葛鑫穎 周沫 王彥君 李曉婷 劉錦峰 戴金升 劉夢婷 張娟 王寧宇

首都醫(yī)科大學附屬北京朝陽醫(yī)院耳鼻咽喉頭頸外科(北京 100020)

聲源定位的實現(xiàn)有賴于雙耳信號，而雙耳信號依靠耳間時間差(interaural time difference，ITD)和耳間強度差(interaural level difference，ILD)以及耳廓頻譜等完成，對于單耳或雙耳聽力下降的患者，通過各種輔聽設備進行輔聽之后聽力雖然有所提高，但在復雜聲學環(huán)境下其聲源定位能力及言語識別率仍較差[1，2]，這提示我們，復雜聲環(huán)境下聲源定位不僅僅取決于雙耳信號，尚有其他機制參與，如優(yōu)先效應(precedence effect，PE)[3]。

1 聽覺優(yōu)先效應概念及其意義

在復雜聲環(huán)境下，聲源產(chǎn)生的聲波向各個方向傳遞，一部分原始聲波直達聽者，稱為領(lǐng)先聲，另一部分遇障礙物如桌椅、墻壁等形成反射聲波，反射聲波與原始聲波具有相同的性質(zhì)，但攜帶的方位信息不同，且反射聲波常延遲數(shù)毫秒傳到聽者，稱為滯后聲，因此，當領(lǐng)先聲與滯后聲之間的間隔時間(inter stimulus delay，ISD)較短時，聽者只感受到領(lǐng)先聲的空間位置，從而可以準確進行聲源定位的判斷;而隨著ISD的延長，聽者恰好能聽到領(lǐng)先聲和滯后聲兩個聲音并且能夠準確定位兩個聲音，此時的ISD稱回聲閾值(echo threshold，ET)[4]。這種在復雜聲環(huán)境下可以準確辨別目標聲源的機制稱優(yōu)先效應，它是由學者Wallach[5]于1949年首次提出，通過對人類和動物優(yōu)先效應行為學的研究發(fā)現(xiàn)存在三種典型現(xiàn)象:領(lǐng)先聲與滯后聲的總和定位，領(lǐng)先聲優(yōu)勢定位和滯后聲辨別壓制?？偤投ㄎ缓蛢?yōu)勢定位時，聽者只能聽到一個聲音，即領(lǐng)先聲;而當ISD與ET相等或超過ET時，聽者則可以聽到領(lǐng)先聲和滯后聲，并準確辨別其方位信息。進一步通過對優(yōu)先效應實驗范式的研究發(fā)現(xiàn)利用優(yōu)先效應領(lǐng)先聲和滯后聲所形成的主觀空間分離可以幫助聽者將注意力集中在目標言語上，從而提高聽者的言語識別率。在實際運用中，同樣具有重要意義，如在復雜聲學環(huán)境中，老年人與年輕人相比對于目標語句的領(lǐng)先聲和反射聲之間的知覺整合能力降低，言語識別率及聲源定位能力下降[6]；另外，在劇場的擴聲設計中，也會利用優(yōu)先效應所形成的主觀空間分離來解決聲像不統(tǒng)一等問題。

如果領(lǐng)先聲和滯后聲的方向性信息被聽覺系統(tǒng)統(tǒng)一化接收處理，那聽者將聽到來自四面八方的聲音，無法確定目標聲源的真實位置。有學者報道下丘損傷的個案，發(fā)現(xiàn)下丘局灶性病變導致回聲抑制作用減弱，聲源定位能力下降，表明完整的下丘是形成優(yōu)先效應的必要條件[7]。綜上，聽覺優(yōu)先效應實際上是一種目標聲源信息保護機制，是確保聽者在復雜聲學環(huán)境下排除所有滯后聲的干擾，準確定位目標聲源，辨認目標言語從而提高言語識別率的重要前提。明確其機制有助于我們更好地理解聽者在復雜聲環(huán)境下如何準確判斷聲源位置，為進一步增強輔聽患者聲源定位能力進而提高其言語識別能力奠定理論基礎。

2 聽覺優(yōu)先效應的神經(jīng)機制

既往動物研究發(fā)現(xiàn)在聽覺通路各核團的神經(jīng)元均存在類似于行為學上領(lǐng)先聲對滯后聲的壓制現(xiàn)象:當ISD較短時，聽覺神經(jīng)元對滯后聲的反應被領(lǐng)先聲壓制，隨著ISD的延長，滯后聲反應逐漸恢復，從而獲得滯后聲壓制反應曲線，而由于聽覺中樞神經(jīng)元對滯后聲的壓制反應曲線與行為學研究中的融合效應曲線類似，大多數(shù)學者推測優(yōu)先效應的作用基礎是由于聽覺傳導通路各核團神經(jīng)元存在滯后聲壓制現(xiàn)象[3，8-11]。

學者Fitzpatrick[12]等在聽神經(jīng)、耳蝸核、橄欖復合體、下丘(inferior colliculus，IC)和聽覺皮層等均觀察到了滯后聲壓制現(xiàn)象。Kidd[13]等研究發(fā)現(xiàn)外側(cè)丘系背核亦存在滯后聲壓制現(xiàn)象。此后，Yin[8]等通過總結(jié)，分析中樞聽覺系統(tǒng)的神經(jīng)解剖及相關(guān)電生理實驗結(jié)果，提出了五個滯后聲壓制產(chǎn)生的主要部位:聽神經(jīng)、耳蝸核、橄欖復合體、外側(cè)丘系背核和IC。因為IC大多數(shù)神經(jīng)元對聲空間位置敏感且其滯后聲壓制恢復曲線在形狀及時程方面與行為學融合效應曲線最為接近，大多數(shù)學者認為IC是優(yōu)先效應形成的關(guān)鍵部位[14，15]。

通過大量電生理相關(guān)研究，學者們推斷滯后聲壓制的形成主要與突觸抑制有關(guān)[16]。Song[17]等發(fā)現(xiàn)使用戊巴比妥鈉麻醉后，IC神經(jīng)元對滯后聲的壓制反應增強，而且這種增強效應隨著麻醉的變淺而逐漸減退，由于戊巴比妥鈉的主要藥理作用是與抑制性突觸后受體結(jié)合激活氯離子通道，導致大量氯離子內(nèi)流，膜內(nèi)電位更負，阻礙動作電位的形成，從而產(chǎn)生突觸后抑制作用，推測戊巴比妥鈉通過增強γ-氨基丁酸介導的突觸抑制作用對IC神經(jīng)元對滯后聲放電產(chǎn)生壓制，這也提示γ-氨基丁酸介導的抑制機制很可能與優(yōu)先效應的形成機制密切相關(guān);同樣，Wang[18]等通過在IC局部微電泳抑制性遞質(zhì)GABA，發(fā)現(xiàn)其可以增強對滯后聲的壓制作用。綜上，這些差異影響均提示優(yōu)先效應發(fā)生的機制是由于突觸抑制。

為了進一步了解聽覺優(yōu)先效應在IC的作用機制，我們分析了IC的解剖特點、抑制性遞質(zhì)基礎及抑制性投射的來源等。

3 聽覺優(yōu)先效應在IC的作用機制

3.1 IC的解剖特點

IC是聽覺中樞系統(tǒng)上行傳導通路中的重要中繼核團，根據(jù)其細胞特點分為中央核(central nucleus of IC，CNIC)，背側(cè)皮質(zhì)(dorsal cortex of IC，DCIC)，外側(cè)皮質(zhì)(lateral cortex of IC，LCIC)及下丘間聯(lián)合(nucleus of the commissure of IC，CoIC)。背側(cè)皮質(zhì)主要是在IC背側(cè)表面形成纖維網(wǎng)，主要為中等大小的細胞;而外側(cè)皮質(zhì)位于IC的外周與DCIC相連，共同形成IC背部和外側(cè)表面的纖維囊[19]，其內(nèi)以大型多極細胞為主要特征;中央核則主要為小而密集排列的盤狀細胞和星形細胞，盤狀細胞占85%左右，盤狀細胞和樹突與外側(cè)丘系的上行投射纖維構(gòu)成了IC的層狀結(jié)構(gòu)，稱纖維樹突層[20]，是CNIC音頻地圖分布的基礎[21，22]。CNIC為聽覺投射的重要部位，主要功能是處理聽覺信息，而DCIC和LCIC通過抑制性投射對CNIC起一定的調(diào)控作用[23-25]。正是由于IC這種特殊的分區(qū)結(jié)構(gòu)，明確了聽覺投射的主要部位和調(diào)控部位，為IC接受信息輸入和信息加工奠定了基礎。

3.2 IC抑制性投射的遞質(zhì)基礎

IC中主要涉及兩種抑制性神經(jīng)遞質(zhì):甘氨酸(glycine，Gly)和 γ-氨基丁酸(γ-aminobutyric acid，GABA)。電生理和免疫組化研究顯示IC存在Gly能和GABA能抑制性投射[25]。Gly主要來源于同側(cè)的上橄欖外側(cè)核，而GABA主要來源于雙側(cè)的外側(cè)丘系背核及IC內(nèi)部各亞區(qū)的纖維投射，其中，GABA能抑制性投射為IC的主要抑制性投射來源[26]。GABA受體在下丘分為GABAAR和GABABR。GABAAR主要存在于突觸后膜上，激活后增加突觸后神經(jīng)元細胞膜對氯離子的通透性，引發(fā)大量氯離子內(nèi)流，導致細胞膜超極化，引發(fā)抑制性突觸后電流的產(chǎn)生，從而產(chǎn)生抑制作用[27]。GABABR在突觸前膜及后膜上均有分布，位于突觸前膜的受體興奮引起Ca2+內(nèi)流減少，進而引起GABA釋放減少，而抑制其受體后，突觸后電流幅值僅有部分減小;而突觸后膜上的受體具有與GABAAR相似的功能，起抑制作用[28]。Song[17]等發(fā)現(xiàn)使用GABAAR激動劑戊巴比妥鈉麻醉大鼠可增強對滯后聲的壓制反應，而Wang[18]等在IC局部微電泳GABA發(fā)現(xiàn)其可以增強大鼠IC神經(jīng)元滯后聲的壓制作用，以上提示聽覺優(yōu)先效應在IC的作用遞質(zhì)基礎可能為GABA能來源。

3.3 IC滯后聲壓制的作用機制

如前所述，優(yōu)先效應的發(fā)生機制是由于突觸抑制作用，而IC接受大量的抑制性投射，學者們分別對IC接收的上行抑制性投射[26]，如外側(cè)丘系背核、上橄欖外側(cè)核是否影響優(yōu)先效應在IC的形成進行了研究。

外側(cè)上橄欖核對IC亦存在抑制性投射，包括GABA能來源及Gly能來源的抑制性投射[29，30]。有學者通過在體電生理細胞外記錄發(fā)現(xiàn)在上橄欖復合體處記錄到的滯后聲抑制與在IC觀察到的神經(jīng)元放電壓制時程相似，推測外側(cè)上橄欖核對IC的GABA能抑制性投射對IC的滯后聲壓制起一定作用，提示優(yōu)先效應在IC的形成受外側(cè)上橄欖核的GABA能抑制性投射影響[10]。

外側(cè)丘系背核存在對IC的GABA能抑制性投射[31]。Pecka[32]等學者發(fā)現(xiàn)在蒙古沙鼠IC神經(jīng)元領(lǐng)先聲對滯后刺激聲產(chǎn)生持續(xù)性抑制作用，提示外側(cè)丘系背核對IC的GABA能抑制性投射參與優(yōu)先效應在IC的形成。

而IC內(nèi)部各亞區(qū)之間亦存在復雜的投射，包括興奮性及抑制性投射，但是抑制性投射起重要作用[25]。同側(cè)DCIC和LCIC對CNIC存在抑制性投射，且IC內(nèi)部的抑制性投射的遞質(zhì)基礎為GABA能來源[25，33-35]。

4 聽覺優(yōu)先效應在IC的在體電生理研究

由于聽覺優(yōu)先效應在IC的電生理相關(guān)研究主要包括離體和在體兩大部分，由于在體電生理記錄技術(shù)能更準確的模擬給聲條件等情況，與動物行為學實驗更相符，學者們大多采用在體電生理記錄技術(shù)觀察麻醉及清醒狀態(tài)下動物IC神經(jīng)元放電情況，以期了解聽覺優(yōu)先效應的機制。

由與IC神經(jīng)元自發(fā)放電較少，且其放電與聲刺激呈鎖向關(guān)系，學者們采用在體電生理細胞外記錄技術(shù)，根據(jù)聲刺激與峰電位在時間上具有鎖相的特點，通過不同的時間間隔來觀察神經(jīng)元的放電數(shù)，以明確領(lǐng)先聲與滯后聲所誘發(fā)的反應，及不同的實驗條件對領(lǐng)先聲和滯后聲誘發(fā)放電的影響。

根據(jù)神經(jīng)元對不同ISD的成對刺激聲中的滯后聲的反應，繪制神經(jīng)元對滯后聲反應隨ISDs變化曲線來衡量神經(jīng)元對滯后聲的壓制恢復情況，稱為恢復曲線，較短ISD時，領(lǐng)先聲對滯后聲存在壓制，隨著ISD的延長，神經(jīng)元對滯后聲的反應逐漸恢復，當滯后聲誘發(fā)神經(jīng)元放電水平達到其作為單獨刺激聲播放時誘發(fā)放電水平50%的刺激時間間隔稱50%恢復時間，即半極大刺激時間間隔(halfmaximal inter-stimuli delay，half-maximal ISD)，在PE的在體電生理研究中常作為一個量化指標來評價神經(jīng)元對滯后聲的壓制程度[17]。

雖然在聽覺通路的各個水平均存在滯后聲壓制現(xiàn)象，但是聽覺通路不同核團的神經(jīng)元對滯后聲壓制程度不同，聽神經(jīng)、耳蝸核神經(jīng)元的半極大刺激時間約為2-4毫秒，而當ISD為8毫秒時大多數(shù)神經(jīng)元對滯后聲的反應已完全恢復[3，36]。Fitzpatric[10]等比較了清醒兔子上橄欖復合體和IC的平均半極大刺激時間，發(fā)現(xiàn)上橄欖復合體神經(jīng)元的半極大刺激時間多數(shù)小于4毫秒，IC的平均半極大刺激時間約6毫秒;而清醒貓的IC神經(jīng)元平均半極大刺激時間約10～15毫秒[37]；聽皮層神經(jīng)元對ISD小于50毫秒的成對刺激聲中的滯后聲刺激反應很少[38]。這種聲信號隨著聽覺通路的上行傳導高位聽覺核團對滯后聲的壓制時間比低位聽覺核團對滯后聲的壓制時間延長，提示我們聲信號在聽覺通路上傳過程中不斷得到修飾和整合。

5 展望及探討

聽覺優(yōu)先效應機制復雜，涉及聽覺通路中各個核團，亦與我們的生活息息相關(guān)，尤其對于輔聽患者在復雜聲環(huán)境下的聲源定位能力及言語識別率的提高有重要意義，如是否可以通過對輔聽設備的調(diào)制，增加與優(yōu)先效應相關(guān)的聲刺激空間虛擬聽覺訓練，提高輔聽患者的聽覺系統(tǒng)對干擾信號的壓制、回避能力和對空間知覺整合的能力，進而改善他們的聲源定位能力和言語識別能力。此外，目前對于聽覺優(yōu)先效應的研究較少，借助于現(xiàn)有的神經(jīng)環(huán)路相關(guān)研究的技術(shù)手段，我們可以對優(yōu)先效應在聽覺中樞各核團的形成機制以及在整體聽覺通路傳遞整合的機制進行研究討論，進一步為提高輔聽患者的聲源定位能力及言語識別率提供幫助。