1 背景

人工耳蝸（CI）用于幫助重度至極重度聽障患者聽力重建與語音感知。通過早期接受人工耳蝸植入，語前聾患兒的言語表現(xiàn)有機會發(fā)展至正常水平，并能夠與其他人自由交流。我國聽障患者中，大多數(shù)選擇單側植入。盡管單側植入對聽力感知有所改善，但受單側聽力影響，患者在噪音背景下語音感知能力較差，并且缺乏良好的音調感知能力。目前，大多數(shù)人工耳蝸設計的語音處理策略沒有包含所有的時間精細結構信息，主要傳輸與時間包絡相關的語音線索，不能完整有效地傳遞基頻F0信息。在正常耳蝸中，音調高低是由激發(fā)位置、神經放電的時間精細結構編碼。但在人工耳蝸中，有限的電極陣列插入深度和人工耳蝸內電流的廣泛分布僅提供了粗略的音高信息，固定頻率的脈沖刺激也不提供任何時間精細結構信息，只有較弱的時間包絡提示音調。因此，人工耳蝸患者通常缺乏良好的音調感知能力。

隨著聽力損失人群對人工耳蝸植入術的接受程度越來越高，接受人工耳蝸植入的人數(shù)越來越多。為保證雙耳聆聽的效果，國外大部分聽力損失嚴重且殘余聽力較少的患者會選擇雙耳植入人工耳蝸。在我國，大多數(shù)聽力損失嚴重患者往往僅在嚴重聽損側植入人工耳蝸。對于尚存殘余聽力的人工耳蝸用戶群體，常采用聽力較好耳配戴助聽器，聽力較差耳植入人工耳蝸的雙

模式助聽方式。對于兒童來說，其發(fā)展言語需提供不同于成人的聆聽需求，且為避免對側發(fā)生遲發(fā)性聽覺剝奪，CI兒童中采用雙模式助聽方式越來越多。雙模式使用者受益于可聽范圍的增加，提高了許多不同語音特征的可聽性，這種優(yōu)勢可能是由于助聽器提供了更多的低頻信息。目前，研究多采用語音感知分數(shù)等主觀測試證明雙耳雙模式可以使植入人工耳蝸的聽障兒童受益于雙耳助聽，同時也有采用P300研究雙模式助聽對事件相關電位的影響，但僅從時間尺度簡要分析了反應時間[6]。此外，皮層聽覺誘發(fā)電位（cortical auditory evoked potential,CAEP）和失匹配負波（mismatch negativity,MMN）等方法經研究證明能夠提供可靠的客觀評估結果，經時間及空間雙向尺度的分析，在電生理層面或可闡述雙模助聽提供這種優(yōu)勢的過程。本文在時間尺度分析了CAEP和MMN的響應，在空間尺度探究了不同助聽方式下的聽覺皮層可塑性，以期達到從客觀角度闡明雙模助聽優(yōu)勢的目的。

2 材料與方法

2.1 研究對象

本文招募了在北京兒童醫(yī)院就診的CI兒童9例，助聽方式均為雙模式助聽，即單側植入人工耳蝸，對側配戴助聽器。所有患兒除聽力損失外，均未有其他任何影響認知的障礙。每名兒童需做兩組實驗，第一組實驗期間僅配戴人工耳蝸，稱為單側CI組；第二組實驗需配戴人工耳蝸和助聽器兩種輔聽裝置，稱為雙模式組。其中，人工耳蝸植入后開機年齡10～47月，CI使用時間5～31月，左側植入5例，右側植入4例。右耳聽性腦干反應閾值在80～105 dB，左耳聽性腦干反應閾值在70～105 dB。右耳聽覺穩(wěn)態(tài)響應在0.25、0.5、1、2、4 kHz均數(shù)為81.25～101.25 dB，左耳為58.75～100 dB。右耳裸耳主觀聽閾83～110 dB，左耳67.5～109.2 dB。其中，僅3例CI兒童具有術前助聽器配戴史，配戴時長為1～3月。具有術前助聽器配戴史的被試，因助聽器聽力補償效果差選擇植入人工耳蝸。對于參與該研究的所有兒童，父母已閱讀知情同意書并同意孩子參與本研究，受試兒童期間均配合實驗。本研究所涉及各項研究內容和實驗均已經通過北京兒童醫(yī)院倫理委員會審批。

2.2 方法

本實驗設計了聽覺誘發(fā)實驗記錄兒童的腦電信號，通過處理和分析腦電信號得到皮層聽覺誘發(fā)電位（CAEP）和失匹配負波（MMN）的波形特征，而后基于標準化低分辨率腦電磁斷層掃描進行溯源分析得到聽覺誘發(fā)實驗下各腦區(qū)的響應。

CAEP是在聽覺刺激下大腦對其在感覺、認知、記憶過程中所產生的電位，是接受聽覺刺激后反映在頭皮上可以記錄的具有同步且鎖時特征的神經活動總和。MMN是一種負性的事件相關電位，它是針對頻繁的標準刺激中嵌入了不常見的偏差刺激而誘發(fā)的，由偏差刺激和標準刺激所誘發(fā)的波形相減得到的。同CAEP一樣，它不需要受試者有意識地注意聽覺刺激。實驗整體采用oddball范式，且在一種刺激序列中只考察一種偏差刺

激。每組實驗中包含1000個刺激，每500個刺激中間休息一次，其中標準刺激為大概率事件，占刺激序列的85%，偏差刺激為小概率事件，占刺激序列的15%，兩種刺激隨機出現(xiàn)，聲音刺激是由專業(yè)男播音員在電磁屏蔽室內錄制的音頻文件，其中，標準刺激是/bā/，偏差刺激是/bà/，刺激間隔為600～800 ms隨機，經聲場校準，CI兒童輸入70 dB SPL的聲音刺激，以確保所有兒童均有聽覺輸入，每組時長約為17分鐘。聲音的刺激序列使用E-prime心理學軟件（2.0專業(yè)版）呈現(xiàn)，并通過距離受試者正前方1 m的揚聲器播放。

實驗期間，受試兒童需保持清醒并坐在電磁屏蔽室內的椅子上，其父母可陪伴在側。受試兒童無需關注聽覺刺激，觀看無聲卡通片，以忽略聽覺刺激。如果受試兒童不能安靜的觀看無聲動畫片，主試人員在孩子面前默默玩玩具以吸引其注意力。主試人員可通過電磁屏蔽室窗口觀察記錄被試狀態(tài)。

2.3 數(shù)據(jù)處理

使用GSN（geodesic sensor net)128通道的鹽水電極帽采集腦電信號。實驗期間保證電極阻抗低于50 kΩ，使用Net Station軟件記錄腦電數(shù)據(jù)期間，物理參考電極為Cz，接地電極位于Cpz和Pz之間的COM點，采樣率設置為1000 Hz。

原始腦電數(shù)據(jù)使用Matlab（2016b）和EEGLAB工具箱進行預處理。首先，導入原始數(shù)據(jù)并對頭皮電極位置定位，使用0.1～30 Hz的巴特沃茨三階濾波器對數(shù)據(jù)進行數(shù)字濾波，從而減少低頻漂移和高頻噪聲。重參考為全頭平均，當有足夠電極可覆蓋整個頭部時，其被認為是最好的重參考的方法之一。受人工耳蝸的體外裝置影響的1～2個電極通過插值替代，而后使用獨立成分分析和主成分分析降維到64個成分，去除眼球運動偽跡和CI偽影，隨后人工檢查數(shù)據(jù)以確保剔除由兒童意外運動引起的大運動偽影數(shù)據(jù)段。同時，根據(jù)標簽將連續(xù)腦電記錄分段，設置感興趣的時間段為600 ms，包括標簽前100 ms和標簽后500 ms的數(shù)據(jù)，并做基線校正。最后平均所有時間段的數(shù)據(jù)得到皮層聽覺誘發(fā)電位，并將偏差刺激和標準刺激所分別誘發(fā)的平均波形做減法得到失匹配負波。

3 實驗結果

3.1 事件相關電位結果分析

9名兒童的兩組數(shù)據(jù)疊加平均后得到CAEP，偏差刺激減標準刺激得到MMN，兩組實驗分別包含單側CI組和雙模組。其中，單側CI組和雙模組的CAEP如圖1所示，兩組波形形態(tài)相似，使用單因素方差分析顯示兩組不具有統(tǒng)計學差異（P>0.05）。單側CI組中標準刺激的P1波潛伏期為157.40±14.21 ms，幅值為2.04±0.52 μV，偏差刺激的P1波潛伏期為152.00±13.22 ms，幅值為2.06±0.60 μV；雙模組中標準刺激的P1波潛伏期為149.00±13.07 ms，幅值為3.10±1.71 μV，偏差刺激的P1波潛伏期為155.00±12.85 ms，幅值為2.78±1.59 μV。由此可見，兩組中CAEP中P1波的潛伏期一致，但雙模組的幅值比單側CI組增大，表明雙模式助聽方式一定程度上提高了音調聲音的感知能力。而單側CI組和雙模組的MMN波形如圖2所示，其中，單側CI組MMN的潛伏期為328.00±12.08 ms，幅值為-1.30±0.71 μV，雙模組MMN的潛伏期為278.20±21.28 ms，幅值為-1.97±0.96 μV，使用單因素方差分析發(fā)現(xiàn)兩組的潛伏期具有極顯著差異（P<0.01),但幅值未發(fā)現(xiàn)統(tǒng)計學差異（P>0.05）。因此，與單側CI組相比，雙模組的MMN潛伏期明顯縮短，且幅值增大，一定程度上從電生理層面證明了雙模助聽的方式提高了不同音調的辨別能力。

3.2 基于標準化低分辨率腦電磁斷層掃描的源分析

應用標準化低分辨率腦電磁斷層掃描（sLORETA）計算皮層電活動分布，其6239個體素在5毫米的空間分辨率下被壓縮。在基于s-LORETA對CI兒童腦電進行源成像中，源分析的電極放置在擴展的10-10國際標準導聯(lián)系統(tǒng)中，去掉不能有效采集腦電信號的電極后，共119個電極。為觀察雙模式助聽和單側人工耳蝸植入（左側或右側植入）兩種助聽模式的聽覺皮層激活模式，9名兒童分別進行了兩組實驗，包含單側CI組和雙模助聽組，聲音刺激材料為聲調。圖3（a）展示了單側CI作為助聽工具的源成像，圖3（b）展示了一側植入CI、對側配戴助聽器作為助聽工具的源成像。單側植入人工耳蝸時，大腦皮層的最大激活區(qū)域是右側顳葉，即初級聽覺皮層，如圖3（a）所示。但雙模式條件下，大腦皮層的最大激活區(qū)域為偏左側的前額葉，即高級聽覺皮層，且激活強度大于單側人工耳蝸組，如圖3（b）所示。當配戴助聽器后，最大激活區(qū)域的聽覺皮層主要產生了兩個變化，一是最大激活區(qū)由右側轉為左側，二是激活強度增大，但用單邊t檢驗比較兩種助聽條件下皮質活動的體素時，不存在統(tǒng)計學差異（P<0.05）。

4 討論

近年來，為達到雙耳聆聽的效果，可通過雙側植入人工耳蝸或單側植入人工耳蝸對側配戴助聽器的方式補償雙耳效應。我國大部分患者選擇單側植入人工耳蝸對側配戴助聽器這種方式。雙模助聽方式不僅為雙耳聆聽提供了極大助力，也在音調識別等多方面表現(xiàn)出明顯優(yōu)勢。雙耳聽閾比單耳聽閾低，因為相對單耳信號輸入，聽覺中樞在處理雙耳輸入的聲音信號時會選擇信噪比相對更好的信號進行分析。

通過對腦電信號在時間和空間尺度的分析，雙模組結果均優(yōu)于單側CI組。其中，雙模組CAEP中P1波的幅值增大，證明雙模助聽方式使其具有更好的音調感知能力。在絕大多數(shù)雙模式助聽患者中，雙模助聽對比僅人工耳蝸植入顯示了更好的語音感知能力，這與既往研究結果一致。MMN的存在表明聽覺系統(tǒng)對不同聲音的自動辨別能力，而雙模組的MMN潛伏期明顯縮短，且幅值增大，證明雙模式助聽方式更加有利于不同音調聽辨能力的康復，即促進了高級聽覺功能。既往研究顯示，安靜聽力條件下的主觀測試，雙模式條件言語識別也有改善。源成像的結果中，通過分析CI兒童聽覺皮層的激活狀態(tài)，發(fā)現(xiàn)雙模組的最大激活區(qū)域由單側CI組的右半球移至左半球。在適當?shù)募円舸碳は?，MEG研究表明健聽者和聽損患者均可誘發(fā)聽覺皮層的激活，但健聽者的右半球激活更強。在語言加工中，fMRI和PET的研究發(fā)現(xiàn)人類語言處理的半球化特征，且語音處理主要發(fā)生在左半球，此外，探究個體腦電不同頻帶的研究也顯示，左半球高度參與了語言處理，且在持續(xù)時間分辨任務上有更好的表現(xiàn)。因此，CI兒童在配戴助聽器后在最大激活區(qū)域表現(xiàn)出的從右到左的跨半球轉移現(xiàn)象，可能由于配戴助聽器一定程度上增加了低頻信息的輸入，使左半球更大程度參與語言處理，因而在本研究的聲調分辨任務上同既往健聽者的結果具有一致性，從而認為配戴助聽器可使患者具有更好的語言韻律感知能力。另外，左半球一直普遍被認為是處理語言信息的優(yōu)勢半球，該結果表明雙模式相對于單側植入人工耳蝸更加有益于聲音辨別能力和言語韻律的發(fā)展，對尚存殘余聽力的人工耳蝸植入兒童，對側耳配戴助聽器更有助于其聽覺言語康復。源成像結果直觀證明了雙模助聽方式更有利于言語韻律的感知與學習。

綜上，雙模式助聽相比于單側植入人工耳蝸助聽具有顯著益處，助聽器提供的聲音輸入有效地促進了語言韻律的感知，更容易促進高級聽覺皮層的發(fā)育，從而使聲調語言的學習更具優(yōu)勢。

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