年龄对言语诱发ABR的频率跟随反应影响*

郝文洋 商莹莹 倪道凤 姜鸿 徐春晓 高志强 王素菊 李奉蓉 赵翠霞



·临床研究·

年龄对言语诱发ABR的频率跟随反应影响*

郝文洋1商莹莹1倪道凤1姜鸿1徐春晓1高志强1王素菊1李奉蓉1赵翠霞1

目的 分析听力正常青年人与老年人之间言语诱发听性脑干反应(speech evoked auditory brainstem response，s-ABR)的频率跟随反应(frequency following response，FFR)差异，探讨其在揭示听觉系统老化机制中的作用。 方法 应用SmartEP听觉诱发电位系统对听力正常青年人(18～25岁)与老年人(60～70岁)各12例(24耳)进行言语声信号/da/诱发的s-ABR检测，比较两组s-ABR波形图及频谱图、FFR各波潜伏期及共振峰等。结果 老年组s-ABR瞬态反应部分各波潜伏期较青年组延长，FFR各波潜伏期与青年组一致，FFR各波振幅较青年组低；两组FFR的频谱分析显示，老年组FFR各频率共振峰的相对能量较青年组低，且对于大多数共振峰，老年组FFR与刺激信号之间共振峰频率的差值较青年组大。 结论 与青年人相比，老年人FFR幅值低、准确性差，提示老化使脑干神经元对频率信息的编码能力减弱、准确性降低，这可能是造成老年性聋患者言语识别率降低的机制之一。

频率跟随反应； 听性脑干反应； 年龄； 言语

听力障碍给老年人的生活带来了很大困扰，言语识别率与纯音测听不成比例地降低、噪声下言语识别障碍是其最主要的临床表现，提示听觉系统的老化不仅有外周听觉功能退化，同时伴有中枢听觉处理功能退化。助听器作为目前主要的听觉补偿康复手段，对于很多老年人言语识别能力的补偿并不理想，因此，关于老年性聋患者言语识别能力下降的机制及康复一直是研究的重点之一，而研究中枢听觉处理障碍在老年性聋言语识别障碍中的表现特征及其对助听效果的影响，对改进助听器听觉补偿算法以及人工耳蜗编码策略都具有重要的指导意义。

言语诱发听性脑干反应(speech evoked auditory brainstem response，s-ABR)是由复杂言语声诱发的ABR，它由瞬态反应和频率跟随反应(frequency following response，FFR)两部分组成。FFR是来自对低-中频周期性声刺激具有准确锁相性反应的神经元，具有以下特征：①能够编码言语的重要特征；②能够区分目标言语FFR；③言语信号的FFR能够被由上而下地调节[1]。因此，FFR适合用来研究言语识别障碍的机制，从而揭示听觉系统特别是中枢听觉系统老化的机制。故本研究拟通过比较听力正常青年人与老年人s-ABR的FFR特点，研究年龄对声音锁相加工的影响，探讨老年性聋言语识别障碍的可能机制。

1 资料与方法

1.1 研究对象与分组 本研究的受试者为2015年1～12月期间在中国医学科学院北京协和医院招募的听力正常青年及老年志愿者，听力正常的入组标准为： 青年组各频率纯音气导听阈均≤20 dB HL，老年组各频率听阈低于该年龄段的正常听阈修正值[2]。符合入选标准的青年组为年龄18～25岁的受试者，12例(24耳)，男女各6例(12耳)，平均年龄25.25±2.01岁；老年组为年龄60～70岁的受试者共12例(24耳)，男女各6例(12耳)，平均年龄61.67±2.74岁。两组受试者既往均无全身疾病、头部外伤、眩晕、耳鸣，无耳科和神经系统疾病史及手术史、耳毒性药物应用史、听力损失家族史、强噪声接触史；均为右利手，未受过专业音乐训练；耳镜检查和声导抗检查未见异常。

本研究通过北京协和医院伦理委员会批准，所有受试者均签署知情同意书。

1.2 s-ABR测试方法 完成采集病史、耳镜检查、纯音测听及声导抗检查后，两组受试者分别进行s-ABR测试；使用美国Intelligent Hearing Systems公司的SmartEP听觉诱发电位系统在隔声屏蔽室内进行测试，根据Intelligent Hearing Systems说明书对受试者进行准备，包括局部脱脂、安装电极、测量极间电阻；记录电极、参考电极和地极分别位于颅顶(Cz)、同侧乳突(M1或M2)和鼻根(Nz)，极间电阻≤5 kΩ，带通滤波为30～3 000 Hz、分析时间窗宽为200 ms，平均叠加次数为4 096次；受试者舒适放松地坐在检查椅上，嘱受试者观看无声电影，以便保持觉醒状态。s-ABR刺激信号：时程为170 ms的言语声信号/da/，其波形和频谱见图1和图2；该声信号在0～1 000 Hz频率范围内共有9个共振峰，各共振峰频率依次为：105.9、205.9、305.9、405.9、505.9、605.9、705.9、805.9、905.5 Hz。声学换能器为ER3A插入式耳机；刺激信号极性为疏密交替波、刺激速率为3.9次/秒、强度为85 dB SPL。左、右耳分别给声，记录言语声信号/da/诱发的s-ABR，对记录到的反应进行傅里叶变换，在变换后的频谱图中辨认共振峰，若声信号/da/共振峰频率附近有可辨认的正峰，则视为存在共振峰。

图1 刺激信号/da/的波形图

图2 刺激信号/da/的频谱图

1.3 统计学方法 应用SPSS 19.0软件，使用卡方检验比较两组受试者各共振峰引出率；使用独立样本t检验比较两组受试者FFR与刺激信号之间各共振峰频率的差值。

2 结果

2.1 两组受试者纯音测听结果 两组受试者的纯音测听结果见表1。

表1 青年组与老年组受试者各频率气导纯音听阈(dB HL)

2.2 两组s-ABR波形图及频谱图比较 将青年组与老年组所有受试者的波形分别进行平均叠加，两组的总波形见图3，分别对其进行傅里叶变换后的频谱图见图4。可见，两组受试者s-ABR波形均由两部分组成，即约40 ms前的瞬态反应和约40 ms后的FFR；FFR的特征为一组波峰和波谷交替，其周期和波形与刺激信号相近。老年组瞬态反应部分各波潜伏期较青年组延长，FFR各波潜伏期与青年组一致，老年组FFR各波幅值较青年组低。傅里叶变换后的频谱图显示，两组的频谱图均可见多个共振峰，且其频率与刺激信号的频谱相近；两组受试者在500 Hz及以下频率范围内共振峰明显，在更高频率范围的共振峰不易辨认；老年组FFR各频率共振峰的相对能量亦较青年组低。

图3 青年组与老年组s-ABR的波形比较 (青年组为黑色，老年组为蓝色)

图4 青年组与老年组FFR反应的频谱比较 (青年组为黑色，老年组为蓝色)

2.3 青年组与老年组FFR各共振峰引出率比较 青年组与老年组FFR各共振峰引出率见表2，可见两组F1～F4及F7五个共振峰引出率相同；而其它共振峰，青年组引出率高于老年组，但差异无统计学意义(P>0.05)；两组各共振峰引出率变化趋势基本相同，500 Hz以上频率范围内引出率明显降低。

2.4 青年组与老年组FFR各共振峰频率相对幅值的比较 两组共振峰的相对幅值见表3，可见，青年组FFR各共振峰的相对幅值均大于老年组，第四共振峰差异有统计学意义(P<0.05)。

表2 青年组与老年组FFR各共振峰引出率比较(%)

表3 青年组及老年组FFR各共振峰相对幅值的比较

2.5 青年组与老年组FFR各共振峰频率准确性的比较 两组受试者FFR各共振峰频率与刺激信号/da/各共振峰频率差值的绝对值(以下简称“差值”)见表4，除第一共振峰外，青年组的差值均小于或等于老年组，第六共振峰的差值差异有统计学意义(P<0.05)。

表4 青年组及老年组FFR各共振峰频率与测试声信号/da/各共振峰频率差值比较

3 讨论

在脑干中，神经元对于声音的反应可以分为两类，即瞬态反应和稳态反应。短时程声信号诱发的反应为瞬态反应，有周期性特征的声信号诱发的反应为稳态锁相性反应。传统的短声、短纯音ABR就是典型的瞬态反应，其作为客观、无创的电生理检查，一直广泛应用于听力学研究，在诊断蜗后疾病[3]、评估听阈等方面已取得良好效果并为人熟知。近些年来，复杂声信号(例如言语声)诱发的ABR逐渐成为研究热点。言语声信号包含更多的频率信息，也更接近自然、人类日常生活中的声音，由其诱发的ABR包含了更丰富的信息。目前诱发ABR最常用的复杂声信号为辅音-元音合成的单音节结构(如：/da/)，其诱发的反应既包含起始和结束阶段的瞬态反应，也包含对元音部分的稳态锁相性反应[4]，这种反应亦被称为频率跟随反应(FFR)。一般认为FFR是由那些对于低-中频周期性声学刺激具有准确锁相性反应的神经元发出的诱发电位组成[5,6]，它反映了脑干背侧神经成分的锁相性活动，其来源包括下丘、外侧丘系、耳蜗核[7]；另有学者认为其来源于还包括内侧膝状体核团[8,9]；大量研究表明，FFR有望成为研究言语识别机制的有力工具[10]。

本研究结果显示，无论青年组还是老年组，FFR均由/da/中相应的周期性事件引出，FFR如实地反映了元音/a/的准周期特性，周期、共振峰等信息一致，两组波形高度相似，且随频率升高，共振峰降低，引出率降低。FFR反映了脑干神经元对元音编码具有锁相特性，即保留其声学特征[11～14]。目前,公认人类头皮电极记录到的FFR 的频率上限1 000 Hz[15,16]。

本研究发现，老年组FFR的反应幅度较青年组低，频谱分析亦显示老年组FFR共振峰的相对幅值也较青年组低，提示老年人脑干神经元对于声信号中频率成分的编码能力较青年人减弱；老年组FFR反应共振峰频率与刺激信号共振峰频率的差值在多个频率大于青年组，提示老年人脑干神经元对于频率信息编码的准确性方面亦较青年人差，这可能是造成老年性聋患者言语识别率降低的原因之一。两组受试者s-ABR的波形比较还显示，对于反应起始阶段的瞬态反应，老年组潜伏期较青年组长，但FFR各共振峰潜伏期与青年组一致。

本研究力求选择外周听力正常的老年人，将其与青年人进行FFR比较，原因有以下几点：第一，排除周围性听力损失, 单独研究年龄和老化对FFR的影响，从而评估中枢听觉系统的老年性改变；第二，老年性聋患者往往同时存在周围和中枢听觉系统两方面的改变[17]，目前已经有明确的证据表明周围听觉系统的改变对于ABR有明确的影响；因此，若直接研究老年性聋患者，可能很难说明FFR的改变原因是耳蜗的老年性改变还是年龄导致的中枢听觉系统退化。但由于人耳会随着年龄增长发生退行性改变，想选取与青年人听阈水平完全一致(特别是高频)的老年人几乎不太可能，虽然本组老年组的平均听力水平仍较青年组略差，但并不影响对结果的解读。此外，本组老年人很可能是老年性聋最早期的表现，不能完全代表老年性聋的人群，因此，今后还应在有明显听阈改变的老年性聋患者中进行FFR的研究，以期明确老年性聋患者中枢听觉系统改变的机理；本研究的数据，能够为今后老年性聋患者的研究提供相对正常听力老年人的资料作为比较。

综上所述，本研究的结果提示无明显听阈改变的老年人已经在s-ABR检测中有FFR幅值降低、准确性变差的改变，提示老化能使脑干神经元对频率信息的编码能力减弱、准确性降低，这可能是造成老年性聋患者言语识别率降低的机制之一。

1 Du Y，Kong L，Wang Q，et al. Auditory frequency-following response:a neurophysiological measure for studying the ― “Cocktail-party problem”[J]. Neuroscience and Biobehavioral Reviews，2011，35：2046.

2 GB 7582-87 《声学 耳科正常人的气导听阈与年龄和性别的关系》.

3 李兴启. 正确认识听觉诱发反应测听技术及其应用[J]. 听力学及言语疾病杂志，2012，20：1.

4 符秋养，梁勇，苏园园，等. 健康青年人言语诱发听性脑干反应的成分及特性[J]. 中华耳鼻咽喉头颈外科杂志，2009，44：900.

5 Moushegian G，Rupert AL，Stillman RD. Scalp-recorded early responses in man to frequencies in the speech range[J]. Electroencephalogr Clin Neurophysiol，1973，35： 665.

6 Worden FG，Marsh JT. Frequency-following (microphonic-like) neural responses evoked by sound[J]. Electroencephalograp Clin Neurophysiol，1968，25：42.

7 Chandrasekaran B，Kraus N. The scalp-recorded brainstem response to speech: neural origins and plasticity[J]. Psychophysiol，2010，47：236.

8 Galbraith GC，Bagasan B，Sulahian J. Brainstem frenquency-following response recorded from one vertical and three horizontal electrode derivations[J]. Percept Mot Skills，2001，92：99.

9 Akhoun I，Moulin A，Gallego S. The temporal relationship between speech auditory brainstem responses and the acoustic pattern of the phoneme/ba/ in normal hearing adults[J]. Clin Neurophysiol，2008，119：922.

10 Du Y，Ma TF，Wang Q，et al. Two crossed axonal projections con-tribute to binaural unmasking of frequency-following responses in rat inferior colliculus[J]. Eur J Neurosci，2009，30：1779.

11 Russo N，Nicol T，Musacchia G，et al. Brainstem response to speech syllables[J]. Clin Neurophysiol，2004，115：2021.

12 Johnson KL，Nicol TG，Kraus N. Brainstem response to speech：a biological marker of auditory processing[J]. Ear Hear，2005，26：424.

13 Krishnan A. Human frenquency-following responses：representation of steady-state synthetic vowels[J]. Hear Res，2002，166：192.

14 符秋养，梁勇，苏园园，等. 言语诱发听性脑干反应的潜伏期特性分析[J].中国耳鼻咽喉头颈外科，2010，17：358.

15 Gardi J，Merzenich M，McKean C. Origins of the scalp recorded frequencyfollowing response in the cat[J]. Audiology，1979，18：358.

16 Stillman RD，Crow G，Moushegian G. Components of the frequency following potential in man[J]. Electroencephalogr Clin Neurophysiol，1978，44：438.

17 王宁宇. 听力减退与认知障碍[J]. 中华耳鼻咽喉头颈外科杂志，2006，41：797.

(2016-02-14收稿)

(本文编辑 李翠娥)

The Effects of Aging on Frequency Following Response in Speech Evoked Auditory Brainstem Response

Hao Wenyang, Shang Yingying, Ni Daofeng, Jiang Hong, Xu Chunxiao, Gao Zhiqiang, Wang Suju, Li Fengrong, Zhao Cuixia

(Department of Otorhinolaryngology, Peking Union Medical College Hospital, Chinese Academy of Medical Sciences and Peking Union Medical College, Beijing， 100730, China)

Objective This study was to record the speech evoked auditory brainstem response (s-ABR) of normal hearing young and aged people, then compared the frequency following responses (FFR) of s-ABR between the two groups, in order to explore the contribution of FFR on revealing possible aging mechanisms of central auditory system.Methods Twelve normal hearing young adults and aged people respectively (24 ears) were enrolled and s-ABRs (syllable/da/) were recorded using a SmartEP auditory evoked potential system. Results The comparison of waveforms between the two groups showed that the wave latencies of transient responses in the aged group was longer than that of young group, while the wave latencies of the sustained response, FFR, were of no significant differences. The amplitudes of FFR waves in the aged group were lower than those of in the young group. The FFR spectrum analysis showed that the relative energy of each formant for the aged group was lower than that of in the young group and for some formants. Moreover, for the aged group, formant frequency differences between FFR and stimulus signal were greater than the young group. Conclusion Compared with young people, the FFR of aged people showed lower amplitudes and less accuracy, meaning that aging can lead to the weakness of the brainstem neurons' spectral encoding ability. It may be one of the mechanisms causing the reduction of speech recognition in presbycusis patients.

Frequency following response; Auditory brainstem response; Age; Speech

* 国家自然科学基金青年基金(81300830)、国家卫生计生委保健科研课题(W2013BJ16)联合资助

郝文洋，女，北京人，技师，学士，主要研究方向为临床听力学。

商莹莹( Email:yyingshang@aliyun.com)

10.3969/j.issn.1006-7299.2016.06.003

时间：2016-11-1 9:31

R764.04

A

1006-7299(2016)06-0534-05

1 中国医学科学院北京协和医学院 北京协和医院耳鼻咽喉科(北京 100730)

网络出版地址：http://www.cnki.net/kcms/detail/42.1391.R.20161101.0931.006.html