陶征 宋戎 綜述 韓睿 審校

聽性腦干反應(yīng)(ABR)是臨床常用的聽覺(jué)誘發(fā)電位測(cè)試方法之一；測(cè)試聲有短聲及短純音，其中短聲ABR應(yīng)用最為廣泛。短聲ABR的優(yōu)點(diǎn)是反應(yīng)波形清晰易于辨認(rèn)，其中波V的反應(yīng)閾接近行為聽閾，測(cè)試所需時(shí)間相對(duì)較短，各反應(yīng)波的發(fā)生源比較明確，在正常人、不同聽力損失的人群以及不同年齡的人群中研究及應(yīng)用廣泛，測(cè)試數(shù)據(jù)豐富，反應(yīng)結(jié)果穩(wěn)定可靠。近些年來(lái)，用一種新的、人工合成的chirp聲誘發(fā)ABR的報(bào)道越來(lái)越多，本文對(duì)chirp聲誘發(fā)的ABR的特點(diǎn)、目前研究現(xiàn)狀綜述如下。

1 Chirp的含義

Chirp在英漢大辭典釋義是啁啾音、鳥鳴音、線性調(diào)頻音，而本文中的chirp聲是指人工合成的有多種頻率成分的寬頻聲信號(hào)。chirp聲中的頻率成分可根據(jù)測(cè)試需要增多或減少，但信號(hào)從低到高的不同頻率成分始終是按照一定的時(shí)間函數(shù)先后出現(xiàn)，使其盡可能在相同的時(shí)間到達(dá)耳蝸各自特異敏感部位的基底膜。由于頻率成分多少不同，其不同頻率成分出現(xiàn)所遵循的時(shí)間函數(shù)不同，chirp聲可以有多種多樣，并非一個(gè)固定的頻譜及時(shí)相譜。

2 短聲ABR的局限性

常用的短聲持續(xù)時(shí)間一般為0.1 ms左右，頻譜很寬，其能量分布范圍覆蓋0.125～8 kHz，因此，當(dāng)短聲到達(dá)內(nèi)耳時(shí)會(huì)使整個(gè)基底膜興奮。由于基底膜不同部位的毛細(xì)胞對(duì)聲音的不同頻率成分敏感，高頻敏感區(qū)位于蝸底，低頻敏感區(qū)位于蝸?lái)敚?興奮產(chǎn)生的行波從蝸底到蝸?lái)斝枰欢ǖ臅r(shí)間，因此，蝸?lái)敳糠峙d奮晚于蝸底。由于基底膜本身的結(jié)構(gòu)特性所決定，行波在蝸底傳播速度要比蝸?lái)斂?，而且行波的路徑較短，因此蝸底部的毛細(xì)胞興奮的同步性高，這就使得感受高頻的神經(jīng)纖維興奮的同步性高，產(chǎn)生的電波幅度也高；而蝸?lái)斕幮胁ㄋ俣嚷胁ǖ穆窂捷^長(zhǎng)，毛細(xì)胞興奮的同步性低，這就導(dǎo)致感受低頻的神經(jīng)纖維興奮的同步性差，產(chǎn)生的電波幅度較低。由于行波延遲導(dǎo)致蝸?lái)攨^(qū)毛細(xì)胞興奮時(shí)間晚于蝸底，使得感受高頻和低頻的聽神經(jīng)纖維興奮所產(chǎn)生的電波相位不同，不同相位的電波互相抵消，導(dǎo)致最后ABR的反應(yīng)波中主要留下了產(chǎn)生于蝸底處振幅較高的電波。即短聲ABR產(chǎn)生的電波主要來(lái)自位于蝸底處、感受高頻的聽神經(jīng)纖維的興奮，蝸?lái)斕幐惺艿皖l的聽神經(jīng)反應(yīng)電波被抵消掉了[1,2]。

如果能夠使耳蝸不同部位基底膜上毛細(xì)胞興奮的時(shí)間盡量同步，寬頻聲信號(hào)中的低頻成分先于高頻成分出現(xiàn)，這樣低頻成分就會(huì)先到達(dá)基底膜，當(dāng)興奮以行波方式傳遞到蝸?lái)敃r(shí)，延時(shí)出現(xiàn)的高頻成分也同時(shí)到達(dá)蝸底區(qū)域，這樣蝸底、蝸?lái)斖脚d奮，可以避免上述短聲引出的高頻區(qū)電波和低頻區(qū)電波不同步的問(wèn)題，從而將短聲ABR中被抵消掉的低頻電波保留下來(lái)，使最終記錄到的電波幅度更大，更有利于辨認(rèn)，有臨床應(yīng)用價(jià)值。因此，改變測(cè)試用刺激聲，可以糾正短聲的不足，從而產(chǎn)生了人工合成的chirp聲的想法。

3 提高聽神經(jīng)纖維同步放電概念的提出

提高聽神經(jīng)同步放電的概念最早是由Shore和Nuttal在1985年提出的[3]，他們用指數(shù)升頻短純音(tone bursts of exponentially rising frequency)來(lái)記錄復(fù)合動(dòng)作電位(CAP)，指數(shù)升頻是指復(fù)合聲中的不同頻率成分按照某一指數(shù)隨聲音持續(xù)時(shí)間從低到高逐漸增加，其結(jié)果就是低頻部分先于高頻部分首先到達(dá)基底膜。該聲音合成的理論基礎(chǔ)是基于基底膜的行波特性，將短純音的譜能量按照豚鼠蝸隔線性特征的倒數(shù)重新進(jìn)行時(shí)程設(shè)計(jì)，并將這種短純音引出的CAP與指數(shù)降頻短純音及短聲誘發(fā)的CAP進(jìn)行比較，發(fā)現(xiàn)指數(shù)升頻短純音誘發(fā)的CAP的N1波寬度變窄，N1和P1波的振幅更高。他們的結(jié)果證實(shí)了改善基底膜不同部位毛細(xì)胞興奮的同步性，可以提高聽神經(jīng)興奮的同步性,從而使記錄到的CAP振幅更高。

4 不同實(shí)驗(yàn)室有關(guān)chirp聲與click聲ABR的報(bào)告

Dau等[4]在2000年，將提高聽神經(jīng)同步興奮的概念應(yīng)用于ABR的研究。ABR的潛伏期比CAP長(zhǎng)，其構(gòu)成成分包括聲波的耳蝸機(jī)械傳遞過(guò)程和興奮的神經(jīng)傳遞時(shí)間兩部分，其耳蝸部分與聲音的頻率及強(qiáng)度有關(guān)，而神經(jīng)傳遞過(guò)程與這兩個(gè)因素?zé)o關(guān)。通過(guò)提高不同部位基底膜毛細(xì)胞興奮的同步性，來(lái)觀察毛細(xì)胞興奮的同步性增加對(duì)較高部位的腦干神經(jīng)核團(tuán)興奮的影響。為實(shí)現(xiàn)上述目的，要求刺激聲首先必須是寬頻信號(hào)，這樣才能保證整個(gè)基底膜的不同部位在聲刺激下都能夠興奮；其次是不同頻率聲信號(hào)到達(dá)各自特異性敏感部位基底膜的時(shí)間盡可能相同。沿著這樣的思路，Dau等根據(jù)波爾行波理論中行波在蝸隔中的行進(jìn)速度、Greenwood的刺激頻率與基底膜最大位移函數(shù)關(guān)系設(shè)計(jì)出了chirp聲，除此之外，他們還設(shè)計(jì)出頻譜與短聲更加接近的平坦頻譜chirp聲(修正chirp聲)，并比較了這兩種chirp聲與短聲引出的ABR的區(qū)別。

當(dāng)刺激強(qiáng)度為20～40 dB SL時(shí)，兩種chirp聲引出的ABR波V振幅明顯大于短聲引出的波V振幅，刺激強(qiáng)度增加到50～60 dB SL時(shí)，波V的振幅增加不明顯，而且修正chirp聲引出的ABR波I 、III與短聲ABR基本相同；他們認(rèn)為其中的原因在于chirp聲強(qiáng)度增加后，先期到達(dá)基底膜的低頻聲能可以興奮耳蝸底部的高頻區(qū)，降低了chirp聲增強(qiáng)同步興奮的特性。在本試驗(yàn)中的chirp聲持續(xù)時(shí)間約10 ms，明顯長(zhǎng)于所用短聲的0.8 ms時(shí)程 ，因此Dau等指出，過(guò)去認(rèn)為ABR是一種給聲——撤聲反應(yīng)的觀念并不一定正確；如果將升頻chirp改為降頻chirp，此時(shí)兩音能量譜相同，但降頻chirp的譜型更加陡直，如果ABR真是給聲——撤聲反應(yīng)，降頻chirp引出的波V振幅應(yīng)該更高，但實(shí)際上是降頻chirp引出的波V振幅遠(yuǎn)低于升頻chirp, 它引出的波V振幅甚至低于短聲引出的波V。為了說(shuō)明譜型的作用，他們還將chirp的時(shí)程縮短為3.92 ms，縮短后的chirp 聲的頻譜范圍從0.1～10.4 kHz減少為 0.45～10.4 kHz，這種短時(shí)程chirp引出的波V振幅明顯低于前一個(gè)chirp聲引出的波V，該結(jié)果說(shuō)明低頻增加的同時(shí)時(shí)程也延長(zhǎng)是chirp聲誘發(fā)ABR的波V振幅增加的原因，也進(jìn)一步證實(shí)了ABR的波V不是一個(gè)給聲-撤聲反應(yīng)。Dau等報(bào)告的意義在于證實(shí)了刺激聲的譜型及時(shí)程的散播均會(huì)影響ABR的電波特征，但時(shí)程散播起著更重要的作用。

Wegner等[5]在2001年采用高通噪聲掩蔽chirp聲和短聲來(lái)記錄ABR，結(jié)果顯示，當(dāng)高通噪聲的截止頻率分別為0.5、1、2、4、和8 kHz時(shí)，chirp聲引出的ABR波V振幅均高于相應(yīng)噪聲掩蔽下的短聲誘發(fā)ABR波V，而且隨著噪聲截止點(diǎn)的升高，chirp聲引出的波V振幅越來(lái)越大，但短聲引出的波V的振幅在截止點(diǎn)達(dá)1 kHz以上時(shí)基本不變。將掩蔽噪聲改為一個(gè)倍頻程寬度的切跡噪聲，噪聲的改變也類似于前一個(gè)測(cè)試，記錄反應(yīng)并得到衍生帶ABR，結(jié)果顯示，這種衍生帶ABR的波V振幅在短聲和chirp聲之間無(wú)顯著差異，因此他們的結(jié)論是一個(gè)倍頻程寬度的chirp聲不會(huì)使波V振幅發(fā)生改變。如果將頻譜和能量譜都非常相近的250 Hz脈沖短音和低頻chirp聲進(jìn)行比較，低頻chirp聲引出的波V振幅比250 Hz脈沖短音引出的波V高很多。這一結(jié)果證實(shí)，即使是chirp聲本身的頻譜并不太寬，但chirp聲刺激使基底膜上的毛細(xì)胞興奮同步性提高，導(dǎo)致感受不同頻率的神經(jīng)纖維同步興奮性提高，從而使記錄到的波V幅度增加。

5 不同chirp聲誘發(fā)的ABR

在2004年，F(xiàn)obel等[6]按照不同的時(shí)間函數(shù)設(shè)計(jì)了三種chirp聲，分別是根據(jù)刺激頻率耳聲發(fā)射(SFOAE)得到的基底膜延遲參數(shù)的0-chirp聲、根據(jù)短純音ABR波V潛伏期函數(shù)得到的A-chirp聲以及波爾的線性行波延遲理論得到的M-chirp聲。這三種chirp聲引出的波V振幅都高于短聲引出的波V，但0-chirp聲和M-chirp聲引出的波V相似，這可能是因?yàn)镸-chirp是基于線性行波理論，目前的證據(jù)證實(shí)基底膜具有非線性特點(diǎn)，在基本的聽覺(jué)處理如頻率選擇、時(shí)間整合及感受響度增加等方面有決定性的作用；只有當(dāng)耳蝸損傷時(shí)，基底膜的振動(dòng)方式才近似于線性，而SFOAE本身對(duì)估算1 kHz以下基底膜的組延遲并不準(zhǔn)確，所以0-chirp聲本身也有不足。相比上述兩種chirp聲，A-chirp聲的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)是寬頻范圍短純音ABR所得到的不同頻率聲音在基底膜的組延遲數(shù)據(jù)，對(duì)各頻率的延遲時(shí)間計(jì)算更準(zhǔn)確，所以其ABR的波V振幅在多個(gè)刺激水平都是最高的，因此，他們認(rèn)為，將來(lái)A-chirp聲可以作為替代短聲的寬頻聲信號(hào)用于臨床ABR測(cè)試[6]。

Bell等[7]在2002年用限制帶寬(band-limited)chirp聲測(cè)試了10個(gè)正常人的ABR，比較了高頻(3 000～6 000 Hz)、中頻(750～3 000 Hz)和低頻(375～750 Hz)chirp聲引出的波V閾值與行為閾值的差異，其中，高頻最小為16 dB ,低頻最大為25 dB，與既往的有關(guān)短純音ABR的波V閾值與行為閾值的差進(jìn)行比較，發(fā)現(xiàn)低頻chirp聲誘發(fā)的ABR波V閾值比500 Hz短純音誘發(fā)的ABR波V閾值更接近行為聽閾，但用切跡噪聲掩蔽后的短純音ABR波V閾值與行為聽閾最接近。由于chirp聲的特點(diǎn)決定了它的譜能量較寬，因此Bell認(rèn)為，將chirp聲作為有頻率特異性的刺激聲，其臨床應(yīng)用價(jià)值有限。

Elberling等[8]用三種不同的頻率-潛伏期函數(shù)設(shè)計(jì)的chirp聲，以每秒90次的刺激率來(lái)記錄穩(wěn)態(tài)電位，結(jié)果顯示，盡管三種函數(shù)不同，但chirp聲引出的穩(wěn)態(tài)反應(yīng)的振幅、判斷反應(yīng)達(dá)到有效信噪比所需時(shí)間均明顯高于及短于短聲引出的穩(wěn)態(tài)反應(yīng)，因此認(rèn)為，chirp聲可以代替短聲誘發(fā)外周聽性反應(yīng)。在ABR測(cè)試中發(fā)現(xiàn)，60 dB nHL的chirp聲ABR波V振幅與短聲ABR的差異明顯小于50 dB nHL chirp聲，因此認(rèn)為盡管chirp聲增加了基底膜毛細(xì)胞感受聲音的同步性，但其增加聽神經(jīng)同步性有強(qiáng)度限制[9]。在另一篇報(bào)告里，Elberling等[10]根據(jù)不同的延遲函數(shù)設(shè)計(jì)測(cè)試了5種強(qiáng)度chirp聲ABR，記錄并分析了在不同刺激強(qiáng)度下對(duì)波V潛伏期及振幅的影響，在高強(qiáng)度下(60 dB nHL)，最短的chirp聲引出的波V振幅最大，在低強(qiáng)度時(shí)(20 dB nHL)最長(zhǎng)的chirp聲引出的波V振幅最高，隨著刺激強(qiáng)度的降低，chirp聲ABR波V的潛伏期與短聲ABR波V的潛伏期差值變小；這是因?yàn)楦邚?qiáng)度時(shí)chirp聲不同的頻率成分對(duì)基底膜的刺激部位特異性下降，興奮產(chǎn)生了上行性擴(kuò)展，導(dǎo)致不同頻率之間相互影響加強(qiáng)，從而使chirp聲增強(qiáng)基底膜不同部位毛細(xì)胞興奮同步性的特性降低，此時(shí)，由于最短的chirp聲包含頻率成分最少，所以同步性降低最??；當(dāng)刺激強(qiáng)度降低時(shí)，各頻率成分對(duì)基底膜刺激的特異性增強(qiáng)，毛細(xì)胞興奮的同步性增大，較長(zhǎng)的chirp聲含有較多的頻率成分，從而同步興奮了更多的聽神經(jīng)纖維，就使得波V振幅更高。因此該報(bào)道認(rèn)為，chirp聲用于正常聽力者其長(zhǎng)度最好隨著刺激強(qiáng)度來(lái)變化；正因如此，chirp聲的設(shè)計(jì)如果是根據(jù)行波延遲模型得來(lái)的數(shù)據(jù)顯然不夠準(zhǔn)確，最好的數(shù)據(jù)應(yīng)來(lái)自于較大樣本正常聽力者的測(cè)試結(jié)果，并根據(jù)這些真實(shí)的測(cè)試數(shù)據(jù)建立的數(shù)學(xué)模型?；谶@樣的思路，2010年，Elberling等設(shè)計(jì)了一種新的chirp聲[11]，這種chirp聲延遲模型來(lái)自倍頻程寬chirp聲，倍頻程chirp聲是有頻率特異性的刺激聲，當(dāng)它單獨(dú)記錄ABR時(shí)得到一個(gè)潛伏期，將不同頻率倍頻程chirp聲在不同強(qiáng)度下得到的波V潛伏期作為正常數(shù)據(jù)，然后將這些倍頻程chirp聲合成為寬頻chirp聲,比較寬頻chirp聲的潛伏期就可以計(jì)算出各倍頻程的延遲，從而得出不同刺激強(qiáng)度下不同頻率的延遲函數(shù)；結(jié)果證實(shí)了在其實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)范圍內(nèi)與刺激強(qiáng)度有關(guān)的chirp聲更加有利于促使聽神經(jīng)同步興奮。在2012年，Elberling等[12]用EA-2和ER-3A兩種插入式耳機(jī)分別測(cè)試短聲ABR和chirp聲ABR,結(jié)果顯示，刺激強(qiáng)度為20～80 dB nHL時(shí)，對(duì)短聲來(lái)說(shuō)，兩種耳機(jī)給聲引出的ABR差別不大；但chirp聲的強(qiáng)度在60 dB nHL以下時(shí)，用ER-2耳機(jī)給聲記錄到的波V振幅明顯大于ER-3A耳機(jī)給聲的結(jié)果；其差別的原因在于ER-2耳機(jī)比ER-3A耳機(jī)有更寬的振幅-頻率響應(yīng)，兩種耳機(jī)的頻響差別在高頻更明顯。由于ER-3A是臨床上常用的插入式耳機(jī)，為了使chirp聲增加波V的效能充分展現(xiàn)，他們又重新設(shè)計(jì)出一種chirp聲，并且證實(shí)這種修訂后的chirp聲用ER-3A耳機(jī)給聲時(shí)可以記錄到明顯比短聲大的波V，但刺激聲強(qiáng)不能超過(guò)60 dB nHL，強(qiáng)度過(guò)大耳機(jī)輸出失真明顯。這一結(jié)果更進(jìn)一步證實(shí)，chirp聲的振幅譜是引出高振幅波V的關(guān)鍵[13]。

Cebulla等在2012年報(bào)道了將chirp聲ABR用于新生兒聽力篩查的研究結(jié)果[14]，他們6年的篩查工作顯示，chirp聲ABR的敏感度為100%，特異度為97.9%，平均每只耳的測(cè)試用時(shí)為28秒(95%在15～112秒之間)。這一結(jié)果證實(shí)了chirp聲ABR在新生兒聽力篩查方面的應(yīng)用價(jià)值。

6 chirp聲誘發(fā)ABR的局限性

上述所有報(bào)告都證實(shí)chirp聲在ABR測(cè)試時(shí)可以增加波V的振幅，原因在于它可以增加不同部位毛細(xì)胞興奮的同步性，從而使聽神經(jīng)興奮的同步性提高，因此，同樣可以用于穩(wěn)態(tài)電位測(cè)試。但來(lái)自昆士蘭大學(xué)的研究報(bào)告[15]卻有不同的觀點(diǎn)，他們發(fā)現(xiàn)chirp聲的確可以增加波V的振幅，但波I、III卻經(jīng)常消失，而且波V潛伏期的變異程度較大。神經(jīng)反應(yīng)電波幅度的增加除了神經(jīng)纖維興奮性的同步性增加外，也可能是個(gè)體神經(jīng)元貢獻(xiàn)度的增加或者是參與興奮的神經(jīng)元數(shù)量增加所致[16]。因此，判斷是否是神經(jīng)興奮同步性增加導(dǎo)致了chirp聲ABR波V振幅的增加應(yīng)該有更具說(shuō)服力的指標(biāo)。為保證測(cè)試結(jié)果可靠，他們從以下幾方面來(lái)分析同步性是否增加：①神經(jīng)興奮同步性越高，波V波峰的定位越清晰，潛伏期變異程度越小，因此測(cè)量chirp聲ABR波V潛伏期變異程度的高低可以判斷神經(jīng)興奮同步性是否增加；②對(duì)ABR反應(yīng)波進(jìn)行快速傅里葉分析(FFT)，如果ABR神經(jīng)元興奮的同步性增高，F(xiàn)FT就會(huì)表現(xiàn)為峰值變高，波峰變窄，高頻成分增加，整個(gè)FFT結(jié)果更像單個(gè)神經(jīng)元的反應(yīng)；③直接測(cè)量FFT一些特別成分的相位變異，變異程度越小說(shuō)明反應(yīng)的同步性越高。他們的結(jié)果證實(shí)，當(dāng)chirp聲強(qiáng)度為40 dB nHL時(shí)，雖然可以引出高振幅波V的ABR，但同步性指標(biāo)均低于短聲ABR；因此，他們認(rèn)為這種波V振幅的增加是由于神經(jīng)元重振所致[16]。如果把chirp聲的強(qiáng)度降為20 dB nHL,則上述幾項(xiàng)指標(biāo)均顯示chirp聲引出的ABR神經(jīng)元興奮的同步性明顯高于短聲ABR；在Petoe等進(jìn)行研究中所用的幾種chirp聲中，基于短純音ABR結(jié)果設(shè)計(jì)的A-chirp最為理想[17]；從Petoe等的報(bào)告可以看出，chirp聲ABR只有在接近反應(yīng)閾值時(shí)，其波V振幅增高的原因才是提高了神經(jīng)興奮的同步性。

到目前為止，有關(guān)chirp聲誘發(fā)ABR或ASSR的報(bào)告還在陸續(xù)出現(xiàn)[18]，說(shuō)明這是一項(xiàng)尚處于發(fā)展階段的測(cè)試方法，無(wú)論哪家實(shí)驗(yàn)室所設(shè)計(jì)的chirp聲，都是根據(jù)一定的函數(shù)模型，因此不可避免都會(huì)有一定的局限性。另外，已有的研究報(bào)告也都是以正常聽力者為研究對(duì)象的結(jié)果，這種聲音用于耳聾人群ABR測(cè)試的結(jié)果如何目前不得而知，因?yàn)槎伈∽円院?，基底膜的特性、殘存毛?xì)胞的活性、毛細(xì)胞和聽神經(jīng)對(duì)聲音的調(diào)諧等方面都與正常耳蝸差異很大，不同耳聾程度之間差異也會(huì)很大。chirp聲在正常聽力者中增大ABR波V的效能在耳聾人群中會(huì)是什么樣的表現(xiàn)還有待進(jìn)一步探討，所以，針對(duì)chirp聲誘發(fā)ABR的研究還有很多工作要做。

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