龙越 龚树生

首都医科大学附属北京友谊医院耳鼻咽喉头颈外科(北京 100050）

空间听觉在日常生活中至关重要，它有助于声源定位以及在嘈杂环境中提取信息进行交流。空间听觉障碍会降低人的沟通能力，并可能引发危险情况（例如在交通中）。空间听觉是中枢听觉系统对双耳信息整合处理能力的直观评价指标，其测试手段主要包括言语识别测试和声源定位测试。迄今为止，临床、科研工作中对于空间听觉能力的评估多采用言语识别测试（例如噪声竞争环境下的言语识别率），患者的语言处理相关障碍可能会影响其真实的听觉能力表现，因此声源定位能力能更直接的反应患者的双耳听觉信息整合能力，然而目前声源定位能力研究远不及言语识别测试开展的普遍。本文将介绍声源定位原理、研究常用的测试条件和数据分析方法，并对目前为止该领域听力正常、听力损失、听力损失干预后以及耳鸣人群的研究情况加以综述，以期为后期声源定位实验开展提供借鉴。

1 声源定位原理

声源位置包括三个参数：水平角度（0±180°），垂直角度（0±90°）和距离（0±∞），听觉系统通过时间、强度和声波频谱对其进行定位。水平角度主要由双耳时间差（Interaural Time Difference，ITD）和双耳强度差（Interaural Level Difference，ILD）确定；垂直角度由单耳确定（耳廓、头颅、肩和胸廓对声波反射、衍射和吸收引起频谱变化），即HRTF（Head-Related Transfer Functions），距离主要也由单耳确定[1]。同时有很多因素会对声源定位能力产生影响，例如刺激声频率特性[2]，低频（<1500Hz）主要依赖于ITD，而高频（>4000Hz）主要依赖于ILD，宽频声刺激有利于受试者获得更好的声源定位结果[3]；再如刺激声来源方位，前方声音较侧方、后方更容易精准定位[4,5]。

2 常用的测试条件和数据分析方法

目前用于声源定位测试的条件和数据分析方法多种多样，尚无统一标准，在一定程度上限制了不同研究结果的可比性。首先在测试条件方面，绝大多数研究是针对水平面空间听觉能力为对象的，然而各个研究声源摆放角度间隔存在较大差异，例如 4.28°[4]、15°[6]、30°[7]等。同时声源定位能力的评估方法也多种多样。常用的有声源识别任务、听觉空间辨别任务。声源识别任务通过要求受试者直接指出感知到的声源方向来确定其声源定位的准确性。在这一测试中通常采用均方根误差（Root Mean Square Error,RMSE）和平均绝对误差（Mean Absolute Error,MAE）对原始数据进行统计分析前的计算。而空间辨别任务则要求受试者区分参考信号声和目标信号声的位置，以获得最小可听角度（Minimum Audible Angles，MAA）[4,8]。测试采用强制性二选一（Two-Alternative Forced-Choice,2AFC）或强制性三选一（Three-Alternative Forced-Choice,3AFC）方案，要求受试者在参考刺激声和目标刺激声中做出选择，以确定最小偏差角度。亦有学者利用其它方法进行数据分析。Smith等[9]将±5°定义为声源定位正确，计算受试者在各个角度的平均正确率。An等[7]将30°的角度偏差记为1误差分，计算实验组和对照组受试者的总误差分（Total Error Score,TES）以比较两组受试者的声源定位能力。Hyvärinen等[10]直接将绝对定位误差作为评估指标研究受试者在水平及垂直平面的声源定位能力。

绝大多数声源定位研究都是以安静环境为测试条件，仅有少数学者进行了噪声环境下相关研究。Wood等[11]研究了8名听力正常成年人在不同信噪比（Signal-to-Noise Ratio，SNR）下的声源定位能力，实验设计采用2AFC方案，结果表明受试者的声源定位能力随SNR的提高而提高。

3 听力正常受试者的声源定位研究

评估听力正常受试者的特定空间听觉能力将有助于我们了解正常听力人群的听觉表现，进一步为评估听力损失患者的听觉能力缺陷提供对照。很多学者对于听力正常人群进行了声源定位研究。Kuhnle等[4]采用声源识别任务和听觉空间辨别任务对136名6-18岁的儿童及青少年声源定位能力进行了研究，发现声源识别能力从六岁开始已经趋于稳定，然而空间辨别能力随着年龄的增长显著提高，因此声源识别和空间辨别是两个不同的听觉任务，可能在不同的上行听觉通路阶段进行处理。Van等[6]对33名4-9岁儿童和5名成年人进行了宽频信号的声源定位测试，采用RMSE和MAE为评价指标，发现四岁儿童MAE显著高于其他年龄组，5岁以上儿童声源定位能力与成年人已无显著差异。Freigang等[8]对64名老年人和22名年轻人进行了声源识别和辨别测试，研究发现MAA与年龄显著相关，随着年龄增长声源定位能力下降。在老年人中RMSE与MAA无相关性，在年轻人中两者仅有弱相关，提示听觉中枢采用不同的策略处理声源的识别与辨别任务。

因此对于听力正常受试者来说，年龄是影响其声源定位能力的重要因素，研究听力损失受试者声源定位能力时，选择听力正常对照组时应尽可能的做到年龄匹配。同时不同的实验方案可能会产生不同的结果，分别将声源识别和声源辨别能力进行比较会更为合理。

4 听力损失受试者的声源定位研究

4.1 双侧听力损失受试者的声源定位研究

良好的声源定位能力依赖于双耳听觉的一致性，听力损失破坏了这一基础从而影响了声源定位能力。Koehnke等[12]通过测试听力正常和听力损失受试者对ITD和ILD察觉能力来评估他们的双耳聆听表现，发现听力损失受试者双耳聆听能力个体间差异较大且总体差于听力正常受试者。Best等[13]对比了听力正常和双侧对称“斜坡形”听力损失受试者的声源定位能力，发现安静环境中两组受试者结果无显著差异，而在噪声竞争环境下听力损失组RMSE显著高于听力正常组，其原因可能是听力损失导致了受试者对声音的频谱和时域特征敏感性降低，使其听到的同一时刻发出的声音之间具有更多的“相互掩蔽”作用，进而导致可利用的空间信息失真。

4.2 单侧听力损失受试者的声源定位研究

单侧听力损失（Unilateral Hearing Loss,UHL）患者不能或仅能获得较差的双耳线索，因此声源定位能力也将受到影响，尤其对于水平方位的声源定位。Nelson等[14]对12名UHL成年人进行了声源识别测试，研究发现受试者前后两次（至少间隔两周）结果具有良好的重复性，虽然RMSE结果显著差于听力正常受试者且个体间差异较大，但远好于机会性得分。测试年龄及听力损失发生年龄与RMSE正相关，听力损失时长与RMSE负相关（RMSE越小，声源定位能力越好）。Reeder等[15]对11名UHL儿童进行了声源定位测试，实验设计及数据分析与Nelson[14]所做实验相似，同样发现受试者RMSE结果显著差于听力正常同龄人且个体间差异较大，但是随年龄增长声源定位能力逐渐提高。因此年龄作为UHL患者声源定位能力的影响因素在不同年龄阶段可能影响是不同的。儿童UHL患者可通过定位策略的学习（例如通过依靠HRTF）和经验积累获得更好的声源定位能力，而Nelson[14]实验中受试者年龄较大（平均年龄52.3岁），声源定位能力下降可能与年龄引起的听觉中枢处理双耳信息的能力下降有关[8]。

5 听力损失干预后受试者的声源定位研究

5.1 双侧听力损失干预后受试者的声源定位研究

人工耳蜗（Cochlear Implant,CI）植入是改善双侧重度-极重度感音神经性听力损失患者听觉能力的有效手段。目前为止越来越多的双侧听力损失儿童接受了双侧CI植入，以期能够获得更好的声源定位和言语识别能力。Asp等[16]研究了62名双侧CI植入儿童的声源定位能力，观察到受试者个体间差异较大。在双侧非同期植入儿童中，第二个CI植入后，声源定位能力逐渐改善，且年龄越小改善越快。因此双侧CI植入后的聆听经验会影响声源定位能力，这可能是由于中枢听觉系统持续受到双侧刺激输入而逐步趋向正常化发展导致的。国内学者研究也发现双侧CI植入儿童的声源定位能力虽不及听力正常受试者，但是显著优于单侧CI植入儿童[17,18]。随着CI植入手术适应征的扩大，越来越多的保留残余听力的患者采用了声电联合刺激（Electric Acoustic Combined Stimulation,EAS）。Lammers等[19]对18名双耳具有低频残余听力一侧CI植入并采用EAS的患者进行了研究。实验过程中助听条件分为5种：（1）一侧EAS，对侧声刺激（EAS+HA）；（2）双模式（CI+HA）；（3）双侧声刺激（HA+HA）；（4）植入侧仅声刺激（HAi）；（5）对侧声刺激（HAc）。结果显示3种双侧助听条件下的声源定位能力显著好于单侧助听条件，3种双侧助听条件下声源定位能力虽无显著差异，但几乎所有的受试者均在EAS+HA条件下获得了最好的声源定位能力。

因此我们看到CI可以帮助双侧听力损失患者获得声源定位能力，无论是双侧CI植入还是一侧EAS对侧HA（保留残余听力患者），声源定位能力的获得都是基于双耳的有效听觉刺激输入实现的。

5.2 单侧听力损失干预后受试者的声源定位研究

根据听力损失类型、程度以及患者意愿，UHL有多种干预手段，例如传统HA、信号对传线路助听器（Contralateral Routing of Offside Signals,CROS）、植入式骨导助听器（Bone Anchored Hearing Aid,BAHA）、震动声桥（Vibrant Soundbridge,VSB）以及CI植入。学者们对不同干预方式的UHL患者进行了声源定位能力研究。Johnstone等[20]研究了12名HA干预UHL儿童的声源定位能力，并将其按照年龄分为两组：大龄组（10-14岁）和小龄组（6-9岁）。研究发现HA可显著改善小龄儿童的声源定位能力却会对大龄儿童产生不利影响，然而在非助听条件下大龄儿童声源定位能力显著好于小龄儿童，这可能是因为大龄UHL儿童在成长过程中已经习惯依赖声音的频谱信息进行声源定位。该研究表明早期干预可以帮助UHL儿童更好的利用双耳聆听线索。Pedley等[21]将12名听力正常成年人模拟为UHL受试者，研究CROS对声源定位能力的影响，发现使用CROS后受试者声源定位能力下降，这是由于CROS消减了“头影效应”进一步干扰了好耳的频谱及响度线索导致的。Zhao等[22]对5名BAHA植入的SSD患者进行了研究，发现BAHA既不会改善也不会破坏患者的声源定位能力，这可能是由于BAHA是将震动传递至具有正常功能的耳蜗，并没有帮助患者获得真正的双耳听觉。此外该团队通过对12名小耳畸形合并外耳道闭锁导致的先天性UHL患者研究，发现VSB并不能改善患者的声源定位能力反而会对其产生不利影响[23]，这可能与VSB并不能将听阈补偿到正常水平，双耳间仍然存在一些不对称性有关，此外也可能是由于声音通过VSB处理传入约有3ms延迟，对ITD产生不利影响。虽然CI植入并不是单侧聋（Single-Sided Deafness,SSD）患者的常规治疗手段，但是一部分患者出于改善耳鸣、提高生活质量等原因也选择接受手术。Távora-Vieira等[24]对16名成年SSD患者进行研究，发现CI开启时患者的声源定位能力显著高于CI关闭，证实了CI植入可以帮助SSD患者获得双耳聆听线索。Dorman等[25]研究发现SSD患者CI植入后声源定位能力改善虽然不及听力正常受试者，但好于一侧CI对侧助听器（Hearing Aids,HA）双模式干预的受试者，这是因为CI改善了SSD患者的双耳不一致性。

因此，要想通过助听设备帮助单侧听力损失患者获得更好的声源定位能力，实现双耳听觉获得良好的双耳声音线索是至关重要的。有研究显示UHL患者首要的康复需求是改善声源定位能力，其次才是噪声下的言语识别能力[26]，因此在UHL患者干预前，我们有必要为其详细解释声源定位以及干预方案的原理，帮助他们建立合理的效果预期。

6 耳鸣受试者的声源定位研究

耳鸣患者由于能够主观感受到耳内声音，因此耳鸣可能引起ILD变化，从而影响患者的声源定位能力。目前单独将耳鸣作为研究对象的声源定位研究较少，更多的学者是将耳鸣作为研究中的一部分影响因素，例如研究耳聋伴耳鸣患者、或耳聋伴耳鸣CI植入后患者的声源定位能力等。An等[7]对听力正常的耳鸣患者进行了声源定位能力研究，实验纳入40名耳鸣患者和40名无耳科疾病受试者。结果显示耳鸣患者TES得分显著高于对照组；同时根据扬声器的左右分布，分别计算每位耳鸣患者的左、右侧TES，单侧耳鸣患者耳鸣侧TES得分显著高于对侧以及双侧耳鸣患者的TES，因此耳鸣会干扰声源定位，对其同侧声源干扰更大，然而耳鸣频率与响度与声源定位能力并无相关性。Liu等[27]对14名伴有耳鸣，12名不伴有耳鸣的SSD患者进行了声源定位研究，采用RMSE评估声源定位能力，结果表明伴有耳鸣的SSD患者声源定位能力显著差于不伴有耳鸣的患者，耳鸣严重程度与声源定位能力显著正相关。Hyvärinen等[10]研究了单侧耳鸣对声源定位能力的影响。受试者分为3组：单侧耳鸣、双侧高频听力损失、听力正常，其中耳鸣组患者双耳听阈与高频听力损失组相似。通过对比3组受试者的声源定位能力，研究者认为虽然耳鸣患者与听力正常者结果存在差异，但该差异主要是由于听阈差异导致的。

因此我们看到耳鸣可对声源定位能力产生一定的影响，其程度可能与听阈、耳鸣侧别、耳鸣主观感受程度有关。

7 小结

声源定位是空间听觉能力的简单有效评估手段，然而由于实验空间及设备要求较高，目前该领域的研究依然较少，且实验方案设计及数据分析方法也多种多样，进一步限制了研究结果之间的可比性。为了更好地研究听力损失患者的声源定位能力，在研究中应设置年龄匹配的听力正常对照组，此外对于听力损失干预前后定位能力的对比也是一种可行的方案。良好的声源定位能力依赖双耳听觉一致性，因此帮助听力损失患者获得有效的双耳听觉对于改善其声源定位能力是至关重要的。