掩蔽声对声音反应时间的影响

刘钰莹 孙伟

1上海交通大学附属第一人民医院耳鼻咽喉头颈外科

2纽约州立布法罗大学听力与聋病中心

耳鸣是临床的常见疾病，是在周围环境没有声源的情况下，出现主观声觉的症状。耳鸣患者也常常出现对高强度声音过敏感的症状，即临床所说的听觉过敏。听觉过敏是听觉耐受性的下降,表现为对正常环境声音出现超敏感、无法耐受或惊恐的反应[1-4]。这两种症状都可能由多种药物，压力，疾病或接触噪音引起[5-7]。

声音的响度是对声波震动的主观反应，它与声音的物理特性有关。响度与声音的能量成正相关，是一种心理属性，声音的响度由声音能量转换成听神经兴奋产生，并经过听觉中枢系统的过滤和整合最终在大脑中形成[8]。许多中枢神经系统都参与了声音和语音信号的处理，因而声音的感知也与人的心理状态和某些疾病相关[9]。目前听力的受损程度可通过听觉诱发电位来客观评价，但主观响度仍无法用客观检测来量化，仅能依靠心理物理学来测定，例如感知量表[10]、参考声音相匹配[11]等方法。在动物实验中，这些主观测试的方法不能直接照搬，比较常见的方法是用动物对刺激声的反应时间（reaction time）来评价声音的响度[12]，研究发现声音反应时间随着声音强度的提高而缩短[13]，声音的响度越高，需要的反应时间越短，因而声音反应时间被用来衡量受试者或实验动物的响度变化[14-17]，近年也被用来评价听力受损后出现的听觉重振[17]、和听觉过敏[18-20]。

临床中常对耳鸣患者进行声音治疗，但部分伴听觉过敏的患者，由于其响度容忍性下降，对声治疗无法接受。这是否是由于声治疗选择的强度不合适，还是治疗声对耳鸣产生了不适的影响，还尚未清楚。本实验拟通过观察大鼠声反应时间的变化，来研究掩蔽声对响度的影响，从而为临床声治疗提供实验依据。

1 材料与方法

1.1 实验动物

成年雄性听力正常Sprague-Dawley大鼠（5只，Harlan Laboratories，美国）用于行为学实验。动物听力状况用听性脑干诱发电位检测。大鼠饲养于纽约州立大学布法罗分校实验动物中心，所有实验动物均通过纽约州立布法罗大学实验动物管理委员会审批同意。

1.2 行为训练

行为训练设备使用美国Med Associates公司的行为训练模块构建，刺激声和行为训练由TDT系统模块（System 3，RP6和RP2）和自行开发的软件控制[20]。训练箱具有一个位于中间用于启动测试实验的鼻触发器，配有红外线入口探测器的食物分配器安置于两侧，刺激声由安装在箱子顶部的扬声器产生。

在训练前，首先对参与训练的大鼠进行食物限制，使它们达到正常体重的85%，以保持它们对行为训练的积极性。行为训练过程中，先训练大鼠探测鼻触发器以引发刺激声。声音开始后，大鼠需要戳入左侧或右侧的食物分配器取食。在训练期间，通过食物颗粒（Bio-Serv公司，新泽西，美国）强化大鼠在强声发生时（90 dB SPL）触发右侧分配器，弱音发生时（40 dB SPL），触发左侧分配器。选择正确触发投食，选择错误将触发惩罚，惩罚包括不释放食物颗粒、并在10秒内不能重新触发。为了减少大鼠随机触发食物分配器，而不注意声音刺激，刺激声在大鼠头部进入触发器2秒后才启动（最低等待时间），早期退出，不会触发声音刺激或投放食物。

当训练准确度达到95%以后，改为测试模式，刺激声为50 ms的窄带噪声（中心频率在2kHz，40-110 dB SPL，10 dB步长），声音强度随机呈现，每次测试时间为30分钟左右（投放食物170-200粒），尽可能排除饥饿程度对实验的影响，以便测试大鼠对不同声强的反应时间（从声刺激开始到大鼠从鼻触发器撤回的时间）。在测试期间，在食物分配器的两侧均可以得到到食物奖励，大鼠必须在声音开始后10秒内取食，10秒内没有反应则视为未命中，反应时间仅在取食成功后被记录。在测试的第二天，需要重新对大鼠行为进行训练，以强化测试的准确性。测试在安静和有掩蔽声的状态下分别进行，掩蔽声为70 dB SPL的白噪声。每种状态至少分别重复测试3天以上。

1.3 统计学方法

资料分析采用Prism 7统计软件，对不同声强下的反应时间在声掩蔽前后进行配对t检验，比较各声强处反应时间的差别。P＜0.05差异具有统计学意义。

2 结果

大鼠对40-110 dB SPL的窄带噪声的平均反应时间在300-870 ms之间，表现为低声强时反应时间较长而高声强时反应时间较短，反应时间-声强曲线均表现为中低声强处较平坦而高声强时变陡峭（图1）。在40、50、60、70、80、90、100 和110 dB SPL下的平均反应时间（n=5）分别为642.1±60.08、650.2±50.68、655.1±54.72、716.5±41.57、659.4±58.43、468.6±44.45、435.1±49.74 和 408.1±47.55 ms。不同大鼠的反应时间存在个体差异。

图1 大鼠的声音反应时间-强度曲线Fig.1 Reaction time–sound intensity curve of the rats

当给予70 dB SPL的掩蔽声时，大鼠在低声强（40-50 dB SPL）的反应时间较未干预时明显延长，而在掩蔽声强附近(70-80 dB SPL)则明显缩短（图2）。掩蔽后在不同声强40、50、60、70、80、90、100和110 dB SPL的平均反应时间（n=5）分别为1313±105.9、973.6±106.6、586.9±40.21、544.8±34.86、480.2±23.71、457.7±23.4、426.7±25.05 和395.6±30.79 ms。在40 、50 、70、80 dB SPL声强时未掩蔽与掩蔽后的反应时间具有显著性差异（t=5.51,2.74,3.17 and 2.84,P＜0.05）；而80 dB SPL以上的高声强处反应时间无明显变化。长（P＜0.05），而在掩蔽声强附近70、80 dB SPL则明显缩短（P＜0.05），80 dB SPL以上的高声强处反应时间无明显变化(n=5)。

图2 白噪声掩蔽前后反应时间的变化Fig.2 The reaction time with/without a background noise

3 讨论

本实验的主要发现是大鼠在低声强时反应时间明显延长，反应时间随着声音强度的增高而明显缩短。这与以前在人和其他动物（猴子、猫）的报道基本一致[17,21]。本实验还发现，反应时间在出现掩蔽声时明显改变，当测试声低于掩蔽声时，反应时间明显变长；当刺激声声强与掩蔽声接近时，反应时间明显减弱，而当刺激声声强明显高于掩蔽声时反应时间不变。

掩蔽是听觉测试的常用手段，但掩蔽声对于测试声响度的研究尚未有报道。我们的研究发现当掩蔽声超过刺激声的强度时，由于掩蔽声降低了原有声音的强度，因而反应时间延长、响度减弱。但当掩蔽声与测试声强接近时，不能充分掩蔽测试声，会导致测试声的响度增高，反应时间变短。Lentz等人发现，与相同级别的一个音相比，两个音会产生较短的反应时间，正如响度的频谱增益所预期的一样。我们的实验中掩蔽声强与刺激声强接近时，反应时间较无掩蔽时缩短，可能同样是声音的频谱增益效应。当掩蔽声低于测试声时，对其响度无明显影响，因而反应时间无明显变化。此外，还有一种可能是反应时间也受信噪比的影响而改变，与动物辨别测试声信号的难易程度相关，既在噪声环境中由于难于辨别声音，需要较长时间来做出判断，因而反应时间变长。而在安静状态下，则比较容易做出判断，因而反应时间较短。如果这种假设成立，则提示声音的反应时间不仅仅反应声音的响度，而且与动物对声音的辨别和声信号的处理相关。

耳鸣掩蔽疗法的目的是利用外界的声音来抑制耳蜗或听神经的自发性兴奋增强的活动，其机制可能是抑制听觉中枢神经通路，从而减轻或抑制对耳鸣的感受。我们的实验也提示掩蔽声有抑制听觉中枢神经通路的作用。但我们发现当掩蔽声接近测试声强时，响度反而提高，提示在耳鸣治疗时，若掩蔽声接近或超过耳鸣声强，可能会导致声音响度提高，部分患者尤其伴听觉过敏者可能会自觉响度增加，出现不能耐受的情况。由于声音的响度还与其他中枢神经系统相关，掩蔽声有可能导致其他中枢核团的反应，因而导致对掩蔽声和耳鸣声耐受性的下降。因而耳鸣、听觉过敏的治疗需要认真进行耳鸣声的音调和强度匹配，调试干预音，以期获得最佳的治疗效果。

4 结论

本实验初步表明掩蔽声可对声音的反应时间造成影响，可能掩蔽声可降低弱声音的响度，但提高近似于掩蔽声强度的刺激声的响度。