听力正常老年人皮层听觉诱发电位研究

孙 晋，牟宏宇，陈友元

(中国科学院声学研究所东海研究站，上海 201815)

0 引言

听力正常老年人在噪声环境下的言语识别能力会随着年龄的增长而下降[1]。当老年人出现听力损失之后将更难识别噪声环境下的言语，即使佩戴了助听器，噪声下言语识别困难的问题仍然存在[2]。而现实环境中噪声几乎无处不在，纯音听阈和安静条件下言语测试不能很好地反映老年人在噪声环境下的听觉感知能力。因此，在老年人听力诊断以及助听康复时进行噪声下言语测试非常重要。言语测试作为一种主观测试方法，会受到受试者配合程度、方言、知识背景、言语材料等的影响[3]。言语测试的诸多局限会影响测试的准确性，对于老年人来说更难开展。因此，需要一种客观的不受被试者年龄、语言、知识背景等因素影响的测试方法来评估老年人的言语感知能力。

皮层听觉诱发电位(Cortical Auditory Evoked Potential,CAEP)是大脑对声音进行感觉、认知、记忆过程中产生的电位，潜伏期为50～500 ms，属于长潜伏期听觉诱发电位[4]。其中P1-N1-P2波为CAEP的外源性成分，P1-N1-P2波由潜伏期约为50 ms的较小正波P1、潜伏期约为100 ms的稍大负波N1以及潜伏期约为200 ms的宽大正波P2组成。诱发电位以潜伏期和幅值表示其特征，其中潜伏期指从刺激开始到反应出现的时间，以各个波峰所在的时刻表示；振幅指波形垂直方向偏转的距离，表示反应波峰的电压[5]，P1-N1-P2波幅值以零电位到波峰顶点的振幅表示，单位为µV。P1-N1-P2波与听觉感知密切相关，测试过程中不需要受试者主观配合，且几乎任何言语声信号都能诱发出该反应[6]。因此，P1-N1-P2波有望成为客观评估老年人言语感知能力的有效方法。首先需要对正常听力老年人的P1-N1-P2波各波的特征值和影响因素，及其与言语感知的关系进行研究。

本研究以1组听力正常的老年人为受试者，采集其在不同频段言语刺激声条件下诱发的P1-N1-P2波，并且进行噪声条件下言语识别率测试。分析听力正常老年人P1-N1-P2波潜伏期和幅值的特异性，分析言语刺激声频段对P1-N1-P2波潜伏期和幅值的影响，分析年龄、纯音听阈与P1-N1-P2波潜伏期、幅值的相关性，以及P1-N1-P2波潜伏期、幅值与言语识别率之间的相关性。

1 实验设计

1.1 实验对象和测试环境

实验对象为40例听力正常的老年人，其中女性28例，男性12例，年龄为60～77岁，平均年龄为(66.58±5.12)岁；选择纯音听阈较好耳为测试耳，测试耳在0.5、1、2、4 kHz 4个频率的平均纯音气导听阈≤25 dB HL，其中HL表示听力级(Hearing Level)，平均纯音气导听阈值分别为(18.88±4.16)、(18.63±3.92)、 (20.88±4.37)、 (22.88±6.69)dB HL；鼓室图均为A型。所有老年人均能听懂并会说普通话，无言语、认知障碍史，身体条件、精神状态良好，可较好地配合完成主、客观测试。

测试在上海市嘉定区中心医院耳鼻咽喉科隔声室内进行，背景噪声小于30 dB(A)。P1-N1-P2波测试与噪声下言语识别率测试均在声场下进行，非测试耳用耳印泥制成的耳模堵起来，受试者坐在有靠背的椅子上，扬声器在受试者正前方1 m处，受试者与扬声器呈0°角，扬声器中心位置大约与受试者双耳高度齐平。

1.2 实验设备与测试材料

CAEP测试使用Frye公司的HEARLabTM系统设备中助听后皮层评估(Aided Cortical Assessment,ACA)模块进行测试，刺激声为/m/、/g/、/t/，持续时间分别为30 ms、30 ms、20 ms。其中/m/的主要频段为0.2～0.5 kHz，代表低频声；/g/的主要频段为0.8～1.6 kHz，代表中频声；/t/的主要频段为2～8 kHz，代表高频声。言语识别率测试使用北京解放军总医院郗昕等[7]编制的汉语普通话短句材料，共12张句表，每张句表20个句子。

1.3 测试流程

1.3.1 CAEP测试流程

打开CAEP测试软件中的ACA测试模块，根据系统设置完成ACA模块的声场校准。测试时同时选择/m/、/g/、/t/三个刺激声，系统会对三个刺激声进行随机播放，选择给声强度均为65 dB SPL，其中SPL表示声压级(Sound Pressure Level)。测试过程中受试者通过观看无声影片来保持清醒状态。将记录电极Cz置于颅顶正中，参考电极Ref置于非测试耳乳突处，接地电极Gnd置于前额正中，记录电极和参考电极阻抗均低于5 kΩ。记录波形的开窗时间为800 ms，包括刺激声前200 ms，刺激声后600 ms。伪迹拒绝范围为-150～+150µV，刺激间隔为1 125 ms，叠加次数为150次。每个刺激声重复记录两次，统计分析取两次测试数据的平均值。

判断波形引出的方法：根据系统软件自带统计分析方法所得P值判断是否引出波形，若P<0.05表示引出波形，P>0.05表示未引出波形。在本次测试中，若某个刺激声测试时受试者状态良好，在P<0.001波形明显引出时，可以手动结束测试。

1.3.2 言语识别率测试

言语识别率测试开始前将输出声压级校准至65dBSPL，测试方式为开放式。分别有信噪比(Signal to Noise Ratio,SNR)为0、-5 dB两种测试条件，使用噪声为平均语谱噪声(average speech-spectrumshaped noise)，每种条件下随机测试一张句表，每个受试者在每种测试条件下使用的句表不重复，按随机顺序测得每种条件下的言语识别率。测试时受试者听到句子后马上进行复述，听不清楚可以猜，记录受试者复述正确的关键词，计算出每种条件下的言语识别率得分。

1.4 统计学方法

使用SPSS Statistics 26统计软件对实验数据进行统计学分析。使用单样本k-s检验对P1-N1-P2波的特征值和噪声环境下言语识别率等所有数据进行正态分布检验。检验结果显示，有部分数据不满足正态分布。在进行不同言语刺激声频段诱发的P1-N1-P2波潜伏期和幅值差异性检验时，选择不要求数据满足正态分布的非参数检验，相关性检验选择不要求数据满足正态分布的斯皮尔曼(Spearman)相关性检验。检验结果以P<0.05为差异性或相关性有统计学意义。

2 实验结果

2.1 听力正常老年人P1-N1-P2波特征值

40例听力正常老年人在/m/、/g/、/t/三种刺激声条件下的P1-N1-P2波引出率均为100%。本研究中获取的听力正常老年人的典型的P1-N1-P2波形如图1所示，引起此波形使用的信号声强度为65 dB SPL，图中可见潜伏期为50 ms左右的P1波和潜伏期为100 ms左右的N1波以及潜伏期为200 ms左右的P2波。P1-N1-P2波潜伏期和幅值的平均值和标准差如表1所示。

图1 本组正常听力老年人典型的P1-N1-P2波形Fig.1 The typical P1-N1-P2 complex waveforms of the elderly people with normal hearing in this study

2.2 刺激声频段对P1-N1-P2波特征值的影响

三种刺激声/m/、/g/、/t/中，/m/的主要频段为0.2～0.5 kHz；/g/的主要频段为 0.8～1.6 kHz；/t/的主要频段为2～8 kHz。从表1中的结果可见，低频段的/m/刺激声引出的P1-N1-P2波相对于中高频的/g/、/t/刺激声引出的P1-N1-P2波的潜伏期更长，N1波的幅值更大。三种刺激声引出的P1-N1-P2波的潜伏期和幅值之间的差异性非参数检验结果如表1所示，可见P1波的潜伏期、N1波的潜伏期和幅值、P2波的潜伏期差异性显著(P<0.05)。

表1 三种刺激声引出的P1-N1-P2波潜伏期、幅值的平均值和标准差以及非参数检验的差异性P值Table 1 The mean value and the standard deviation of the latent period and amplitude of the P1-N1-P2 complex elicited by the three stimulus and the P value of the non-parametric test

2.3 年龄与P1-N1-P2波特征值的相关性

对年龄与P1-N1-P2波的潜伏期和幅值进行Spearman相关性检验。检验结果显示，听力正常老年人年龄与/m/刺激声引出的P1波幅值(r=0.501,P=0.001)、P2波潜伏期(r=0.341,P=0.031)，/g/刺激声引出的P1波潜伏期(r=0.327,P=0.039)与幅值(r=0.414,P=0.008)，/t/刺激声引出的P1波幅值(r=0.335,P=0.035)的相关性具有统计学意义(P<0.05)，并且呈现正相关，即P1波的幅值随着年龄的增大而增大(如图2所示)，潜伏期随着年龄的增大而延长。虽然N1、P2波的幅值与年龄未见显著相关性，但从图3可以看出其幅值随着年龄的增大呈现减小趋势(N1波幅值为负值)。

图2 年龄与P1波幅值的相关性Fig.2 The correlation between the age and the amplitude of the P1 wave

图3 年龄与N1、P2波幅值的相关性Fig.3 The correlations between the age and the amplitudes of the N1 and P2 waves

2.4 纯音听阈与P1-N1-P2波特征值的相关性

对不同频段刺激声引出的P1-N1-P2波潜伏期、幅值与相应频率的纯音听阈值进行Spearman相关性检验，结果显示，/m/刺激声(主要频段为0.2～0.5 kHz，代表低频声)引出的P2波潜伏期与0.5 kHz纯音听阈值呈正相关(r=0.339,P=0.011)，即500 Hz听阈值越高P2波潜伏期越长(如图4(a)所示)。/g/刺激声(频率为0.8～1.6 kHz，代表中频声)引出的P1-N1-P2波潜伏期和幅值与1 kHz纯音听阈未见显著相关性。/t/刺激声(频率为2～8 kHz，代表高频声)引出的P1波潜伏期、N1波潜伏期和幅值与2 kHz纯音听阈值呈正相关(r=0.313,P=0.049；r=0.356,P=0.024；r=0.368,P=0.019)。即2 kHz阈值越高P1、N1波潜伏期越长(如图4(b)、4(c)所示)，2 kHz纯音听阈值越高N1波幅值越小(如图4(d)所示，N1波幅值为负值)。/t/刺激声引出的P1-N1-P2波潜伏期、幅值与4 kHz纯音听阈未见显著相关性。

图4 纯音听阈与相应频段刺激声引出的P1-N1-P2波特征值的相关性Fig.4 The correlations between the pure tone hearing threshold and the characteristic values of the P1-N1-P2 wave elicited by the stimulus in the corresponding frequency bands

2.5 言语识别率与P1-N1-P2波特征值的相关性

40例听力正常老年人在信噪比为0、-5 dB条件下的言语识别率(平均值±标准差)分别为91.62%±5.12%、52.77%±11.37%。对信噪比为0 dB和-5 dB条件下的言语识别率与/m/、/g/、/t/三种刺激声条件下引出的各波潜伏期和幅值进行Spearman相关性分析，检验结果显示，/m/刺激声引出的P1波幅值与信噪比为-5 dB条件下的言语识别率呈负相关(r=-0.329,P=0.038)，即-5 dB条件下的言语识别率越高，/m/刺激声下引出的P1波幅值越小，如图5所示。

长期以来，由于干果的生长周期长、结果晚等原因，许多群众在经济林发展上，存在重水果、轻干果的现象。种植核桃3年见果、5年才能形成经济产量，广大群众把核桃作为一个普通经济树种来对待，没有形成规模化、规范化、品牌化发展的产业意识，在核桃发展上随意性强，导致我县核桃产业发展面临一定的困难。

图5 信噪比-5 dB条件下的言语识别率与刺激声/m/引出的P1波幅值的相关性Fig.5 The correlation between the speech recognition score at SNR=-5 dB and the amplitude value of the P1 wave elicited by the stimulus of/m/

3 讨论

3.1 P1-N1-P2波分化特点

P1-N1-P2波起源于听觉皮层，从婴幼儿时期P1-N1-P2波随着年龄的增长而不断成熟，听力正常婴幼儿P1-N1-P2波复合为一个较大的正波P1，潜伏期在100～200 ms，其后有一个潜伏期在250～300 ms的负波N2[8]。随着年龄的增长，N1、P2波开始出现并独立分化，从出生到成人P1、N2成分波幅下降，N1、P2成分波幅上升，P1波的潜伏期缩短，成人以N1和P2波为主，P1-N1-P2波的正常分化依赖于听觉言语的正常发育。

3.2 老年人P1-N1-P2波特征值及其影响因素

本文研究得到的听力正常老年人P1-N1-P2波形为潜伏期50 ms左右的P1波、潜伏期100 ms左右的N1波，以及潜伏期200 ms左右的P2波(如图1所示)，为典型的成年人波形。结合已有研究及本文研究结果可知，P1-N1-P2波潜伏期和幅值受刺激声频段、强度、信噪比，年龄，听力损失和认知等因素的影响。

3.2.1 刺激声频段、强度和信噪比对P1-N1-P2波特征值的影响

本文研究中使用刺激声/m/、/g/、/t/，其中/m/代表低频声、/g/代表中频声、/t/代表高频声；三个不同频段的刺激声引出的P1波潜伏期、N1波潜伏期和幅值以及P2波潜伏期差异性显著(P<0.05)(见表1)。低频刺激声/m/引出的波形相较于中高频刺激声/g/、/t/引出的波形潜伏期明显延长，N1波的幅值更大。本研究团队对听力损失老年人P1-N1-P2波研究[9]显示，言语刺激声频段对听力损失老年人的N1波有显著影响，低频刺激声引出的N1波潜伏期延长、幅值增大。李玉玲等[10-11]对听力正常青年人和老年人P1-N1-P2波特征值研究得出，/m/刺激声引出的N1、P2波幅值均大于/g/、/t/刺激声引出的N1、P2波幅值。Vonck等[12]对听力正常青年人刺激声频率对P1-N1-P2波特征值影响的研究显示，刺激声频率对N1波的潜伏期与幅值影响较大，对P2波影响不明显。

本文未进行刺激声强度对P1-N1-P2波影响的研究。有研究显示在刺激声可听度达到饱和后，成年人P1-N1-P2波特征值不会随着刺激声强度的增大而明显增大[13-14]。本文亦未进行噪声条件下对言语刺激声引出的P1-N1-P2波影响的研究。有研究显示噪声类型以及信噪比对青年人和老年人言语信号引出的P1-N1-P2波都有显著影响[15]，三种噪声类型连续噪声(Continuous noise)、调制噪声(Modulated noise)、多人言语噪声(Babble noise)对P1-N1-P2波的影响依次增大，，P1-N1-P2波随着信噪比的降低潜伏期延长、幅值明显减小。

本研究中听力正常老年人P1波幅值随着年龄的增大而显著增大，/m/刺激声条件下引出的P2波潜伏期随着年龄的增长而延长。本研究中听力正常老年人P1-N1-P2波特征值的结果与李玉玲等[10]听力正常青年人的研究结果相比，在相同刺激声条件下，两者P1、N1波潜伏期相差不大，老年人P2波潜伏期明显延长；老年人P1、N1波幅值均明显增大，老年人P2波幅值均轻微减小。可见，听力正常老年人的P1、N1波幅值也随着年龄的增长而明显增大。N1波的出现被认为是听觉刺激到达皮层的标志[16]，P1、N1波幅值增大可能与随着年龄增长中枢对于自下而上的抑制能力衰退有关[17]。3.2.3 听力损失与认知对P1-N1-P2波的影响

本研究对三种刺激声/m/、/g/、/t/引出的P1-N1-P2波特征值与对应频率的纯音听阈值进行了相关性分析，结果显示，相应频率听阈值越低P1-N1-P2波潜伏期越短，在2 kHz听阈越低，/t/刺激声条件下引出的N1波幅值越大。本研究团队此前得到的听力损失老年人P1-N1-P2的波特征值[9]与本研究中听力正常老年人P1-N1-P2的波特征值比较，听力损失老年人比听力正常老年人各波的潜伏期均明显延长，低频刺激声引出的N1波幅值增大，高频刺激声引出的N1波幅值减小，所有刺激声引出的P2波幅值均减小。听力损失老年人相比听力正常老年人，N1波的幅值增大，其原因可能与中枢对自下而上的抑制能力衰退有关，而P2的幅值降低，这可能与听觉皮层的言语识别能力下降有关。

本文未进行老年人认知对P1-N1-P2波影响的研究。有研究显示存在轻度认知障碍与不存在认知障碍的听力正常老年人相比，言语声引出的N1波幅值增大而P2波幅值减小。轻度认知障碍老年人N1波幅值增大可能与听觉皮层对抑制无关语音信息的能力缺陷有关[18]。

3.3 老年人P1-N1-P2波特征值与言语感知相关性

本文中的研究结果显示，/m/刺激声引出的P1波幅值与信噪比-5 dB条件下言语识别率呈负相关，即/m/刺激声条件下引出的P1波幅值随着信噪比-5 dB条件下言语识别率的升高而降低。P1-N1-P2波是听觉皮层对声音处理过程中产生的电位，其与言语感知是密切相关的，从本文研究得出的听力正常老年人P1-N1-P2波特征值的变化与言语感知具有相关性，但存在相关性的特征值较少。本研究团队对26例听力损失老年人佩戴助听器前后的皮层听觉诱发电位与言语感知能力研究[9]显示，听力损失老年人佩戴助听器前后/g/、/t/刺激声条件下引出的P2波潜伏期、幅值与噪声下言语识别率存在显著相关性。Billings等[19]在听力正常老年人中，用P1-N1-P2波结果来预测SNR50(言语识别率为50%时的信噪比)，结果显示听力正常老年组的预测值与实际值相差约2 dB，在听力正常老年人中P1-N1-P2波能有效预测SNR50。Kelly等[20]对12例有使用经验的人工耳蜗植入成人进行研究发现，250 Hz刺激声条件下P2波潜伏期与言语识别率呈负相关(P<0.05)。

4 结论

本文的研究结果表明，刺激声频段、年龄和纯音听阈对听力正常老年人P1-N1-P2波潜伏期和幅值有显著影响，听力正常老年人P1-N1-P2波特征值与噪声下言语识别率具有一定的相关性。后续需进一步开展老年人噪声条件下引出的P1-N1-P2波特征值与噪声下言语识别阈的关系研究，并结合老年人的认知功能进行定量分析。