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本研究系统比较了先天性(SSDc)、获得性(SSDa)单侧聋及人工耳蜗(CI)植入者在空间听觉定位方面的表现。结果证实,早期皮层适应促使SSDc发展出更强的单耳线索代偿机制,而SSDa的适应则有限。CI能部分重建双耳线索,改善水平定位(增益从0.26提升至0.97)和处理效率,但垂直定位缺陷依然存在。这些发现(如MAE、增益g等指标)揭示了听觉经验与听觉重建如何共同影响空间听觉行为,为个体化康复策略提供了依据。
引言
空间听觉是指在三维空间中定位声源的能力,依赖于双耳时间差(ITDs)、双耳强度差(ILDs)以及与头和耳廓相互作用产生的高频(>4 kHz)单耳谱形线索的整合。单侧聋(SSD)破坏了这一过程,导致声音定位和在嘈杂环境中的言语理解困难。SSD可分为先天性(SSDc)和获得性(SSDa),两者为研究皮层适应和补偿机制提供了独特模型。人工耳蜗(CI)植入可以部分恢复双耳听力。本研究旨在比较SSDc、SSDa和SSD-CI(植入人工耳蜗的SSD患者)听众在定位性能和反应敏捷性方面的差异。
方法
共有31名SSD听众(9名SSDc,11名SSDa,11名SSD-CI)和16名听力正常(NH)对照组参与研究。实验在一个消声室内进行,使用一个由46个扬声器组成的球形阵列,覆盖±90°方位角和±30°仰角。刺激信号为150毫秒的宽带高斯白噪声(0.2-20 kHz),以50、60和70 dBA三个强度呈现。参与者被要求尽可能快速准确地将头部转向感知到的声源位置。头部运动通过动作捕捉系统记录。
数据分析包括通过线性回归评估方位角定位的刺激-反应关系,计算增益(g)、偏差(b)、决定系数(r2)和平均绝对误差(MAE)。垂直定位通过分析不同方位角窗口内的仰角反应增益和变异性来评估。反应敏捷性通过反应时间(RT)的倒数(s-1)来衡量。使用线性混合效应模型分析组间和刺激强度间的差异。
结果
水平声音定位
NH听众表现出近乎完美的方位角定位性能(增益=0.93,偏差=0.5°,r2=0.98,MAE=6°)。SSDa组表现最差,增益最低(0.17),偏差最大(偏向健耳,41.4°),MAE最高(49.6°)。SSDc组表现优于SSDa组,增益更高(0.57),偏差更小(20.3°),MAE更低(36.4°),表明早期剥夺促进了针对单耳线索的补偿策略。SSD-CI听众在CI开启时,方位角定位相比CI关闭时显著改善(增益=0.97 vs. 0.26,MAE=27° vs. 47°)。SSD-CI开启时的增益与NH组无显著差异,但决定系数(0.71)低于NH组,MAE(27°)高于NH组,表明CI仅部分恢复了双耳听力。
刺激强度影响定位表现,较高强度(70 dBA)与较低的增益、较大的健耳偏向和较大的MAE相关,这种效应在SSD-CI关闭条件下最为明显。
垂直声音定位
垂直定位依赖于单耳谱线索。所有SSD组在聋侧/CI侧均表现出较差的垂直定位能力(平均增益=0.15,反应变异性高=11.5°)。在健侧(方位角>15°),表现有所改善(平均增益=0.64,变异性=7.9°),但仍低于NH水平(增益=0.92)。各组SSD在聋侧的垂直定位表现无显著差异,CI开启也未带来显著改善,表明CI主要改善水平定位而非垂直定位。
声音定位敏捷性
NH听众反应最敏捷(4.02 s-1),而SSD-CI关闭组最慢(2.15 s-1)。在聋侧,SSD-CI开启组(2.92 s-1)的敏捷性显著优于CI关闭组(1.96 s-1),并与NH组无显著差异。SSDc组在健侧的敏捷性(3.20 s-1)与NH组相当,反映了其代偿性适应。总体而言,所有SSD组在聋侧的反应都慢于健侧,但SSD-CI开启使两侧差异最小化,更接近NH的偏心率模式。
讨论
本研究结果支持了早期皮层适应使SSDc发展出更强补偿机制的假说。SSDc听众表现出比SSDa更高的方位角定位增益、更好的拟合优度和更低的误差。这种优势归因于听觉发育关键期内神经可塑性诱导的皮层重组,增强了对单耳谱线索和头影线索的依赖和重新加权。
人工耳蜗植入显著改善了SSD听众的水平定位和反应敏捷性,通过部分重新引入双耳强度差(ILDs)线索来实现。然而,由于CI在频谱分辨率和时间差(ITD)处理上的局限性,其恢复是不完全的,表现为残留的定位偏差、误差、反应变异性以及垂直定位缺陷。
刺激强度对定位的影响揭示了单耳定位策略的强度依赖性。在没有双耳线索的情况下,听众依赖头影衍生的强度线索和单耳谱信息,这些线索在高强度下可能饱和或变得模糊,导致回归拟合度下降和定位误差增大。
反应敏捷性的差异进一步反映了不同组别的处理效率。SSDc在健侧接近NH的表现,突显了其单耳处理的优化。CI不仅提高了准确性,也改善了敏捷性,可能通过促进皮层重塑和减少处理努力来实现。
这些发现表明,听觉经验和听力恢复共同影响着空间听觉行为。SSDc中早期的代偿机制可能减轻了功能缺陷,但也可能限制了CI的恢复潜力。相比之下,SSDa由于可塑性窗口有限,从CI中获益的空间可能更大。理解这些适应模式有助于指导单侧听力损失患者的个体化康复策略,并优化干预效果。结合方位角准确性、偏差、一致性、垂直映射和反应敏捷性的多维评估,可以更全面地描述空间听觉功能,有助于识别可能从CI中获益有限或获益显著的SSD个体。未来的研究需要在更具生态效度的复杂环境中验证这些发现。