辛甜宇王宇洋魏朝剛劉玉和*

1北京大學(xué)第一醫(yī)院耳鼻咽喉頭頸外科（北京 100034）

2湖南省人民醫(yī)院耳鼻咽喉頭頸外科（長沙 410021）

聽力障礙是語前聾兒童面臨的認(rèn)知能力發(fā)育的重大挑戰(zhàn)。許多語前聾兒童無可用殘余聽力，聽覺經(jīng)驗(yàn)基本為零，聽覺言語能力基本未發(fā)育，佩戴助聽器后聽力水平也較差。目前人工耳蝸植入(Cochlear Implantation,CI)是他們重新獲得聽力，重新發(fā)育聽覺言語能力的最佳手段。對于人工耳蝸植入者來說，音高直接影響人工耳蝸植入者受益[1]。但由于受到人工耳蝸硬件條件的限制，在植入人工耳蝸后聽障兒童常較難掌握對語音識別至關(guān)重要的音高線索。目前許多研究者們開始關(guān)注聽覺皮層對人工耳蝸植入者受益的作用[2]。盡管人工耳蝸提供的聽覺信息有缺陷，但聽覺皮層的神經(jīng)加工處理能夠幫助植入年齡較小的CI用戶聽覺感知與認(rèn)知[3]。行為學(xué)研究發(fā)現(xiàn)，人工耳蝸植入年齡越小，聽力損失持續(xù)時間越短，CI兒童理解能力和表達(dá)能力越強(qiáng)[4]，因此建立CI兒童聽覺皮層神經(jīng)活動與聽覺言語能力行為學(xué)表現(xiàn)之間的聯(lián)系便尤為重要。

本研究通過功能性近紅外光學(xué)腦成像（functional Near-Infrared Spectroscopy,fNIRS）探究語前聾兒童人工耳蝸植入后聽覺皮層任務(wù)態(tài)血氧活動與聽覺言語能力評分的相關(guān)性。fNIRS本質(zhì)上是一種非侵入性近紅外光-血氧代謝腦成像技術(shù)，可作為神經(jīng)激活及后續(xù)神經(jīng)電活動的間接解讀標(biāo)準(zhǔn)，目前已被證實(shí)是CI人群術(shù)后康復(fù)效果評估的可靠手段[5]。

1 資料與方法

1.1 臨床資料

本研究納入了2020年8月至2021年12月期間于我科接受人工耳蝸調(diào)機(jī)的患兒19例，其中植入年齡小于2歲患兒8例，植入年齡大于2歲患兒11例（均為單側(cè)植入，右耳植入15名，左耳植入4名，植入時年齡范圍在1.0-4.4歲，平均年齡：2.3歲，標(biāo)準(zhǔn)差：0.918，詳細(xì)臨床信息參見表1）。該研究經(jīng)過北京大學(xué)和北京大學(xué)第一醫(yī)院倫理委員會的批準(zhǔn)，研究對象的父母或者監(jiān)護(hù)人均在研究開始前自愿簽署知情同意書，允許將被試臨床信息、行為學(xué)量表數(shù)據(jù)和fNIRS數(shù)據(jù)用于科學(xué)研究。測試前，研究者對所有受試者基本信息進(jìn)行記錄。所有研究對象植入前通過裸耳行為測聽、ABR、ASSR、40Hz相關(guān)電位等診斷為極重度聽力損失，且助聽器受益有限，符合《中國人工耳蝸植入工作指南2013版》，其中4人大前庭導(dǎo)水管擴(kuò)張或Mondini畸形，其余未見內(nèi)耳畸形。

表1 受試者基本臨床信息Table 1 Clinic Information

1.2 神經(jīng)成像學(xué)測試

所有研究對象在人工耳蝸調(diào)機(jī)后進(jìn)行近紅外測試。測試由多通道的近紅外光學(xué)成像系統(tǒng)（Nirsmart，Huichuang，中國），在連續(xù)波模式下記錄血氧數(shù)據(jù)。研究對象的具體測試時間間隔見表2。研究對象在近紅外測試期間只佩戴耳蝸，處于安靜的睡眠狀態(tài)或安靜的清醒狀態(tài)。本測試中的聽覺刺激材料由無語義的偽句組成，均為語音情感韻律聲，包括恐懼、憤怒、快樂、中性，聲壓級約為60～65 dB SPL，平均背景噪音強(qiáng)度約為30 dB SPL。感興趣區(qū)域見表3及圖1。

表2 追蹤測試時間點(diǎn)及行為學(xué)量表結(jié)果Table 2 Time Point and Behavioral testing outcomes

表3 通道排布及感興趣區(qū)域Table 3 Channels and ROI

圖1 通道位置(CH)分布圖。每個紅點(diǎn)代表檢測通道的中心。CH1、CH3、CH5、CH7、CH10 位于左側(cè)顳區(qū)。CH30、CH40、CH42、CH45、CH46、CH47、CH48位于右側(cè)顳區(qū)。Fig.1 Positions of channels(CH)in the bilateral ROI.Each red dot represents the center of the detection channel.CH1,CH3,CH5,CH7,CH10,CH21,CH22 are located in the left hemisphere.CH30,CH40,CH42,CH45,CH46,CH47,CH48 are located in the right hemisphere.

1.3 聽覺言語能力評估

選擇開放性聽覺言語能力評估評估發(fā)聲情況、對聲音的察覺能力和對聲音的辨別和理解能力[6]，包括聽覺行為整合標(biāo)準(zhǔn)(Categories of Auditory Performance,CAP)、言語可懂度分級(Speech Intelligibility Rate,SIR)、有意義聽覺整合量表(Meaningful Auditory Integration Scale,MAIS)。

1.4 統(tǒng)計(jì)分析

在使用Nirspark包（版本 6.12,Huichuang,China）對近紅外數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理后，應(yīng)用SPSS(版本25.0，SPSS Inc,美國)對處理后的Hbo值和行為學(xué)結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。ITMAIS/MAIS、CAP、SIR分?jǐn)?shù)轉(zhuǎn)換為百分?jǐn)?shù)并相加取平均數(shù)，獲得最終行為學(xué)結(jié)果（表2）。使用Pearson相關(guān)分析被用來衡量大腦皮層對發(fā)聲情緒刺激的反應(yīng)和行為結(jié)果之間的相關(guān)性，P＜0.05被認(rèn)為是顯著的。

2 結(jié)果

2.1 聽覺皮層神經(jīng)反應(yīng)與行為學(xué)評分相關(guān)性概況

在測試的3個時間點(diǎn)中，聽覺皮層HbO濃度與聽覺言語能力評估得分有8個結(jié)果呈正相關(guān)(CH30、CH46、CH47、CH48)，有 5 個結(jié)果呈負(fù)相關(guān)(CH10、CH30、CH42、CH45)。其中，小于2歲植入組聽覺皮層HbO濃度與聽覺言語能力評估得分有13個結(jié)果為正相關(guān)(CH5、CH30、CH46、CH47、CH48)，7個結(jié)果為負(fù)相關(guān)(CH10、CH40、CH42、CH45)，大于2歲植入組聽覺皮層HbO濃度與聽覺言語能力評估得分有3個結(jié)果(CH5、CH45、CH46)為正相關(guān)，1個結(jié)果為負(fù)相關(guān)(CH42)。

2.2 右側(cè)顳上回、顳中回、緣上回神經(jīng)反應(yīng)與行為學(xué)評分相關(guān)性

值得注意的是，在T1時間點(diǎn)，小于2歲植入組CH47、CH46分別接受高興、中性刺激時激活程度與行為學(xué)量表結(jié)果均成正相關(guān)（r＝0.8790，P＝0.0496）（r＝0.9000，P＝0.0374）。大于 2歲植入組CH45、CH46分別接受高興、中性刺激時激活程度與行為學(xué)量表結(jié)果均成正相關(guān)（r＝0.8103，P＝0.0081）（r＝0.6773，P＝0.0450）（圖2）。在 T2 時間點(diǎn)，CH47接收憤怒、恐懼、中性語音情緒韻律刺激時的激活程度與行為學(xué)量表結(jié)果均成正相關(guān)（r＝0.5296，P＝0.0423）（r＝0.7255，P＝0.0022）（r＝0.5674，P＝0.0274）。其中不同植入年齡組CH42接收中性語音情緒韻律刺激時的激活程度與行為學(xué)量表結(jié)果均成負(fù)相關(guān)（r＝-0.8113，P＝0.0145）（r＝-0.7567，P＝0.0490）。小于2歲植入組CH30接收憤怒、恐懼語音情緒韻律刺激時的激活程度與行為學(xué)量表結(jié)果成均正相關(guān)（r＝0.8049，P＝0.0160）（r＝0.8088，P＝0.0151）（圖3）。

圖2 T1時間點(diǎn)雙側(cè)顳區(qū)神經(jīng)反應(yīng)與聽覺言語量表評分相關(guān)性。組1為植入年齡小于2歲CI兒童，組2為植入年齡大于2歲CI兒童。CH5位于左側(cè)顳中回，CH45、CH46位于右側(cè)顳中回，CH47位于右側(cè)顳上回。Fig.2 Oxyhemoglobin changes related to behavioral scores at T1.Group 1 represents children implanted before two years old,and Group 2 represents children implanted after two years old.CH5 is located in the left MTG(Middle temporal gyrus).CH46,CH45 are located in right MTG.CH47 is located in the right STG(Superior temporal gyrus).

圖3 T2時間點(diǎn)雙側(cè)顳區(qū)神經(jīng)反應(yīng)與聽覺言語量表評分相關(guān)性。組1為植入年齡小于2歲CI兒童，組2為植入年齡大于2歲CI兒童。CH30位于右側(cè)緣上回，CH42位于右側(cè)顳中回，CH47位于右側(cè)顳上回。Fig.3 Oxyhemoglobin changes related to behavioral scores at T2.Group 1 represents children implanted before two years old,and Group 2 represents children implanted after two years old.CH30 is located in the right supramarginal gyrus.CH42 is located in right MTG.CH47 is located in the right STG.

2.3 左側(cè)顳中回神經(jīng)反應(yīng)與行為學(xué)評分相關(guān)性

在T1時間點(diǎn)，不同植入年齡組兒童在接收高興、中性語音情緒韻律刺激時，CH5的激活程度與的行為學(xué)量表結(jié)果均成正相關(guān)（r＝0.9031，P＝0.0357）（r＝0.7101，P＝0.0321）（圖2）。

3 討論

目前已有許多研究關(guān)于CI人群的聽覺行為表現(xiàn)和大腦活動之間的關(guān)系。許多神經(jīng)成像學(xué)研究表明，人工耳蝸植入后的小齡兒童開機(jī)1周內(nèi)聽覺皮層對語音情感韻律具有較明顯的神經(jīng)處理[7]。CI用戶及聽力正常人群接受語音刺激時左右顳皮層均有顯著激活[8]，CI用戶與正常人群相比，顳葉皮層對語音刺激的平均激活水平顯著不同，且激活水平與CI使用者的聽覺言語理解能力呈負(fù)相關(guān)[9,10]。不僅如此，顳上回大腦皮層的神經(jīng)活動與語音刺激理解程度相符合，正常聽力和語音感知良好的CI用戶對自然語音比對難以理解的語音表現(xiàn)出更大的皮層激活[9]，語音感知較差的CI用戶對所有刺激都有較大的、特異性較差的皮層激活[10]。除此之外，顳中回、顳上回前部，是詞匯相關(guān)語義處理的關(guān)鍵部位，發(fā)育過程從出生開始貫穿整個童年時期[11,12]。在對有意義的刺激（單詞、句子、故事）的反應(yīng)中，CI用戶左側(cè)顳中回語義區(qū)和后顳上回語音區(qū)激活不足，而顳上回前部語音區(qū)過度激活[13]。以上研究結(jié)果表明，聽覺言語能力較差的CI用戶在處理復(fù)雜語音信息時認(rèn)知負(fù)荷較大，需要募集更多的認(rèn)知資源，因此顳區(qū)皮層激活程度較高。

在幾乎所有研究過的大腦區(qū)域，情緒語音處理均表現(xiàn)為顯著的右腦半球優(yōu)勢，這一優(yōu)勢被稱為半球偏側(cè)化優(yōu)勢[14]。與左半球相比，右半球似乎可以更好地評估音高變化[15]，在非言語語音聽覺加工方面明顯占優(yōu)勢[16]。右側(cè)的顳上回和顳中回可同時被招募處理語音情感認(rèn)知任務(wù)[7]，顳中回在情感和社會認(rèn)知方面有著重要作用，右側(cè)緣上回對高度興奮的聲音刺激敏感[17,18]；顳中回的異常神經(jīng)活動與多種情感障礙有關(guān)[19]，右側(cè)緣上回的活動與語音情緒的聽覺感知的增強(qiáng)有關(guān)[20]。K?chel等人發(fā)現(xiàn)，恐懼和痛苦的尖叫聲增強(qiáng)了成人右側(cè)緣上回的激活水平[18]，因此右側(cè)顳區(qū)是處理情緒語音的主導(dǎo)區(qū)域。此外，在語音信號處理方面，植入側(cè)對CI兒童在語音刺激下的皮質(zhì)血流動力學(xué)反應(yīng)無顯著影響，并且也未表現(xiàn)出顯著發(fā)育變化[2]。本研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)，CI兒童聽覺行為表現(xiàn)和聽覺皮層神經(jīng)活動之間的聯(lián)系更多地體現(xiàn)在右側(cè)，這與大腦的偏側(cè)化理論表現(xiàn)一致，同時由于右半球比左半球發(fā)育得更早[2]，因此CI兒童開機(jī)后早期情緒語音處理更偏向于右半球。此外，CI術(shù)后情緒韻律引起的右側(cè)顳中回前部激活程度與言語感知能力顯著負(fù)相關(guān)，引起的右側(cè)顳上回后部激活程度與言語感知能力顯著正相關(guān)，表明CI兒童開機(jī)后早期語音情感韻律處理似乎偏向于聽覺皮層后部；人工耳蝸植入后早期，情緒語音韻律可能抑制右側(cè)顳區(qū)前部神經(jīng)反應(yīng)，促進(jìn)右側(cè)顳上回神經(jīng)反應(yīng)增強(qiáng)，并與聽覺言語功能的更好發(fā)展相關(guān)。這一結(jié)果補(bǔ)充了聽覺皮層對不同聲音信息的神經(jīng)處理模式。

人工耳蝸由于受植入電極深度、通道數(shù)目、及語音處理器時域編碼（頻譜-時域精細(xì)結(jié)構(gòu)如音高、諧波等）等因素的限制，CI用戶往往難以獲得精確的音高線索，兒童導(dǎo)向的語音往往具有較為明顯的韻律特征，因此對于CI兒童來說音高線索尤為重要[21]。一些情緒語音往往具有較為夸張的音高特征，例如，高興、憤怒、恐懼韻律與中性韻律相比往往具有更高的F0和更寬的F0變化范圍[21]，因此使用語音情感韻律作為刺激材料有助于研究CI兒童開機(jī)后早期聽覺皮層神經(jīng)活動與聽覺言語能力相關(guān)性。

行為學(xué)研究發(fā)現(xiàn),人工耳蝸植入時，年齡越小，聽力損失持續(xù)時間越短，語音理解能力越強(qiáng)[4]。2歲前植入人工耳蝸的CI兒童已有較好的情感理解能力，能夠處理和產(chǎn)生與正常聽力兒童相當(dāng)?shù)那楦袃?nèi)容[22]。之前研究發(fā)現(xiàn)，顳葉皮層的突觸密度在出生后2-4年時達(dá)到峰值，之后突觸數(shù)量下降[23]，早期植入人工耳蝸的CI兒童大腦皮層適應(yīng)性可塑性較強(qiáng)，聽覺言語能力優(yōu)勢更明顯[24]。因此植入年齡較小的CI兒童開機(jī)后早期聽覺皮層神經(jīng)活動與聽覺言語能力具有更多的相關(guān)性。

除了經(jīng)典的聽覺皮層以外，語音理解過程也涉及其他的大腦區(qū)域，例如前額葉皮層，特別是背外側(cè)區(qū)域，與廣泛任務(wù)中的認(rèn)知需求相關(guān)[25]，研究證實(shí)有CI用戶在聆聽過程中比聽力正常人更依賴前額葉皮層，特別是與非語言任務(wù)相關(guān)的前額葉皮層區(qū)域[26]。此外，還有顳-頂-枕聯(lián)合區(qū)，尤其是梭狀回，梭狀回不僅與選擇性加工視覺信息及識別面孔身份有關(guān)[27]，還與左側(cè)顳區(qū)存在功能連接，共同處理加工人類語音刺激[28]。因此在之后CI人群的神經(jīng)成像學(xué)研究中，我們應(yīng)關(guān)注前顳區(qū)及前額葉皮層，建立前顳區(qū)皮層、及前額葉皮層神經(jīng)活動與聽覺言語能力之間的聯(lián)系。此外，今后可擴(kuò)大樣本量、延長追蹤時間進(jìn)一步研究。

對于人工耳蝸植入患者的神經(jīng)功能成像不僅補(bǔ)充了聽覺系統(tǒng)神經(jīng)加工處理模式研究，而且有助于研究聽覺皮層自適應(yīng)可塑性并進(jìn)行術(shù)后康復(fù)指導(dǎo)?；趂NIRS的神經(jīng)成像研究是研究CI人群大腦皮層神經(jīng)處理模式的較好方法，由于嬰幼兒人工耳蝸植入的特殊性，fNIRS因其較好的安全性、兼容性以及時間與空間分辨能力成為較理想的研究CI人群神經(jīng)成像技術(shù)手段[1,5,29]。盡管fNIRS的空間分辨率不如fMRI，且易受頭圍等因素的影響，但未來可以結(jié)合使用術(shù)后fNIRS和術(shù)前fMRI進(jìn)行研究。臨床醫(yī)生可通過建立聽障兒童人工耳蝸植入后聽覺皮層神經(jīng)活動與聽覺言語能力行為學(xué)表現(xiàn)之間的聯(lián)系，進(jìn)一步了解聽覺剝奪后大腦重塑能力，預(yù)測人工耳蝸植入后效果，幫助人工耳蝸使用者術(shù)后調(diào)機(jī)及言語康復(fù)訓(xùn)練。