戴晨逸 徐飞

间歇前抑制惊跳反射（gap prepulse inhibition of acoustic startle response，GPIAS）也称间隙前脉冲抑制（gap induced pre-pulse inhibition，Gap-PPI），它是听觉惊跳反射前刺激抑制（prepulse inhibition of acoustic startle response，PPI）的特殊形式，其产生基础来自听觉惊跳反射（acoustic startle response，ASR）。Gap-PPI与PPI的神经通路不相同，两者不能混为一谈。Gap-PPI目前常用于听觉研究领域和精神疾病研究，它是一种有效且便捷的评估动物听觉系统乃至相关神经系统的客观测试方法，来自于动物的先天性反射行为，不需要进行提前训练，因此测试结果具有较好的稳定性和可靠性。本文对Gap-PPI的背景、影响因素及听觉系统相关应用进行综述。

1 间歇前抑制惊跳反射与惊跳反射、前抑制惊跳发射

听觉惊跳反射是人类或哺乳类动物在受到外界声刺激时出于本能的自卫反应引起的肌肉快速收缩。Strauss等在人身上发现这种惊跳相关反射后，1936年Hunt等[1]在其基础上，证实人体的确存在惊跳反射。ASR的神经通路为信号从听神经传递到耳蜗腹侧核、外侧丘系、脑桥尾侧网状核、脊髓中间神经元，最后传递到脊髓运动神经元[2]。

Gap-PPI是在背景噪声中插入无声间隙作为前刺激抑制随后的惊跳反射[3]，其神经通路研究不如ASR明确，大致为声刺激耳蜗核经过下丘、上丘之后到达听觉皮层，然后经过脑桥被盖网状核及附近的背外侧被盖核，从而激活脑桥尾侧网状核产生抑制作用。PPI是在背景噪声中插入不引起惊跳反射的前刺激导致随后的惊跳反射幅度减小（被抑制）的现象[4]。PPI的神经通路仍有待进一步明确，大致为声刺激引起的听觉神经冲动从耳蜗核经过下丘、上丘到达外侧苍白球，再到脑桥被盖网状核及附近的背外侧被盖核之后同样激活脑桥尾侧网状核，抑制ASR[5]。因此Gap-PPI虽然看似是PPI的特殊形式，但两者神经通路不同。PPI激活外侧苍白球抑制惊跳反射，而Gap-PPI则绕过外侧苍白球激活听觉皮层[5～8]。关于Gap-PPI神经通路细节还有待进一步研究，其神经基础的阐明有助于加深我们对听觉行为反应的理解。

2 影响Gap-PPI测试的相关因素

2.1 刺激前无声间隙

根据间隙嵌入背景噪声的位置，Gap-PPI可分为两种形式：镶嵌型Gap-PPI与跟随型Gap-PPI，前者指无声间隙镶嵌于背景噪声中，而后者指无声间隙跟随在背景噪声后，即无声间隙之后紧跟惊跳刺激声。Fournier等[9]在成人实验中发现两种模式导致的结果不同。他们选取5～200 ms间隔时程进行实验，在小于50 ms时，镶嵌型表现出惊跳反射抑制随间隔时间的延长而增加，但跟随型没有。在50 ms以上时，镶嵌型与跟随型表现出的抑制率相似。总之，跟随型存在抑制增加延迟现象，这可能是跟随型只存在一个变量（无声间隙之后直接是惊跳刺激），而镶嵌型有两个变量（无声间隙之后又是背景噪声，随后才是惊跳刺激），从而导致镶嵌型的无声间隙更容易被察觉。50 ms以上两者模式没有显著差别，可能是由于中枢时间整合功能所起的作用。目前研究采用的Gap-PPI测试大多默认为镶嵌型Gap-PPI。

一般情况下，随无声间隙时程(slientgap duration）的增加，Gap-PPI抑制程度更为明显。但实验还需考虑总体实验时长及实验效率，因此，间隙时程也不可过长（专门将无声间隙时程作为变量的实验例外）。Fournier[9]、Cranney等[10]分别在5～200 ms和0～350 ms区间内采用不同间隙时程进行测试，均得出抑制惊跳反射的程度随时程变大而增大。Harbin等[11]在年轻人中使用10～120 ms的间隙时程进行测试，发现随着间隙时程从10 ms增加到80 ms，年轻人对惊跳反射的抑制增加，随后突然小幅度回跌，但Fournirer等[9]在扩大样本数的实验中未发现这一回跌现象。此外根据这些实验结果可观察到抑制程度增长率最大的间隙时程在30～80 ms[7，9～11]。

2.2 背景噪声

大多数学者认为，窄带噪声作为背景噪声比纯音作为背景噪声对惊跳反射的抑制更为显著，Fournier[8]、Hebert等[9]分别进行了两次实验重复证实了低频（500 Hz）背景噪声比高频（4 kHz）背景噪声对惊跳反射的抑制更为显著，这与其他学者结论基本一致。70 dB SPL背景噪声下的惊跳抑制大于60 dB SPL背景噪声，因为间隙在强度较大的背景噪声中更为突出，更容易被察觉感知，从而导致惊跳抑制更大[12]。如何确定背景噪声的频率及强度还要根据具体的实验项目及受试者的情况灵活运用，如进行耳鸣测试或受试者存在一定程度的听力损失等情况。

2.3 实验间隔（inter-trial intervals，ITI）与刺激间隔（interstimulus interval，ISI）

实验间隔是指两个惊跳刺激信号之间的间隔时程；ISI又称间隙-刺激间隔（gap-stimulus intervals，GSIs)，是指无声间隙结束至惊跳刺激信号开始之间的间隔时程。这两个变量直接影响结果。Longenecker等[13]在Gap-PPI测试中将CBA/CAJ小鼠分为短ITI组（4～6 s）和长ITI组（7～15 s）。结果显示长ITI比短ITI引发的听觉惊跳反射振幅更高，惊跳幅度和启动概率都随着ITI的缩短而减小，但即使是短ITI组的小鼠也没有产生习惯化。总之，在实验中，较短的ITI可以节约实验时间，更高效地测量更多动物，但其导致惊跳反射的幅值不高，难以进行数据分析处理。

Leitner等[14]用SD大鼠进行实验发现，ISI在25～50 ms随时程增加，其惊跳反射抑制程度快速增大，但50 ms之后抑制程度开始轻微回跌。在无声间隙时程为5 ms时50 ms的ISI产生最大程度的抑制，测试设置中20 ms的ISI产生最小的抑制，但随着无声间隙时程的增大，50 ms的ISI产生的抑制并没有增大，反而是20 msISI产生的抑制增大。因此，较短的ISI抑制作用可通过无声间隙时程弥补。但Plappert等[15]以C57BL/6J、129/SvHsd、AKR/OlaHsd3种近交系小鼠和一个野生小鼠与NMRI小鼠杂交产生的杂交系小鼠为实验对象，认为ISI在37.5～100 ms时抑制效果最好。Jae-Hun Lee等[16]通过对正常人进行实验，比较ISI分别为50、150、250 ms对抑制作用的影响，结果150 ms抑制作用最大（gap为50 ms时）。这些学者的结论互不相同，应该是实验对象不同所致。

2.4 性别与年龄

Longenecker等[13]使用CBA/CAJ小鼠在Gap-PPI中发现实验开始的前几天，雌性小鼠的惊跳反射幅值高于雄性小鼠，这与Plappert等[17]在PPI中得出的结论相反（雄性小鼠的惊跳反射幅值高于雌性），但随时间的推移，两性差别对结果的影响不大，是由于随后几天小鼠达到了习惯惊跳反射的状态。总之，如果实验需要排除性别因素的干扰，就需要控制这一变量对PPI的影响。

Shoji等[18]选取2～12月龄（成年至中年）C57BL/6J野生型小鼠进行PPI行为测试，结果2～7个月PPI增大然后衰减，这种年龄与听觉惊跳反射抑制程度的关系与之前学者的研究结果一致[19，20]，而董千红等[21]近期在健康成人PPI测试中发现PPI未发生年龄相关的改变。以上结果均是在PPI测试中得出，而目前单独讨论年龄变量在Gap-PPI中的研究较少。年龄变化本身涉及方面较广，如随年龄增长产生的习惯化会影响Gap-PPI的结果，以及C57BL/6J小鼠随年龄增长会出现耳蜗退行性变和听力损失，所以在Gap-PPI测试中可能也会得出类似结论。

2.5 其他影响因素

昼夜节律会影响大多数神经递质与激素的调节，而影响昼夜节律状态的神经底物作用于脑桥尾侧网状核或以下的神经通路，这将直接影响Gap-PPI实验结果，昼夜节律相反的小鼠其ASR幅值大于正常昼夜节律的小鼠[13]。

动物的习惯化也会影响Gap-PPI结果。习惯化[13，22]指多次强感觉刺激后惊跳反射幅度减弱，这种反应的降低并非由肌肉疲劳或感受器反应迟钝造成。提示尽量避免对同一动物进行多次实验导致其出现习惯化的现象，要考虑到动物间的个体差异。

其他因素如出生后的尼古丁暴露[23]会损害听皮层等，阻碍听觉时间处理的正常发展，从而可影响Gap-PPI的结果。情绪由杏仁体、皮层中心等控制调节，受试者在厌恶的情况下可出现ASR增大，在愉悦的情况下ASR减小[24，25]， 因此也可影响Gap-PPI结果。

3 Gap-PPI在听力学研究的应用

3.1 Gap-PPI在耳鸣中的应用

耳鸣是常见的耳科疾病之一，通常指没有外界声源刺激的情况下患者却听到声音的现象，耳鸣机制类型复杂多样又涉及心理因素，临床上多以主观方法鉴别诊断。由于动物模型难以采用主观方法，因此Gap-PPI常作为一种客观测试方法研究动物耳鸣。此前许多学者通过训练动物、建立条件反射进行动物耳鸣实验，但这种方式耗时长、成本高。且存在太多不可控因素。相比较而言Gap-PPI不需要训练动物，它是通过动物本能的反射反应实现，快速高效且灵活多变。Turner等[26]在耳鸣动物模型中使用了Gap-PPI，他认为当耳鸣动物的耳鸣声填充于Gap-PPI的无声间隙中（耳鸣声与特定的背景噪声相匹配），它们相对就无法感知无声间隙，于是所引起的听觉惊跳反射会较同组无耳鸣的大，即耳鸣填补空隙学说。一般可以通过间隙抑制比进行耳鸣筛查，即有无声间隙的听觉惊跳反射振幅与没有间隙的听觉惊跳反射振幅之比。

近期，学者[27～29]在Gap-PPI的耳鸣应用方面有不同意见。不支持Gap-PPI应用于耳鸣的研究者们认为，Gap-PPI测试耳鸣缺乏统一的标准值；耳鸣与背景噪音频率之间没有对应关系；耳鸣必须发生在惊跳反射刺激之前（因此不适用于断断续续的耳鸣）；耳鸣频率多样复杂，耳鸣填补空隙难度大。Salloum等[30]则从另一个角度提出了Gap-PPI应用于耳鸣的注意事项，他认为大多数耳鸣患者都存在听觉过敏的问题，对背景噪声过敏或对惊跳刺激声信号过敏将会导致截然不同的惊跳抑制结果，因此，在控制变量及实验时要剔除这一变量的影响因素。

3.2 Gap-PPI在听觉中枢信息处理中的应用

Gap-PPI可用于探究与人的言语语言感知及理解有紧密关联的听觉时间敏感度及时间分辨率。听觉时间分辨率是指识别声音中间隔及分辨声音快速变化的能力[31]，而这直接影响人的言语语言识别及理解，通常用间隙察觉测试（gap detection，GD）评估，Gap-PPI是GD的典型代表，是评估啮齿动物听觉时间敏感度的可靠方法[23，32]。先前的人类研究也发现了语言问题和间隙察觉阈值之间的联系，Benasich等[33]对婴幼儿进行听觉时间处理阈值测试：由设定程序给出两种不同频率的声音进行左右交替刺激，期间根据受试者反应变换左右两个刺激声音之间的ISI（ms），最后得出ISI阈值。他们将ISI阈值作为听觉快速处理（rapid auditory temporal processing，RAP）阈值，RAP阈值（150 ms及以上）越高的婴幼儿存在语言发育障碍的概率更高。

余新等[31]运用Gap-PPI研究大鼠听觉发育中听觉敏感度及时间分辨率的变化，发现大鼠听觉时间分辨率的发育成熟（约30天）滞后于其听觉敏感度的发育（约26天），且中频段听觉发育优先于低频与高频。Threlkel 等[7]通过实验提出即使破坏大鼠听皮层，大鼠也可处理长时程（75～100 ms）无声间隙，皮质（小脑回）发育畸形的大鼠由于其皮层与皮层下连接发生改变等原因，导致无法处理低于75 ms的无声间隙，而听皮层失活则导致短时程间隙无法被处理。这说明长时程（75 ms以上）无声间隙由皮层下即可处理，但对于75 ms以下的间隙时程需要听皮层的参与处理。该研究结果强调了皮层下的处理功能对RAP评估的重要性，对了解人类语言处理受损的神经机制重要意义。Kim等[34]选取新生大鼠探究了发育期听觉剥夺对时间分辨率的影响，表在发育期进行听觉剥夺的大鼠听觉时间分辨率比未进行听觉剥夺的大鼠更差，但在对两组动物进行两周声干预后，两组动物的时间分辨率变得差别不大，这项研究对听损儿童听觉干预提供了参考。

4 小结

Gap-PPI作为一种通过先天性反射评估动物行为听觉的客观测试法，同时也可应用于人类，尤其适用于难以配合主观测试的成人及儿童或用于与主观测试进行交叉验证。此测试虽受欢迎，但在不同物种及其亚种和品系之间也缺乏实际操作的标准规范，如Leggett等[35]发现豚鼠中不同亚种之间对听觉惊跳反射的结果差异很大，这要求实验者尽量进行细分以及在实验中自行建立正常值，不可随意套取他人数据。由于Gap-PPI的影响因素诸多，在进行实验时需控制变量和选取恰当的数据处理方法使得实验结果更为准确，但可修改的变量多也使其应用广泛灵活。

实际运用中常将Gap-PPI与电生理测试结合使用，近期有部分学者[16，36]将Gap-PPI与听觉长潜伏期反应(auditory long latency response，ALR）相互印证，提出电生理也可分析Gap-PPI的行为间隙察觉阈值（behavioral gap detection thresholds，BGDT)，而Gap-PPI的相关影响因素也可通过电生理探究。Gap-PPI神经通路涉及到中枢听觉皮层，因此对于探究动物及人类听觉皮层的发育变化，尤其在听损儿童听觉皮层发育情况及干预方面的研究具有重要意义。预计今后Gap-PPI的研究将在神经解剖学基础上深入了解其神经基础和电生理反应之间的关系，该项测试也将会有广阔的应用前景。