低中頻聽力正常老年人整圓8聲源水平定位能力初步研究

戶紅艷 李思陽 王倩 葉放蕾 冀飛 任麗麗*

1 鄭州大學(xué)第一附屬學(xué)院（鄭州 450018）

2 中國人民解放軍總醫(yī)院耳鼻咽喉頭頸外科醫(yī)學(xué)部（北京 100039）

3 國家耳鼻咽喉疾病臨床醫(yī)學(xué)研究中心（北京 100039）

4 聾病防治北京市重點實驗室（北京 100039）

5 國家老年疾病臨床醫(yī)學(xué)研究中心（解放軍總醫(yī)院）（北京 100039）

聲源定位（Sound localization,SL）能力是指判斷聲源位置的能力，包括對聲源的水平方位、垂直方位及聲源與聽者距離的識別[1]。SL是人和動物對環(huán)境感知的基本方式，SL能力和聽敏度共同構(gòu)成了完整的聽覺功能，兩者缺一不可，準確定位聲源是聽覺系統(tǒng)的基本功能[2]。目前國內(nèi)關(guān)于SL 能力的研究相對較少，已開展的研究大多圍繞單側(cè)聾和雙模式（一側(cè)耳蝸植入對側(cè)助聽器）的兒童和青少年，對老年群體SL 能力的基礎(chǔ)研究和臨床應(yīng)用鮮有報道，限制了老年群體SL 臨床評估工作的開展。本文旨在初步探討健聽老人整圓水平方向的SL 能力及影響因素，進而為SL能力的康復(fù)評估提供參考。

1 資料與方法

1.1 研究對象

解放軍總醫(yī)院門診招募60 歲及以上的老年受試者30人為老年組，男15人，女15人，年齡范圍60～75歲，平均年齡（65.17±4.60）歲。

老年組納入標準：①年齡≥60 歲，男女均可。②0.25、0.5、1.0和2.0kHz各頻率純音聽閾測試正常（≤20dB），聲導(dǎo)抗A 型曲線。0.25-2.0kHzPTA 均值為（16.35±3.52）dB，高頻4k 和8kHzPTA 均值為（30.35±5.48）dB。③無耳部疾病史，不伴耳鳴。④認知功能正常。本組認知功能智力狀態(tài)評價量表（MMSE）得分為(28.80±1.10)分。⑤各器官無器質(zhì)性病變，精神狀態(tài)良好，交流理解能力良好，自愿參加并遵守本研究的各項要求。

30 名聽力正常的中青年受試者（20-40 歲）為對照組，男15 人，女15 人，平均年齡（29.87±5.77）歲。對照組納入標準：①20-40 歲，男女均可。②純音聽閾測試正常（0.125-8kHz各頻率純音閾值均≤20dB），聲導(dǎo)抗A 型曲線。③排除中耳炎、眩暈及耳鳴的患者。④具有良好的溝通交流能力，自愿參加并遵守本研究的各項規(guī)定。所有受試者均知情同意并自愿參加。

1.2 測試設(shè)備和測試方法

測試設(shè)備為360°聲源定位測試系統(tǒng)（SYD-1，北京，百特聲學(xué)）。由360°環(huán)形陳列72 個均勻分布的揚聲器組成。揚聲器陣列直徑3m，相鄰2 個揚聲器間隔5°。測試前設(shè)備輸出信號按照GB/T16296.2-2016進行校準[3]。

1.3 測試流程

測試在標準隔聲屏蔽室內(nèi)進行。因本研究受試對象主要為老年人，考慮到受試者的反應(yīng)和理解能力，本研究只選取其中8 個揚聲器（間隔45°）進行測試（測試揚聲器方位見圖1）。

受試者坐于圓心處，頭部朝向正前方0°揚聲器，背對180°揚聲器，右側(cè)為90°揚聲器，左側(cè)為-90°揚聲器。經(jīng)校準，每個揚聲器的頻響均相同，揚聲器高度與受試者耳部齊平。每組測試共給聲40次，給聲揚聲器順序隨機，每個揚聲器均有5 次給聲。每次給聲持續(xù)時間2秒，給聲停止后有10秒的應(yīng)答時間，測試過程中系統(tǒng)自動識別記錄反應(yīng)時長（反應(yīng)潛伏期），即系統(tǒng)給聲結(jié)束到受試者做出應(yīng)答反應(yīng)的時間間隔。

給聲頻率分別為0.25、1 和4kHz，每個頻率各做一組測試（40 次給聲）。為減少駐波對測試結(jié)果的干擾，我們使用不同頻率的囀音，強度為60dBHL，每次給聲后受試者判斷發(fā)聲揚聲器（8 選1）的位置，并在面前的顯示屏上選中相應(yīng)方位的揚聲器并按確認鍵。測試開始前，向受試者說明測試要求，受試者理解并能做出正確應(yīng)答后測試正式開始。測試過程中不給受試者反饋，受試者頭部始終保持不動（以空間標記進行頭部位置標定），為避免受試者疲勞，測試可分多次完成。

1.4 評估指標

SL 準確度通過角差的平均絕對誤差[4]（Mean absolute error,MAE）進行量化。角差[5]為應(yīng)答揚聲器與實際給聲揚聲器之間的夾角；MAE 為每輪測試的角差總和/有效給聲次數(shù)（剔除無效應(yīng)答——即超時未應(yīng)答或由于操作失誤未選中揚聲器即按下確認鍵的應(yīng)答）。MAE 越小，聲源定位能力越好。使用MAE 評估水平SL 時，所有的錯誤權(quán)重是一樣的，沒有被強調(diào)放大。

SL 反應(yīng)速度用反應(yīng)時長（反應(yīng)潛伏期）來評估，即系統(tǒng)給聲結(jié)束到受試者做出應(yīng)答反應(yīng)的時間間隔，計算機自動記錄。

1.5 統(tǒng)計學(xué)方法

使用SPSS 22.0統(tǒng)計軟件對數(shù)據(jù)進行分析。先對各組數(shù)據(jù)進行正態(tài)性檢驗，本研究各組數(shù)據(jù)均符合正態(tài)分布。比較組間MAE 和組間反應(yīng)時長有無統(tǒng)計學(xué)差異使用獨立樣本t檢驗，比較組內(nèi)不同頻率MAE 有無統(tǒng)計學(xué)差異使用單因素方差分析（ANOVA），比較MAE 與年齡的相關(guān)性采用pearson相關(guān)性分析，比較組別、給聲方位、給聲頻率對MAE 是否有影響以及影響效應(yīng)值采用應(yīng)用多因素析因分析，P＜0.05差異具有統(tǒng)計學(xué)意義，效應(yīng)值的大小采用Eta方差表示。

2 結(jié)果

2.1 老年組和對照組的360°8聲源的MAE

刺激頻率為0.25、1 和4kHz 時，老年組的MAE均大于對照組的MAE，3 種刺激頻率下兩組差異均有統(tǒng)計學(xué)意義（P＜0.05）。見表1。

表1 老年組和對照組360°8聲源的MAE（°）Table 1 MAE of 360°8 sound sources in elderly and control group（°）

2.2 不同方位的MAE

不同方位的MAE，在該方位上不同頻率間的反應(yīng)趨勢具有一致性。老年組和對照組0.25、1 和4kHz均為0°揚聲器的MAE 最大，即正前方的聲音最難定位，青年組±45°的MAE 次之，老年組180°揚聲器MAE 次之，±45°再次之；兩組均為±90°揚聲器的MAE 最小，即正左和正右的聲音最容易定位。見圖2和圖3。

圖2 老年組不同方位揚聲器的MAE(°)Fig.2 MAE of speakers with different orientations in elderly group（°）

圖3 對照組不同方位揚聲器的MAE(°)Fig.3 MAE of speakers with different orientations in control group（°）

2.3 不同頻率的MAE

不同頻率的MAE，老年組和對照組均為250Hz的MAE 最小，1kHz 的MAE 最大，但組內(nèi)不同頻率MAE 兩兩比較均不存在統(tǒng)計學(xué)差異（P＞0.05）。見表2。

表2 老年組和對照組全方向不同頻率MAE比較Table 2 Comparison of different frequencies of MAE between elderly and control group

2.4 反應(yīng)時長的比較

相同頻率下，老年組的反應(yīng)時長均較對照組的長，1kHz 組間比較差異存在統(tǒng)計學(xué)意義（P＜0.05）；250Hz 和4kHz 時反應(yīng)時長組間比較不存在統(tǒng)計學(xué)意義（P＞0.05）。見表3。

表3 老年組和對照組的不同頻率反應(yīng)時長(s)Table 3 Comparison of response times between elderly and control group

2.5 MAE與年齡的相關(guān)性

經(jīng)檢驗?zāi)挲g和MAE 均符合正態(tài)分布，采用pearson 相關(guān)性分析，年齡分布與0.25、1 和4kHz 的MAE 的相關(guān)系數(shù)r分別0.374、0.401和0.338。

2.6 反應(yīng)時長與MAE之間的相關(guān)性

反應(yīng)時長和MAE 數(shù)據(jù)經(jīng)檢驗均符合正態(tài)分布，采用pearson 相關(guān)性分析,不同頻率的反應(yīng)時長與MAE的相關(guān)系數(shù)r分別0.192、0.212和0.231。

2.7 組別、給聲方位對MAE 是否有影響及影響效應(yīng)值

應(yīng)用多因素方差分析對年齡、給聲方位對MAE 是否有影響及影響的效應(yīng)值進行檢驗。給聲方位、組別對MAE 的影響具有顯著性，給聲方位對MAE 影響的效應(yīng)值最大（Eta 方差+0.992，P=0.000），組別（Eta 方差=0.871，P=0.000），給聲方位對MAE 影響的大小排序為0°＞-45°＞+45°＞180°＞-135°＞+135°＞-90°＞+90°；分組對MAE 影響的效應(yīng)值為老年組＞對照組。

3 討論

聲源定位是聽覺處理的核心方面，準確定位聲源是聽覺系統(tǒng)的基本屬性，是人類探索聲環(huán)境，進行有效溝通，避免危險的條件。本研究通過對比低中頻聽力正常老年人與中青年組全方向8 聲源模式下MAE 以及影響因素，了解健聽老年人SL 能力的基本情況，提升我們對于老年人聽覺功能的全面認識，進而為相關(guān)的康復(fù)評估提供參考。

目前國內(nèi)開展SL 臨床檢測的醫(yī)療機構(gòu)不多，SL 的評估技術(shù)標準在逐漸規(guī)范的過程中。對于360°全方向模式下的SL 能力的研究，國內(nèi)和國外均報道較少，可參考和借鑒的方法有限。為反映現(xiàn)實復(fù)雜環(huán)境中的真實SL 能力，本研究在實驗設(shè)計和評估方法方面進行了探索，希望獲得一些初步證據(jù)，為未來改進臨床測試方法提供依據(jù)。

3.1 衰老與SL

本研究老年組整圓水平SL 能力相比健聽的中青年組有所下降。因為隨年齡的增長，人類的聲源定位能力下降，不僅垂直定位能力，也包括水平聲源定位能力[6]。衰老會導(dǎo)致聽神經(jīng)纖維數(shù)量減少，負責(zé)聲源定位的神經(jīng)元輸入減少，聽覺中樞對聲源定位的處理能力下降，聽神經(jīng)同步性變差，分析處理SL的核團也受到影響[7-9]。

本組研究的是健聽老年人，對于聽障老人的SL 如何仍不是很確切，因聽力損失程度并不能預(yù)測聲源定位能力，且中樞聽覺系統(tǒng)存在復(fù)雜的代償過程[10]，因此聽障老人的SL機制仍是我們今后研究的方向。

3.2 SL與聲源頻率和聲源方位的關(guān)系

3.2.1 聲源頻率與SL

比較不同頻率聲音信號對SL 的影響，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，不論老年組還是對照組，人耳對低頻信號定位的準確度高，其次是高頻，最后是中頻，見表2。分析原因：時間差在低頻信號定位中起主要作用，強度差在高頻信號定位中起主要作用，對于1-3kHz之間的中頻信號時間差和強度差都不足，定位缺乏足夠的雙耳間線索，因此影響了中頻信號定位的準確性。此外本研究低頻信號（250Hz）定位能力比高頻（4kHz）略好，因為時間差可以提供比強度差更多的方向性信息[11]。

3.2.2 聲源方位與SL

本研究老年組和對照組均為正左正右方的聲音易定位，正前正后方的聲音易混淆，見圖2和圖3。分析原因：水平方位的聲源定位主要取決于兩耳間的時間差和強度差，來自兩耳水平中軸線上的聲音時間差或強度差最大，兩耳水平中軸線上的聲音較易定位；來自正前方或正后方的聲音時間差和強度差均為0，可利用的雙耳間信號線索少，因此難定位。當聲音從正前方揚聲器發(fā)出時，經(jīng)統(tǒng)計老年組和對照組均出現(xiàn)50%以上的幾率定位為后方揚聲器，可見對于正前方和正后方的聲音，正常人也無法準確判斷其方位。李楠等通過對正常人SL能力的研究指出[12]，在進行前后場的聲音判斷時，會出現(xiàn)以雙耳水平軸為參考線的“鏡像對稱”現(xiàn)象，即“混淆圓錐”。在不移動頭部的情況下，雙耳間特殊的波譜信號以及耳廓的濾波效應(yīng)可以起到一定的作用，但受試者對這種鏡像混淆的聲音判斷能力仍然有限。

此外，本研究通過對MAE 的多因素析因分析結(jié)果顯示：給聲方位、組別和刺激頻率對MAE 的影響均具有顯著性，其中方位對MAE 的影響效應(yīng)值最大，影響SL的最主要因素是給聲方位。

除此之外，刺激聲的聲學(xué)特征也會影響SL 能力[13]，包括刺激聲的類型、帶寬、濾波和包絡(luò)信號等。使用復(fù)合聲測試定位能力要好于純音，因復(fù)合聲包含高頻和低頻的成分可以提供較多的定位線索。使用窄帶刺激可以更好地探索定位線索。我們采用250、1 和4kHz 的具有頻率特異性的囀音來探索不同的定位指標：250 Hz刺激聲主要用于探索時間差，4000 Hz 的刺激聲用于探索強度差，1000Hz 的時間差和強度差都很低，可用于探索時間差和強度差以外的定位線索。但本研究只使用囀音也有一定的局限性，今后我們會增加不同聲信號，包括言語聲、白噪聲以及濾波噪聲的SL 對比研究，完善人類SL特征和規(guī)律的相關(guān)研究。

4 結(jié)論

低中頻聽力正常的老年人的全方向SL能力比健聽中青年有所下降。SL與聲源頻率和聲源方位有關(guān)。