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非植入式语言听力辅助装置探索-移频助听器
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> 空军兰州医院耳鼻喉科 杨志洪
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>摘要: 从语言听力学,耳神经生理学,耳解剖学,医学电子工程学方面探索重度耳聋及
聋哑症患者残余听力的利用.提出了一个新的非植入式语言听力辅助装置,此装置可以帮
助符合配置条件的患者获得或恢复语言的学习与交流能力.不同于电子耳蜗,也不同于现
有的助听器材,并试制了原始机,进行了初步临床验证.
>一: 前言
> 近代多导电子耳蜗植入术的发展,为感音神经聋患者带来了希望的曙光,高级高保
真助听器为传导性病人带来了重返有声世界的惊喜.而许多听觉生理学家,耳科学家正致
力于寻找一种神经细胞的再生方法,以解决听觉神经元的再生及功能恢复.许多人努力的
目的均是一个---让聋者重回有声世界.那么,在彻底解决听神经元的再生问题以前,是否
是就没有别的途径来解决听觉问题呢?除电子耳蜗于外,还有一种可以部分达到这一目的
的方法.那就是合理利用患者的残余听力,使病人复聪.这就是本文以听生理学,微解剖学
,语言听力学,电子技术工程等综合运用,所报告的一条新的非植入式复聪路径.
>二: 理论基础
> 听觉生理学指出,声音经传导到蜗内后,由基底膜上有序排列的听毛细胞纤毛相对
盖膜作切向运动,使纤毛电阻发生变化,原来在毛细胞中流通的静息电流便产生了交变成
份.交变电流频率和外界声波频率一致,幅度则和声强成正比,这种现象称为微音器效应.
毛细胞电流通过突触使听神经元兴奋并发放脉冲.这种脉冲幅度基本固定,但脉冲发放率
则一定程度上和刺激电流的幅度大小成正比例.这些脉冲在中枢神经核团整合击在皮层
最终使人产生声音的感觉.
> 本世纪60年代,人们通过实验观察,认识到声音引起的基底膜振动可从耳蜗底部推
进到顶部,形成一种所谓行波.行波的最大振幅位置随声音频率而变化.高频声音的行波
波峰出现在耳 蜗底部基膜较刚劲的部位,故这一部位神经元发放的电脉冲最多.基底膜
上的行波在推进过程中迅速衰减,因此,其它部位的神经元基本处于静息状态,不发放更
多的脉冲,相反,在低频声音下,前庭阶内淋巴液的压力波可伸展到蜗顶,基底膜上行波的
峰点也移向蜗顶,靠近蜗顶神经元就发放更多的电脉冲.对于不同频率的声音,总有一段
基膜上的神经元发放脉冲.我们可以把基底膜的各段看成机械带通滤波器,相应各段上的
神经元对通带频率起反应.这个频率称为神经元的特征频率(CF).人的语言含有几个频率
,相应他底膜各段便先后出现几个行波波峰,经毛细胞转换成电讯号,使这些部位神经元
发放脉冲,传到大脑皮层的听区变成了语言的感觉,这就是语言的部位编码机制.这一机
制阐明了基底膜振动部位与刺激声音的频率有对应关系.
> 在近代听觉生理研究中,人们又提出了时间编码原理: 认为声音信息只反映在神经
元的脉冲时间间隔中,而与脉冲的幅度大小无关.例如,对于1000hz的声音,听神经元必须
每秒发放1000个脉冲才能被感觉到.但当声音频率高于1000hz时代由于神经元的固有不
应期,单根神经元将不能随声刺激频率发放同样多的脉冲,但如果把相邻部位的多根神经
元合并起来考虑,就能不受不应期的限制,单根神经元只能隔一个或几个声音周期的确定
相位保持同步关系,即锁相作用.锁相作用保证了局部听神经元在单位时间内发放的总脉
冲数和声音的频率一致.这是听神经的时间编码机制.Sachs等人还认为时间编机制和编
码机制的原理是相互补充的,当声音超过一定强度时,神经元对频率的选择性将减弱.这
时,时间编码机制将起主要作用.又提出了时间编码机制,而且正引起广泛重视.
> 时间编码机制揭示了高频声音需多根神经元参与表达,而低频声音则不需多根完好
神经同时参与表达.那么,当耳蜗神经受损后,高频部分损失一根神经则可能引起相应的
几根神经元失去作用.而低频损失一根神经也就损失一条通道.通常在500hz左右有一明
显临床分界线.残余听力往往集中在1000hz以下.单通道电子耳蜗只能分辨100--
>400hz声音也证明了这一点
> 耳蜗细微结构解剖表明,耳蜗听神经约三万余条,当患者听觉细胞受到损伤时,高频
段听毛细胞最为敏感,首先凋亡,神经突触因缺乏相应的刺激而逐渐退行性变至不可
> 损害.有人解剖27岁女性药毒损害15天的耳蜗,发现损害在蜗顶10-18mm最为明显.低
频段0-8mm残存相当一部分毛细胞.还有资料表明,长期耳聋病人的听神经存活率只有正
常水平的20%左右.(参见:Z:mmermann CE,Burgess BJ,NadocJB,Pattems of
degenration in the haman ochlear nerve,Hear Res,1995,90:192-201)这说明在低频
段即使耳聋时间较长,也存在一部分功能完好的毛细胞及听神经元.
> 从临床观察证实,大部分神经性耳聋的残余听力均集中在低频段100-1000hz之间.
如果一个正常全频声音进入耳蜗,根据行波理论,基底膜相应各段产生振动,但因中,高
>频声--电转换神经元已不能发生脉冲,处于假象静止状态.中,高频主要信息流中断,只
有部分低频波能变成脉冲信号到达皮质.大脑无法完整地分析听觉信息,除了能觉出响度
较大的部分低频声音外,自然就听不到高频声音了.临床有部分聋哑或严重耳聋者能听见
打雷,火车轰鸣,鞭炮声也正是如此.
> 那么,能否利用低频听觉细胞来听语频信息呢? 我们回答:能.但必须满足两个条件
:1. 信号信息流通量必须经过压缩.因为残存的听细胞数量少,固有频率低.如果直接
>将语频100-3000hz的关键频段的信息量综合起来,是无法通过的,正如粗麻绳强穿缝衣
针孔.2. 必须使语频声波能振动基底膜低频段.也就是说必须使1000hz以上的声波变成
1000hz以下的声波,使之携带的语言特征能被感觉到. 语言听力学指出,
人的语言频段主要在1000hz-3000hz内,携带有语言信息.因此,我们只需进行四倍频率压
缩就可以使之落在250-750hz之间,该频率声音讯号经放大后,由低频耳机转化为低频声
音,低频声音经耳膜,听骨链,前庭窗传导到蜗内淋巴液,淋巴液行波推进,基底膜的机械
带通滤波特性使不同频率的声波刺激不同部位的毛细胞,听神经元相应发出脉冲,经听皮
质处理后变成听觉.这样,关键语频段的声音就能经变频及压缩后,通过低频段听神经元
被大脑听皮质进行分析了,患者就可以听见我们的声音,也可以听见自己发出的声音,就
可以进行语言的学习与交流了.
> 这里需强调一点,听得见不等于听得清.要使病耳具有分辨力,那才真正具有临床意
义.为了阐述清楚这一问题,我们必须从声音的特性来分析它.一个语言声音有基准频率,
幅度,相位,谐振峰,时值及包络曲线频率决定基调,幅度决定强度,相位决定了,声音的叠
加属性,而包络曲线则是声音携带信息的综合反映,时值决定了声音长短,谐振峰则决定
声音特有音色.
> 当我们通过电子技术对声音进行压缩和变频时,我们可以改变基频,而保留其包络
曲线基本不变,也就是保持时值,相位及幅度之间的对应关系.正如用不同的乐调来演奏
同一首曲子,我们听来也只是这一支曲子.只是调门不一样而已.澳大利亚墨尔本大学克
拉克课题组所推出的Nucleus电子耳蜗则是提取了部分包络曲线送往中枢神经元,已获得
成功.
> 从理论基础综合要点:1. 临床观察大部分耳聋患者具有部分低频残余听力.2. 病
理解剖证实病耳耳蜗低频段存有部分 毛细胞及听神经元.3. 语言频段声音频率主要在
1000-3000hz范围内.4. 电子技术可以改变声音的频率,压缩语言信息带宽,而保留包络
曲线的语言特征,仍可以被听懂.5.将语言频段经电子压频后,仍可以被聋耳残存的低频
听神经感觉到.若残存的低频听力段有一定带宽,病耳可以听见并允许一定量信息到达大
脑皮质.6. 大脑皮质具有强大的分析,处理脉冲信号的功能,对听信息进行整 合,对比,
建立听信号反射.7. 临床进行合理调整,适应,反复语言刺激,就可以建立一条非植入弯
语言听觉通道,使聋耳具有语言听力,从而使患者恢复或获得语言的学习与交流能力.
> 理论上如此,那么实际效果如何呢? 为了验证这一理论结果,我们自行设计并试制
了一台原始变频式处理器样机.该机采用先进技术对声音进行处理,提取声音的包络曲线
,改变运载信息的基振频率,对声音进行"素描"处理,减少信息量,用病耳的残余听力段来
听经过简化,变频的语言信息,信号强度可以随机调整.运用这台样机进行了如下几个实
验.初步命名本装置为变频助听器.
> 三. 实验报告:
> 1. 正常耳变频听觉实验
> (1). 方法: 选听力正常耳配戴变频助听器,另一耳进行隔音处理,调节音量控制键
,使音量适度,调节变频控制掣至各种所需的处理状态,对助听器话筒说话.
> 用2倍压缩状态试听,被试验者声音变低沉,无杂乱环境噪音;以4倍压缩状态试听,
被试验者述没有了中,高音.能听懂语言,以8倍压缩状态试验,声音变得异常低沉,有模糊
感,但能听懂,说话速度慢一些,可懂度90%以上.以4倍扩频试听,被试验者述声音尖锐,无
低音,语言可懂度100%.
> (2). 结果: 实验20只耳主观感觉一致,经不同倍率变频压缩,声音频率发生了巨
大改变,语言可懂度大于90%.
> (3):讨论:
> 本实验验证了以下几个问题.
> A.从实际角度证明了该语言处理器的电子工程技术的可行性.
> B.语言经处理器处理后,保留了语言的基本特征,并能被正常耳分辨.
> C.正常耳听到的声音实际上是经过处理的声音"素描",基频在语言频段以外,但也
具有很好的分辨力.
> 2.混合性聋耳变频听觉实验
> (1) 患者情况: 患者女,32岁.诉双耳听力下降半年,现在听不清别人谈话.电测听
示混合性耳聋听力曲线.双耳250hz,500hzk,1000hz气导平均60db.1000hz以上听力丧失.
> (2) 方法: 正确配戴变频助听器,以2倍压缩状态试听,分别由其家人及医生在其背
后问话.
> (3) 结果: 其夫问10个简单问题,均能准确,迅速回答,听懂率100%.由医生问时,10
句中两句需重复一遍,也能完全听懂.
> (4)讨论: 本实验证明了以下几个问题.
> A.变频助听器可以使混合性聋患者,听力部分丧失的患者恢复听力.
> B.语后聋的患者不须经过长期语言训练就能听懂谈话.
> 3.药毒性语前聋哑症变频听力实验
> (1) 患者情况: 患者女,13岁.一岁时因注射药物后耳聋,经多家医院确诊为药毒性
耳聋,语前聋聋哑症.电测听检查示双耳低频段250hz,500hz残余听力70db,1000hz以上听
力丧失.患者于6个月前曾行古耳24D电子耳蜗植入术.很明显观察到患者已经从此手术中
受益,已学会部分词语.性格变得开朗,上进,合群.在征得家长及患者同意后,在4倍压缩
状态下进行了实验.
> (2) 方法: 紧密配戴耳机于左耳.关闭并移开右耳电子耳蜗,选如"暧气片","打火
机"等常用词10个,于10分钟内反复教读,患者述听见了声音并能跟读学习,语调偏低,经
纠正后发音较为准确.最后于患者背后读出这10个词让患者分辨.
> (3) 结果: 患者能准确听出5个词语,但将"打火机"听成了"打游戏".识别率 50%.
患者家长的为吃惊,患者曾试戴过各种助听器,均无此效果.
> (4) 讨论: 患者情况特殊,第一次试戴变频助听器就能立即学习语言,并能很快地
部分分辨.该结果很鼓舞人.患者自行对电子耳蜗,助听器,变频助听器进行了比较,认为
变频助听器最好,电子耳蜗其次,助听器无效.
> 综合上诉,本文所宣布的非植入式语言听力辅助装置是一种新型的,可以帮助聋哑
症,重度耳聋患者获得或恢复听力有效途径.虽然它对全聋患者还无能为力,但它具有不
用手术植入,不破坏耳内结构,无并发症,简单易用,价格低廉的显著优点,而且可以在适
配之前就可通过更为详尽的电测听获得预测.
> 本文目的是抛砟引玉,正如1961年House博士向世界宣布音频电流蜗内刺激实验一
样,这一条途径的发现有可能更有效地帮助近千万听力障碍者.
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