感音神經性聽力損失患者的頻率調製辨別和聲調識別

感音神經性聽力損失（sensorineural hearing loss，SNHL）患者除了聽閾提高外，言語識別也存在一定障礙。根據患者的純音聽閾驗配助聽設備，對聲強進行補償後，雖然安靜環境中的言語識別能力大幅度提升，但在雜訊或多人交談的環境中，言語識別的表現依舊不及正常聽力者。這是因為可聽的聲音在受損的聽覺系統中發生了畸變，所以聽閾不足以解釋聽力損失患者在言語可懂度上的差異，僅將純音聽閾作為聽力評估和補償策略的依據會限制聽力補償的效果。因此，一些閾上的心理聲學（psychoacoustic）指標也被用來評估聽者的聽覺功能，例如頻率辨別閾限，頻率調製辨別閾限（frequency-modulation discrimination limen，FMDL）和時域精細結構的辨別等。其中，反應聽覺系統對頻率調製敏感性的指標FMDL被認為與雜訊環境下的言語識別能力相關。頻率調製（frequency-modulation，FM）是語音信號重要的聲學屬性之一，其對應共振峰過渡、音節韻律和聲調語言中的辭彙意義等，如漢語聲調。有研究表明，基頻包絡（F0 contour），即基頻的調製方式是漢語識別中最重要的聲學線索之一，而聽者的FMDL與漢語聲調識別之間的關係還鮮有討論。

FMDL作為一種主觀測試指標，依賴於受試者的主觀反饋，具有一定的臨床局限性。頻率追隨反應（frequency-following responses，FFRs）是一種持續周期性刺激聲誘發產生的聽覺腦幹反應，反映了聽覺腦幹神經元對刺激聲中周期性成分的鎖相活動。由於SNHL患者的鎖相精度變差，其FFRs幅度低於正常人，對語音信號包絡和精細結構的表徵強度也均弱於正常人。Marmal等使用穩定純音（steady tone）誘發的FFRs，反映了不同聽力被試的頻率辨別能力與鎖相強度的關係。但是對SNHL患者，線性掃頻（sweep）信號誘發的FFRs指標與FMDL之間的關係尚缺乏驗證。

材料和方法

研究對象：

選擇中重度感音神經性聽力損失患者6名（男性5名，女性1名），均為雙側對稱性聽力損失，學語後聾，年齡25～58歲（平均年齡46歲），每名被試聽力較好耳的聽力曲線見圖1。

圖1 6名被試聽力曲線示意圖

研究方法

FMDL測試 刺激聲分兩類，頻率為150 Hz、調製速率為0的穩定音（steady tone）和中心頻率為150 Hz、調製速率大於0的sweep聲，圖2A展示了這兩類刺激聲的基頻包絡。測試使用3I-2AFC的實驗範式，被試會連續聽到3段聲音，首段播放穩定音，後兩段以隨機順序播放sweep聲和穩定音，被試需要選出sweep聲。sweep聲的初始調製速率為150 Hz/s，以「2下1上」的方式變化，即被試連續選對兩次後降低調製速率，答錯一次後就增加調製速率。調製速率的初始調整因子為1.414，且每兩個拐點後再開方，圖2B展示了測試過程中調製速率的變化情況。刺激聲的持續時間為200 ms，刺激聲間隔為500 ms，聲強為75 dB SPL，由頭戴式耳機呈現給聽閾較好的耳。共進行4次測量，每次測量中，取12個拐點的後8個的均值作為閾值，取4次閾值的均值作為被試的FMDL。

A 兩類刺激基頻包絡圖；B 調製速率變化示意圖

圖2 FMDL測試中刺激類型和實驗範式示意圖

FFRs測試 刺激聲分兩類，穩定音與FMDL測試中相同，sweep聲的中心頻率為150 Hz、調製速率分別為50 Hz/s，100 Hz/s和200 Hz/s，圖3A展示了刺激聲的基頻包絡。刺激聲的持續時間為200 ms，刺激間隔為100 ms，刺激聲強為75 dB SPL，由入耳式耳機呈現給聽閾較好的耳。實驗分3個條件進行，每個條件中兩類聲刺激交替呈現，且起始相位的極性也正負交替，見圖3B。FFRs的記錄在隔聲屏蔽聲中進行，以顱頂中央處為主動電極，同側耳垂為參考電極，前額為地電極。使用NeuroScan產品對記錄到的信號進行放大、帶通濾波（30～3000 Hz）和採樣（20 kHz），使用Matlab對記錄信號進行離線分析。

A 刺激基頻包絡圖；B 刺激呈現順序示意圖

圖3 FFRs測試中刺激類型和刺激呈現順序示意圖

首先根據同步信號將記錄信號分段為300 ms，並逐段進行偽跡去除（±20 μV）；將對應相同刺激和極性的記錄信號進行疊加平均，然後將相位相反的平均信號相減，提取出刺激基頻對應的成分；最後對信號進行維納濾波和低通濾波（400 Hz），進一步降噪，得到FFRs信號。本研究使用FFRs信號與刺激的互相關係數評價聽覺系統對刺激信號的鎖相強度。

母音識別測試 選取漢語拼音中的6個單母音/a，o，e，i，u，ü/，並分別搭配漢語的4種聲調，得到24個帶調單母音作為刺激聲。刺激聲的說話人為女性，時長固定為450 ms，包括前後各15 ms窗長的漸入漸出。由於不同母音間平均基頻的差異較大，為了避免被試在識別母音時使用母音間平均基頻的差異作為線索，使用Praat軟體將所有母音刺激的平均基頻均調整至210 Hz，而基頻包絡的形狀保持不變。根據被試的聽閾調整刺激聲在各頻帶的增益後，刺激聲以20 dB SL的強度由頭戴式耳機呈現給聽閾較好的耳，被試聽到聲音後，分別選取母音和聲調類型。本研究統計被試對帶調母音的聲調識別正確率，即僅要求聲調類別選擇正確。

統計學處理

使用SPSS 20軟體進行統計分析，使用Pearson相關性分析計算各指標間的相關性。以P<0.05為相關性具有統計學意義。

結果

FMDL測試

6 名被試的FMDL 測試結果見表1 ，均值為6 7Hz/s，標準差為17 Hz/s。

FFRs測試

FFRs指標與FMDL的關係。選取與平均FMDL相接近的50 Hz/s的sweep聲誘發的FFRs的指標進行分析。圖4展示了每名被試FFRs信號和刺激之間的相關係數與FMDL之間的關係，Pearson相關性分析表明二者存在顯著負相關（r=-0.849，P=0.032），說明被試對頻率調製信號的鎖相強度越高，行為上對FM的敏感性也越高，FMDL越小。

圖4 FFRs互相關係數與FMDL的相關性分析散點圖

母音識別測試

聲調識別率與FMDL的關係 圖5展示了每名被試的聲調識別正確率與FMDL之間的關係，Pearson相關性分析表明二者存在顯著負相關（r=-0.958，P=0.003），這表明被試對語音的FM線索越敏感，聲調識別率也越高。

圖5 母音聲調識別正確率與FMDL的相關性分析

散點圖

聲調識別率與FFRs指標的關係 考慮到實驗中使用母音刺激的FM速率範圍較廣，將穩定音和三種sweep聲誘發的FFRs的指標平均後進行分析。圖6展示了每名被試的聲調識別正確率與FFRs信號和刺激互相關係數之間的關係，Pearson相關性分析表明二者存在顯著正相關（r=0.856，P=0.03），這表明被試對頻率調製信號的鎖相強度越高，聲調識別率也越高。

圖6 母音聲調識別正確率與FFRs互相關係數的

相關性分析散點圖

可靠性分析 為進一步確認上述指標間關係的可靠性，排除其它因素的干擾，對這些指標與被試的年齡和平均聽閾（0.5、1、2和4 kHz處聽閾的均值）之間的相關性進行分析，分析結果見表2。被試的年齡和平均聽閾均與其它幾項指標之間沒有相關性，這說明上述結果和分析可靠。SNHL被試的聲調識別正確率取決於被試對頻率調製的敏感性，而聽閾不足以解釋不同被試間的識別結果差異。

討論

較多研究表明穩定音誘發的FFRs 指標與頻率辨別閾限（frequency discrimination limen,FDL）之間存在顯著的相關性；Fu等使用sweep聲誘發的FFRs客觀地評估了聽力正常被試的FMDL。本研究驗證了該結論對SNHL患者依然成立。FFRs指標和FMDL之間存在顯著的負相關，即受試者對FM信號的鎖相強度越高，行為上對FM的敏感性也越高，FMDL越小。這些結果都表明客觀的FFRs測試可以有效地預測主觀的行為閾值FMDL。

聽覺系統對語音中時變的基頻準確地進行編碼，對理解聲調語言中的辭彙意義至關重要，而不準確的編碼會帶來聲調的混淆，進而導致言語理解產生偏差。漢語聲調識別的研究，多集中在不同聲學成分的重要性分析，或不同助聽策略下的識別表現，鮮有根據受試者的聽覺功能指標對其進行評估的工作。圖7給出了本研究中聲調識別的混淆矩陣，可以看到，SNHL患者傾向於將二、三、四聲調識別為一聲調，而聽力正常者則容易混淆漢語的二、三聲調。如果將一聲調對應為調製速率為0的穩定音，那麼二、三、四聲調就對應調製速率非0的sweep聲，所以兩類被試聲調混淆矩陣不同的原因，就是SNHL患者對FM信號的鎖相強度降低，使其對頻率調製的辨別能力變差，導致FM線索未能得到充分利用。這與SNHL患者的FMDL顯著高於聽力正常被試的結論相符，並且鎖相強度和頻率調製辨別能力越差，聲調識別正確率就越低。除此之外，目前漢語聲調辨別測試的標準語料較少，且這類測試依賴受試者的主觀反饋，受限於受試者的辭彙量和言語表達能力。本文使用FFRs這一客觀的聽覺誘發電位，可以有效地評估SNHL患者的FMDL和聲調識別表現，從而避免上述限制。

FFRs潛在的臨床應用價值有以下方面：對語後聾患者，FFRs測試可作為聲調辨別等言語功能的客觀評估手段，用於指導聽力診療方案和助聽方案；對新生兒，FFRs可作為傳統聽力篩查測試的補充，更全面地評估聽覺腦幹神經元的功能完整性和可塑性；對語言學習階段的聽損兒童，以及患有自閉症譜系障礙疾病的具有語言交流障礙的兒童，FFRs測試可以客觀地評估其言語功能，指導言語康復訓練。另一方面，患者配戴助聽設備情況下的FFRs測試，可用於評估助聽設備中語音信號編碼策略對漢語聲調信息表達的準確性，指導針對漢語人群的編碼策略設計與改進。

聲調識別率與FFRs指標之間的相關性弱於與FMDL（0.856<0.958），因為FFRs是一種客觀的聽覺誘發電位，不需要被試的主動反饋，其反映的是聽覺系統在自底而上加工過程中對信號中FM線索的神經表徵，不涉及較高層次的加工。而FMDL測試和母音聲調識別作為主觀測試，均有高層的加工機制參與其中，所以二者的相關性更強。

結論

頻率調製信號誘發的頻率追隨反應可以客觀地評估SNHL患者的頻率調製辨別能力，其反映的聽覺系統對信號中FM成分鎖相能力的強弱，顯著地影響聽者對漢語聲調的識別，表明臨床中應用頻率追隨反應評估聽覺言語功能的可行性。