音乐背景对听觉时间分辨率的影响

姚依凡 胡旭君

浙江中医药大学（杭州310053）

时间分辨率指的是听觉系统检测声音刺激的快速和突然的变化并区分两个声音刺激之间的最短时间间隔的能力，能参与连续语音和独立间隔的识别。时间分辨率在语音识别中起着重要的作用，特别是在困难的聆听情况下。时间分辨率很可能是语音感知的基本组成部分之一，其评估可能提供关于中枢听觉神经系统的神经完整性的信息[1]。听觉损失造成的时间分辨率障碍可能会导致语言发展迟缓，学习效率低下，难以理解所听到的内容[2]。

尽管有许多评估其他听觉时间处理能力的方法，但是很少有临床可行的和商业上可用的方法来测量时间分辨率。间隙检测（Gap Detection，GD）是用于听觉时间分辨率的最常见的测试之一，且已被证明是一种非常强大的评估工具，适用于各种人群[3,4]。

经典的间隙检测程序通常是耗时的并且不容易获得。因此开发了噪声间隙（GIN）测试和随机间隙检测（RGDT）测试，以提供评估各种临床人群，特别是中枢性听觉障碍患者的时间分辨能力的临床工具。这两种检测在灵敏度和特异性方面都具有良好的性能[4]。该工具很重要，因为时间分辨率的测量可以提供对中央听觉系统完整性的见解，并为康复计划提供有意义的指导[5]。

许多研究者已经研究了各种变量（例如，年龄，听力损伤，性别等）对时间分辨能力的影响。已经证明，与较年轻的对照受试者相比，年龄较大的受试者可能表现出GDT增加。受损的神经功能会对时间分辨率产生不利的影响[4]。男女性别无显著性差异[6]。

同时越来越多的证据表明，音乐体验在结构上塑造了大脑和功能。音乐家和非音乐家的横断面比较揭示了音乐家在认知和感觉功能的各个方面的优势[7-10]。纵向研究表明个体内部随时间发生变化，暗示至少一些音乐家的增强可能部分归因于基于经验的可塑性而不是追求音乐训练的人与不参加音乐训练的人之间的天生差异[11]。目前，尚不清楚音乐训练是否以及在多大程度上能够影响间隙检测的时间分辨率。因此，本研究通过分析两个间隙测试（RGDT和GIN）测得的结果，探寻音乐训练对时间分辨率的影响。

1 资料与方法

1.1 测试对象

实验组：15名经过5年及以上音乐训练的听者，每周训练至少3次以上，每次训练2小时以上（男女比为2:3），年龄在18-25岁之间，有正常的听力阈值（纯音测听250Hz-8kHz平均听阈≤15dB HL），A型鼓室图（静态声导纳在0.35mmho-1.75mmho之间，峰压在+50至-100daPa之间）。

对照组：15名听者（男女比为2:3），无音乐训练经历，年龄在18-25岁之间，有正常的听力阈值（纯音测听250Hz-8kHz平均听阈≤15dB HL），A型鼓室图（静态声导纳在0.35mmho-1.75mmho之间，峰压在+50至-100daPa之间[3]）。

1.2 测试方法

1.2.1 Random Gap Detection Test(RGDT)

随机间隙检测测试由四个包含频率为500,1000,2000和4000赫兹的七毫秒持续时间的纯音对测试组成。纯音对以0到40毫秒的刺激间隔显示，其间隔为0,2,5,10,15,20,25,30和40毫秒。使用随机数表随机分配间隙记录刺激间期。刺激对以4.5秒的时间间隔进行记录，以使受试者有时间做出反应。

在RGDT中评估时间分辨率的方法是通过确定可以检测的两个近似的刺激之间的最小时间间隔。这个间隔被称为间隙检测阈值。间隙检测阈值以毫秒（msec）为单位进行测量，并通过让受试者聆听成对呈现的一系列刺激来获得。每对纯音之间的无声间隔（脉冲间间隔）持续时间增加和减少。随着无声间隔改变，受试者报告将刺激对听作一个音或是两个音。

RGDT的目的是识别和量化儿童和成人听觉系统中的时间紊乱（称为时间加工紊乱）。时间处理障碍与语音处理缺陷，听觉辨别问题，接受语言和阅读有关[12]。

1.2.2 Gaps-in-noise(GIN)

GIN由四个列表组成，每个列表32到36个试验：列表1有35个试验，列表2有32个，列表3有29个，列表4包含36个试验[13]。测试包括0到3个静音间隙，间隙范围为2,3,4,5,6,8,10,12,15和20毫秒，嵌入6秒白噪声段。在整个测试过程中，每个噪音段的位置，数量和持续时间各不相同，因此四个列表总共有60个间隔[4]。

在GIN中评估时间分辨率的方法是通过在6秒白噪声段中听到0或1或2或3个静音间隙来确定最小时间间隔。间隙检测阈值以毫秒（msec）为单位进行测量。受试者在听到间隙后立即按下回应按钮/举手。如果在发生间隙时未按下响应按钮/举手，则将其计为错误。如果按下按钮/举手并且没有出现间隙，则将其计为假阳性。GIN测试有两个指标来衡量时间表现，A.th.和正确答案的百分比。近似阈值（A.th.）被定义为至少有“六个中的四个”正确标识的最短间隔持续时间[4]。GIN与RGDT目的相同，均是为了识别和量化听觉系统中的时间加工紊乱。

1.3 统计学方法

使用SPSS软件，Kolmogorov-Smirnov验证两组数据均为正态分布，采用两独立样本t检验，P＜0.05代表差异存在统计学意义。

2 结果

2.1 两组受试者RGDT的结果比较

表1 音乐组(实验组)与对照组RGDT和GIN的结果对比（X±SD）Table 1 Comparison of RGDT and GIN results between music group(experimental group)and control group（X±SD）

根据表1，音乐组（实验组）的RGDT阈值为8.32±4.27ms，对照组为15.38±9.95ms，音乐组好于对照组。Kolmogorov-Smirnov验证两组数据均为正态分布，采用两独立样本t检验，结果显示两组之间存在显著差异（P=0.021＜0.05）。

图1 音乐组和对照组RGDT阈值的比较Fig.1 Comparison of RGDT threshold between music group and control group

2.2 两组受试者GIN的结果比较

根据表1，音乐组GIN的阈值为2.65±0.52ms，对照组为4.67±2.26ms，音乐组好于对照组。Kolmogorov-Smirnov验证两组数据均为正态分布，采用两独立样本t检验，结果显示两组之间存在显著差异（P=0.003＜0.01）。音乐组的正确率也远高于对照组，音乐组正确率为92.52±3.81%，对照组为78.33±12.62%，两组间具有显著的统计学差异（P=0.001＜0.01）。

图2 音乐组与对照组GIN的阈值的比较Fig.2 Comparison of the threshold value of GIN between music group and control group

图3 音乐组与对照组GIN正确率的比较Fig.3 Comparison of the accuracy of GIN between music group and control group

2.3 RGDT与GIN相关性

根据表2，对照组和音乐组两组RGDT阈值为10.73±6.80ms，GIN阈值为3.34±1.43ms，使用SPSS软件采用pearson相关分析,得出RGDT与GIN两者不存在显著相关性（在0.05级别，相关性显著）。

3 讨论

通过表1的数据可以看出，不管是在纯音间隙检测方面、噪声间隙检测方面还是噪声间隙的准确率方面，音乐组都比对照组更有优势。在实验过程中，音乐组的受试者也会比对照组的受试者反应迅速以及准确。导致该结果的原因可能是音乐训练增强了编码快速变化的听觉刺激的能力，音乐训练和经验增强了声音的皮质和皮质下处理。音乐家接受训练以识别这些细胞波动，然后对其神经元系统进行编码[14]，使得他们能在间隙检测实验中能得到更好的结果。

从图1、图2和图3可以看出，虽然音乐组和对照组在阈值方面存在显著性差异，但是对照组中也是有时间分辨率较好的受试者，音乐组中也是有时间分辨率相对较差的受试者。造成这种情况的原因有很多，比如先天遗传因素；胚胎早期接触高强度低频声时听觉系统受损的易感性增强[15]；早期丰富的环境能对多种感官系统产生刺激，对听觉系统的发育有着积极作用[16]；后天长期暴露于噪声可能造成隐性听力损失；音乐训练开始的年龄以及训练强度等等。中枢听觉系统的发育依赖于内部基因和外部刺激感受这两大方面[17]，因此哪一步出了差错都会对听力造成一定的影响。

根据两组GIN阈值与RGDT阈值数据的比较发现，两组间GIN阈值比RGDT阈值显著（GIN阈值P=0.003＜RGDT阈值P=0.021），表明GIN阈值更能观察到差异。造成这种结果的可能原因之一是噪声对听觉系统的影响。曾凡钢等人[18]的研究表明人类的听觉可以通过噪音来增强。正常的哺乳动物听神经纤维中存在高水平的内部噪声，这在没有声音刺激的情况下由自发神经活动证实。随着听力损失程度的增加，这种内部噪声会减少，从而导致行为阈值升高，频率选择性降低，语音识别能力下降。在完全耳聋的耳朵中不存在神经自发活动并且引入外部噪声可以弥补它们缺乏内部噪声。另一个原因可能是RGDT重复的次数过少，每个频率的检查只听一遍，可能会造成误差。而GIN则是在反复不停的听白噪声中的间隙，基本上每个人要听60段白噪声，这样准确率也能得到提高。

根据表2显示，RGDT的阈值为10.73±6.80ms，GIN的阈值为3.34±1.43ms，两者相差较大，且通过数据分析表明RGDT与GIN这两个检查没有显著相关性。这可能与它们之间存在的差异有关：RGDT呈现模式是双耳、刺激类型是纯音、给声一次；GIN呈现模式是单耳、刺激类型是噪声、给声多次等等。两种测试之间缺乏相关性表明它们可能测量不同的过程：GIN可能是一种更真实的间隙检测测量方法，RGDT可能测量一些需要听觉融合和间隙检测的混合过程。这与Chermak等人[19]的研究结果一致。也就是说这两个并行检查可能对得到的听觉时间分辨率的结果更加真实有效。

人工耳蜗植入者的音乐感知能力无法达到健听者的音乐感知水平。但人工耳蜗较高保真度的声音时域信息对的节奏感知有积极意义[20]。有研究表明通过音乐训练可使音乐感知得到一定改善[21]。

总之，音乐训练确实能对时间分辨率作出积极的影响。听觉时间分辨率对于具有正常听力、听觉障碍、人工耳蜗植入术后和语言障碍的听众的语音理解是至关重要的。它是老年听者、听力受损听者、人工耳蜗植入者、听神经病患者、听障儿童语音感知的重要预测因子[3]。研究音乐训练对正常青年人的时间分辨率的影响，对中枢听觉处理障碍的患者进行干预是否可行提供了一定的依据。但音乐训练对于语言感知到底有怎样具体的影响，是音乐训练的哪方面，如音乐的种类、乐器的种类、开始学习音乐的年龄还是学习音乐的时长产生的影响，还有待进一步的研究。