲器呈0°角，揚聲器中心位置大約與受試者雙耳高度齊平。

1.2 實驗設備與測試材料

CAEP測試使用Frye公司的HEARLabTM系統設備中助聽后皮層評估(Aided Cortical Assessment,ACA)模塊進行測試，刺激聲為/m/、/g/、/t/，持續時間分別為30 ms、30 ms、20 ms。其中/m/的主要頻段為0.2～0.5 kHz，代表低頻聲；/g/的主要頻段為0.8～1.6 kHz，代表中頻聲；/t/的主要頻段為2～8 kHz，代表高頻聲。言語識別率測試使用北京解放軍總醫院郗昕等[7]編制的漢語普通話短句材料，共12張句表，每張句表20個句子。

1.3 測試流程

1.3.1 CAEP測試流程

打開CAEP測試軟件中的ACA測試模塊，根據系統設置完成ACA模塊的聲場校準。測試時同時選擇/m/、/g/、/t/三個刺激聲，系統會對三個刺激聲進行隨機播放，選擇給聲強度均為65 dB SPL，其中SPL表示聲壓級(Sound Pressure Level)。測試過程中受試者通過觀看無聲影片來保持清醒狀態。將記錄電極Cz置于顱頂正中，參考電極Ref置于非測試耳乳突處，接地電極Gnd置于前額正中，記錄電極和參考電極阻抗均低于5 kΩ。記錄波形的開窗時間為800 ms，包括刺激聲前200 ms，刺激聲后600 ms。偽跡拒絕范圍為-150～+150μV，刺激間隔為1 125 ms，疊加次數為150次。每個刺激聲重復記錄兩次，統計分析取兩次測試數據的平均值。

判斷波形引出的方法：根據系統軟件自帶統計分析方法所得P值判斷是否引出波形，若P<0.05表示引出波形，P>0.05表示未引出波形。在本次測試中，若某個刺激聲測試時受試者狀態良好，在P<0.001波形明顯引出時，可以手動結束測試。

1.3.2 言語識別率測試

言語識別率測試開始前將輸出聲壓級校準至65dBSPL，測試方式為開放式。分別有信噪比(Signal to Noise Ratio,SNR)為0、-5 dB兩種測試條件，使用噪聲為平均語譜噪聲(average speech-spectrumshaped noise)，每種條件下隨機測試一張句表，每個受試者在每種測試條件下使用的句表不重復，按隨機順序測得每種條件下的言語識別率。測試時受試者聽到句子后馬上進行復述，聽不清楚可以猜，記錄受試者復述正確的關鍵詞，計算出每種條件下的言語識別率得分。

1.4 統計學方法

使用SPSS Statistics 26統計軟件對實驗數據進行統計學分析。使用單樣本k-s檢驗對P1-N1-P2波的特征值和噪聲環境下言語識別率等所有數據進行正態分布檢驗。檢驗結果顯示，有部分數據不滿足正態分布。在進行不同言語刺激聲頻段誘發的P1-N1-P2波潛伏期和幅值差異性檢驗時，選擇不要求數據滿足正態分布的非參數檢驗，相關性檢驗選擇不要求數據滿足正態分布的斯皮爾曼(Spearman)相關性檢驗。檢驗結果以P<0.05為差異性或相關性有統計學意義。

2 實驗結果

2.1 聽力正常老年人P1-N1-P2波特征值

40例聽力正常老年人在/m/、/g/、/t/三種刺激聲條件下的P1-N1-P2波引出率均為100%。本研究中獲取的聽力正常老年人的典型的P1-N1-P2波形如圖1所示，引起此波形使用的信號聲強度為65 dB SPL，圖中可見潛伏期為50 ms左右的P1波和潛伏期為100 ms左右的N1波以及潛伏期為200 ms左右的P2波。P1-N1-P2波潛伏期和幅值的平均值和標準差如表1所示。

圖1 本組正常聽力老年人典型的P1-N1-P2波形Fig.1 The typical P1-N1-P2 complex waveforms of the elderly people with normal hearing in this study

2.2 刺激聲頻段對P1-N1-P2波特征值的影響

三種刺激聲/m/、/g/、/t/中，/m/的主要頻段為0.2～0.5 kHz；/g/的主要頻段為 0.8～1.6 kHz；/t/的主要頻段為2～8 kHz。從表1中的結果可見，低頻段的/m/刺激聲引出的P1-N1-P2波相對于中高頻的/g/、/t/刺激聲引出的P1-N1-P2波的潛伏期更長，N1波的幅值更大。三種刺激聲引出的P1-N1-P2波的潛伏期和幅值之間的差異性非參數檢驗結果如表1所示，可見P1波的潛伏期、N1波的潛伏期和幅值、P2波的潛伏期差異性顯著(P<0.05)。

表1 三種刺激聲引出的P1-N1-P2波潛伏期、幅值的平均值和標準差以及非參數檢驗的差異性P值Table 1 The mean value and the standard deviation of the latent period and amplitude of the P1-N1-P2 complex elicited by the three stimulus and the P value of the non-parametric test

2.3 年齡與P1-N1-P2波特征值的相關性

對年齡與P1-N1-P2波的潛伏期和幅值進行Spearman相關性檢驗。檢驗結果顯示，聽力正常老年人年齡與/m/刺激聲引出的P1波幅值(r=0.501,P=0.001)、P2波潛伏期(r=0.341,P=0.031)，/g/刺激聲引出的P1波潛伏期(r=0.327,P=0.039)與幅值(r=0.414,P=0.008)，/t/刺激聲引出的P1波幅值(r=0.335,P=0.035)的相關性具有統計學意義(P<0.05)，并且呈現正相關，即P1波的幅值隨著年齡的增大而增大(如圖2所示)，潛伏期隨著年齡的增大而延長。雖然N1、P2波的幅值與年齡未見顯著相關性，但從圖3可以看出其幅值隨著年齡的增大呈現減小趨勢(N1波幅值為負值)。

圖2 年齡與P1波幅值的相關性Fig.2 The correlation between the age and the amplitude of the P1 wave

圖3 年齡與N1、P2波幅值的相關性Fig.3 The correlations between the age and the amplitudes of the N1 and P2 waves

2.4 純音聽閾與P1-N1-P2波特征值的相關性

對不同頻段刺激聲引出的P1-N1-P2波潛伏期、幅值與相應頻率的純音聽閾值進行Spearman相關性檢驗，結果顯示，/m/刺激聲(主要頻段為0.2～0.5 kHz，代表低頻聲)引出的P2波潛伏期與0.5 kHz純音聽閾值呈正相關(r=0.339,P=0.011)，即500 Hz聽閾值越高P2波潛伏期越長(如圖4(a)所示)。/g/刺激聲(頻率為0.8～1.6 kHz，代表中頻聲)引出的P1-N1-P2波潛伏期和幅值與1 kHz純音聽閾未見顯著相關性。/t/刺激聲(頻率為2～8 kHz，代表高頻聲)引出的P1波潛伏期、N1波潛伏期和幅值與2 kHz純音聽閾值呈正相關(r=0.313,P=0.049；r=0.356,P=0.024；r=0.368,P=0.019)。即2 kHz閾值越高P1、N1波潛伏期越長(如圖4(b)、4(c)所示)，2 kHz純音聽閾值越高N1波幅值越小(如圖4(d)所示，N1波幅值為負值)。/t/刺激聲引出的P1-N1-P2波潛伏期、幅值與4 kHz純音聽閾未見顯著相關性。

圖4 純音聽閾與相應頻段刺激聲引出的P1-N1-P2波特征值的相關性Fig.4 The correlations between the pure tone hearing threshold and the characteristic values of the P1-N1-P2 wave elicited by the stimulus in the corresponding frequency bands

2.5 言語識別率與P1-N1-P2波特征值的相關性

40例聽力正常老年人在信噪比為0、-5 dB條件下的言語識別率(平均值±標準差)分別為91.62%±5.12%、52.77%±11.37%。對信噪比為0 dB和-5 dB條件下的言語識別率與/m/、/g/、/t/三種刺激聲條件下引出的各波潛伏期和幅值進行Spearman相關性分析，檢驗結果顯示，/m/刺激聲引出的P1波幅值與信噪比為-5 dB條件下的言語識別率呈負相關(r=-0.329,P=0.038)，即-5 dB條件下的言語識別率越高，/m/刺激聲下引出的P1波幅值越小，如圖5所示。

長期以來，由于干果的生長周期長、結果晚等原因，許多群眾在經濟林發展上，存在重水果、輕干果的現象。種植核桃3年見果、5年才能形成經濟產量，廣大群眾把核桃作為一個普通經濟樹種來對待，沒有形成規模化、規范化、品牌化發展的產業意識，在核桃發展上隨意性強，導致我縣核桃產業發展面臨一定的困難。

圖5 信噪比-5 dB條件下的言語識別率與刺激聲/m/引出的P1波幅值的相關性Fig.5 The correlation between the speech recognition score at SNR=-5 dB and the amplitude value of the P1 wave elicited by the stimulus of/m/

3 討論

3.1 P1-N1-P2波分化特點

P1-N1-P2波起源于聽覺皮層，從嬰幼兒時期P1-N1-P2波隨著年齡的增長而不斷成熟，聽力正常嬰幼兒P1-N1-P2波復合為一個較大的正波P1，潛伏期在100～200 ms，其后有一個潛伏期在250～300 ms的負波N2[8]。隨著年齡的增長，N1、P2波開始出現并獨立分化，從出生到成人P1、N2成分波幅下降，N1、P2成分波幅上升，P1波的潛伏期縮短，成人以N1和P2波為主，P1-N1-P2波的正常分化依賴于聽覺言語的正常發育。

3.2 老年人P1-N1-P2波特征值及其影響因素

本文研究得到的聽力正常老年人P1-N1-P2波形為潛伏期50 ms左右的P1波、潛伏期100 ms左右的N1波，以及潛伏期200 ms左右的P2波(如圖1所示)，為典型的成年人波形。結合已有研究及本文研究結果可知，P1-N1-P2波潛伏期和幅值受刺激聲頻段、強度、信噪比，年齡，聽力損失和認知等因素的影響。

3.2.1 刺激聲頻段、強度和信噪比對P1-N1-P2波特征值的影響

本文研究中使用刺激聲/m/、/g/、/t/，其中/m/代表低頻聲、/g/代表中頻聲、/t/代表高頻聲；三個不同頻段的刺激聲引出的P1波潛伏期、N1波潛伏期和幅值以及P2波潛伏期差異性顯著(P<0.05)(見表1)。低頻刺激聲/m/引出的波形相較于中高頻刺激聲/g/、/t/引出的波形潛伏期明顯延長，N1波的幅值更大。本研究團隊對聽力損失老年人P1-N1-P2波研究[9]顯示，言語刺激聲頻段對聽力損失老年人的N1波有顯著影響，低頻刺激聲引出的N1波潛伏期延長、幅值增大。李玉玲等[10-11]對聽力正常青年人和老年人P1-N1-P2波特征值研究得出，/m/刺激聲引出的N1、P2波幅值均大于/g/、/t/刺激聲引出的N1、P2波幅值。Vonck等[12]對聽力正常青年人刺激聲頻率對P1-N1-P2波特征值影響的研究顯示，刺激聲頻率對N1波的潛伏期與幅值影響較大，對P2波影響不明顯。

本文未進行刺激聲強度對P1-N1-P2波影響的研究。有研究顯示在刺激聲可聽度達到飽和后，成年人P1-N1-P2波特征值不會隨著刺激聲強度的增大而明顯增大[13-14]。本文亦未進行噪聲條件下對言語刺激聲引出的P1-N1-P2波影響的研究。有研究顯示噪聲類型以及信噪比對青年人和老年人言語信號引出的P1-N1-P2波都有顯著影響[15]，三種噪聲類型連續噪聲(Continuous noise)、調制噪聲(Modulated noise)、多人言語噪聲(Babble noise)對P1-N1-P2波的影響依次增大，，P1-N1-P2波隨著信噪比的降低潛伏期延長、幅值明顯減小。

本研究中聽力正常老年人P1波幅值隨著年齡的增大而顯著增大，/m/刺激聲條件下引出的P2波潛伏期隨著年齡的增長而延長。本研究中聽力正常老年人P1-N1-P2波特征值的結果與李玉玲等[10]聽力正常青年人的研究結果相比，在相同刺激聲條件下，兩者P1、N1波潛伏期相差不大，老年人P2波潛伏期明顯延長；老年人P1、N1波幅值均明顯增大，老年人P2波幅值均輕微減小。可見，聽力正常老年人的P1、N1波幅值也隨著年齡的增長而明顯增大。N1波的出現被認為是聽覺刺激到達皮層的標志[16]，P1、N1波幅值增大可能與隨著年齡增長中樞對于自下而上的抑制能力衰退有關[17]。3.2.3 聽力損失與認知對P1-N1-P2波的影響

本研究對三種刺激聲/m/、/g/、/t/引出的P1-N1-P2波特征值與對應頻率的純音聽閾值進行了相關性分析，結果顯示，相應頻率聽閾值越低P1-N1-P2波潛伏期越短，在2 kHz聽閾越低，/t/刺激聲條件下引出的N1波幅值越大。本研究團隊此前得到的聽力損失老年人P1-N1-P2的波特征值[9]與本研究中聽力正常老年人P1-N1-P2的波特征值比較，聽力損失老年人比聽力正常老年人各波的潛伏期均明顯延長，低頻刺激聲引出的N1波幅值增大，高頻刺激聲引出的N1波幅值減小，所有刺激聲引出的P2波幅值均減小。聽力損失老年人相比聽力正常老年人，N1波的幅值增大，其原因可能與中樞對自下而上的抑制能力衰退有關，而P2的幅值降低，這可能與聽覺皮層的言語識別能力下降有關。

本文未進行老年人認知對P1-N1-P2波影響的研究。有研究顯示存在輕度認知障礙與不存在認知障礙的聽力正常老年人相比，言語聲引出的N1波幅值增大而P2波幅值減小。輕度認知障礙老年人N1波幅值增大可能與聽覺皮層對抑制無關語音信息的能力缺陷有關[18]。

3.3 老年人P1-N1-P2波特征值與言語感知相關性

本文中的研究結果顯示，/m/刺激聲引出的P1波幅值與信噪比-5 dB條件下言語識別率呈負相關，即/m/刺激聲條件下引出的P1波幅值隨著信噪比-5 dB條件下言語識別率的升高而降低。P1-N1-P2波是聽覺皮層對聲音處理過程中產生的電位，其與言語感知是密切相關的，從本文研究得出的聽力正常老年人P1-N1-P2波特征值的變化與言語感知具有相關性，但存在相關性的特征值較少。本研究團隊對26例聽力損失老年人佩戴助聽器前后的皮層聽覺誘發電位與言語感知能力研究[9]顯示，聽力損失老年人佩戴助聽器前后/g/、/t/刺激聲條件下引出的P2波潛伏期、幅值與噪聲下言語識別率存在顯著相關性。Billings等[19]在聽力正常老年人中，用P1-N1-P2波結果來預測SNR50(言語識別率為50%時的信噪比)，結果顯示聽力正常老年組的預測值與實際值相差約2 dB，在聽力正常老年人中P1-N1-P2波能有效預測SNR50。Kelly等[20]對12例有使用經驗的人工耳蝸植入成人進行研究發現，250 Hz刺激聲條件下P2波潛伏期與言語識別率呈負相關(P<0.05)。

4 結論

本文的研究結果表明，刺激聲頻段、年齡和純音聽閾對聽力正常老年人P1-N1-P2波潛伏期和幅值有顯著影響，聽力正常老年人P1-N1-P2波特征值與噪聲下言語識別率具有一定的相關性。后續需進一步開展老年人噪聲條件下引出的P1-N1-P2波特征值與噪聲下言語識別閾的關系研究，并結合老年人的認知功能進行定量分析。