辛甜宇王宇洋魏朝刚刘玉和*

1北京大学第一医院耳鼻咽喉头颈外科（北京 100034）

2湖南省人民医院耳鼻咽喉头颈外科（长沙 410021）

听力障碍是语前聋儿童面临的认知能力发育的重大挑战。许多语前聋儿童无可用残余听力，听觉经验基本为零，听觉言语能力基本未发育，佩戴助听器后听力水平也较差。目前人工耳蜗植入(Cochlear Implantation,CI)是他们重新获得听力，重新发育听觉言语能力的最佳手段。对于人工耳蜗植入者来说，音高直接影响人工耳蜗植入者受益[1]。但由于受到人工耳蜗硬件条件的限制，在植入人工耳蜗后听障儿童常较难掌握对语音识别至关重要的音高线索。目前许多研究者们开始关注听觉皮层对人工耳蜗植入者受益的作用[2]。尽管人工耳蜗提供的听觉信息有缺陷，但听觉皮层的神经加工处理能够帮助植入年龄较小的CI用户听觉感知与认知[3]。行为学研究发现，人工耳蜗植入年龄越小，听力损失持续时间越短，CI儿童理解能力和表达能力越强[4]，因此建立CI儿童听觉皮层神经活动与听觉言语能力行为学表现之间的联系便尤为重要。

本研究通过功能性近红外光学脑成像（functional Near-Infrared Spectroscopy,fNIRS）探究语前聋儿童人工耳蜗植入后听觉皮层任务态血氧活动与听觉言语能力评分的相关性。fNIRS本质上是一种非侵入性近红外光-血氧代谢脑成像技术，可作为神经激活及后续神经电活动的间接解读标准，目前已被证实是CI人群术后康复效果评估的可靠手段[5]。

1 资料与方法

1.1 临床资料

本研究纳入了2020年8月至2021年12月期间于我科接受人工耳蜗调机的患儿19例，其中植入年龄小于2岁患儿8例，植入年龄大于2岁患儿11例（均为单侧植入，右耳植入15名，左耳植入4名，植入时年龄范围在1.0-4.4岁，平均年龄：2.3岁，标准差：0.918，详细临床信息参见表1）。该研究经过北京大学和北京大学第一医院伦理委员会的批准，研究对象的父母或者监护人均在研究开始前自愿签署知情同意书，允许将被试临床信息、行为学量表数据和fNIRS数据用于科学研究。测试前，研究者对所有受试者基本信息进行记录。所有研究对象植入前通过裸耳行为测听、ABR、ASSR、40Hz相关电位等诊断为极重度听力损失，且助听器受益有限，符合《中国人工耳蜗植入工作指南2013版》，其中4人大前庭导水管扩张或Mondini畸形，其余未见内耳畸形。

表1 受试者基本临床信息Table 1 Clinic Information

1.2 神经成像学测试

所有研究对象在人工耳蜗调机后进行近红外测试。测试由多通道的近红外光学成像系统（Nirsmart，Huichuang，中国），在连续波模式下记录血氧数据。研究对象的具体测试时间间隔见表2。研究对象在近红外测试期间只佩戴耳蜗，处于安静的睡眠状态或安静的清醒状态。本测试中的听觉刺激材料由无语义的伪句组成，均为语音情感韵律声，包括恐惧、愤怒、快乐、中性，声压级约为60～65 dB SPL，平均背景噪音强度约为30 dB SPL。感兴趣区域见表3及图1。

表2 追踪测试时间点及行为学量表结果Table 2 Time Point and Behavioral testing outcomes

表3 通道排布及感兴趣区域Table 3 Channels and ROI

图1 通道位置(CH)分布图。每个红点代表检测通道的中心。CH1、CH3、CH5、CH7、CH10 位于左侧颞区。CH30、CH40、CH42、CH45、CH46、CH47、CH48位于右侧颞区。Fig.1 Positions of channels(CH)in the bilateral ROI.Each red dot represents the center of the detection channel.CH1,CH3,CH5,CH7,CH10,CH21,CH22 are located in the left hemisphere.CH30,CH40,CH42,CH45,CH46,CH47,CH48 are located in the right hemisphere.

1.3 听觉言语能力评估

选择开放性听觉言语能力评估评估发声情况、对声音的察觉能力和对声音的辨別和理解能力[6]，包括听觉行为整合标准(Categories of Auditory Performance,CAP)、言语可懂度分级(Speech Intelligibility Rate,SIR)、有意义听觉整合量表(Meaningful Auditory Integration Scale,MAIS)。

1.4 统计分析

在使用Nirspark包（版本 6.12,Huichuang,China）对近红外数据进行预处理后，应用SPSS(版本25.0，SPSS Inc,美国)对处理后的Hbo值和行为学结果进行统计分析。ITMAIS/MAIS、CAP、SIR分数转换为百分数并相加取平均数，获得最终行为学结果（表2）。使用Pearson相关分析被用来衡量大脑皮层对发声情绪刺激的反应和行为结果之间的相关性，P＜0.05被认为是显著的。

2 结果

2.1 听觉皮层神经反应与行为学评分相关性概况

在测试的3个时间点中，听觉皮层HbO浓度与听觉言语能力评估得分有8个结果呈正相关(CH30、CH46、CH47、CH48)，有 5 个结果呈负相关(CH10、CH30、CH42、CH45)。其中，小于2岁植入组听觉皮层HbO浓度与听觉言语能力评估得分有13个结果为正相关(CH5、CH30、CH46、CH47、CH48)，7个结果为负相关(CH10、CH40、CH42、CH45)，大于2岁植入组听觉皮层HbO浓度与听觉言语能力评估得分有3个结果(CH5、CH45、CH46)为正相关，1个结果为负相关(CH42)。

2.2 右侧颞上回、颞中回、缘上回神经反应与行为学评分相关性

值得注意的是，在T1时间点，小于2岁植入组CH47、CH46分别接受高兴、中性刺激时激活程度与行为学量表结果均成正相关（r＝0.8790，P＝0.0496）（r＝0.9000，P＝0.0374）。大于 2岁植入组CH45、CH46分别接受高兴、中性刺激时激活程度与行为学量表结果均成正相关（r＝0.8103，P＝0.0081）（r＝0.6773，P＝0.0450）（图2）。在 T2 时间点，CH47接收愤怒、恐惧、中性语音情绪韵律刺激时的激活程度与行为学量表结果均成正相关（r＝0.5296，P＝0.0423）（r＝0.7255，P＝0.0022）（r＝0.5674，P＝0.0274）。其中不同植入年龄组CH42接收中性语音情绪韵律刺激时的激活程度与行为学量表结果均成负相关（r＝-0.8113，P＝0.0145）（r＝-0.7567，P＝0.0490）。小于2岁植入组CH30接收愤怒、恐惧语音情绪韵律刺激时的激活程度与行为学量表结果成均正相关（r＝0.8049，P＝0.0160）（r＝0.8088，P＝0.0151）（图3）。

图2 T1时间点双侧颞区神经反应与听觉言语量表评分相关性。组1为植入年龄小于2岁CI儿童，组2为植入年龄大于2岁CI儿童。CH5位于左侧颞中回，CH45、CH46位于右侧颞中回，CH47位于右侧颞上回。Fig.2 Oxyhemoglobin changes related to behavioral scores at T1.Group 1 represents children implanted before two years old,and Group 2 represents children implanted after two years old.CH5 is located in the left MTG(Middle temporal gyrus).CH46,CH45 are located in right MTG.CH47 is located in the right STG(Superior temporal gyrus).

图3 T2时间点双侧颞区神经反应与听觉言语量表评分相关性。组1为植入年龄小于2岁CI儿童，组2为植入年龄大于2岁CI儿童。CH30位于右侧缘上回，CH42位于右侧颞中回，CH47位于右侧颞上回。Fig.3 Oxyhemoglobin changes related to behavioral scores at T2.Group 1 represents children implanted before two years old,and Group 2 represents children implanted after two years old.CH30 is located in the right supramarginal gyrus.CH42 is located in right MTG.CH47 is located in the right STG.

2.3 左侧颞中回神经反应与行为学评分相关性

在T1时间点，不同植入年龄组儿童在接收高兴、中性语音情绪韵律刺激时，CH5的激活程度与的行为学量表结果均成正相关（r＝0.9031，P＝0.0357）（r＝0.7101，P＝0.0321）（图2）。

3 讨论

目前已有许多研究关于CI人群的听觉行为表现和大脑活动之间的关系。许多神经成像学研究表明，人工耳蜗植入后的小龄儿童开机1周内听觉皮层对语音情感韵律具有较明显的神经处理[7]。CI用户及听力正常人群接受语音刺激时左右颞皮层均有显著激活[8]，CI用户与正常人群相比，颞叶皮层对语音刺激的平均激活水平显著不同，且激活水平与CI使用者的听觉言语理解能力呈负相关[9,10]。不仅如此，颞上回大脑皮层的神经活动与语音刺激理解程度相符合，正常听力和语音感知良好的CI用户对自然语音比对难以理解的语音表现出更大的皮层激活[9]，语音感知较差的CI用户对所有刺激都有较大的、特异性较差的皮层激活[10]。除此之外，颞中回、颞上回前部，是词汇相关语义处理的关键部位，发育过程从出生开始贯穿整个童年时期[11,12]。在对有意义的刺激（单词、句子、故事）的反应中，CI用户左侧颞中回语义区和后颞上回语音区激活不足，而颞上回前部语音区过度激活[13]。以上研究结果表明，听觉言语能力较差的CI用户在处理复杂语音信息时认知负荷较大，需要募集更多的认知资源，因此颞区皮层激活程度较高。

在几乎所有研究过的大脑区域，情绪语音处理均表现为显著的右脑半球优势，这一优势被称为半球偏侧化优势[14]。与左半球相比，右半球似乎可以更好地评估音高变化[15]，在非言语语音听觉加工方面明显占优势[16]。右侧的颞上回和颞中回可同时被招募处理语音情感认知任务[7]，颞中回在情感和社会认知方面有着重要作用，右侧缘上回对高度兴奋的声音刺激敏感[17,18]；颞中回的异常神经活动与多种情感障碍有关[19]，右侧缘上回的活动与语音情绪的听觉感知的增强有关[20]。Köchel等人发现，恐惧和痛苦的尖叫声增强了成人右侧缘上回的激活水平[18]，因此右侧颞区是处理情绪语音的主导区域。此外，在语音信号处理方面，植入侧对CI儿童在语音刺激下的皮质血流动力学反应无显著影响，并且也未表现出显著发育变化[2]。本研究结果发现，CI儿童听觉行为表现和听觉皮层神经活动之间的联系更多地体现在右侧，这与大脑的偏侧化理论表现一致，同时由于右半球比左半球发育得更早[2]，因此CI儿童开机后早期情绪语音处理更偏向于右半球。此外，CI术后情绪韵律引起的右侧颞中回前部激活程度与言语感知能力显著负相关，引起的右侧颞上回后部激活程度与言语感知能力显著正相关，表明CI儿童开机后早期语音情感韵律处理似乎偏向于听觉皮层后部；人工耳蜗植入后早期，情绪语音韵律可能抑制右侧颞区前部神经反应，促进右侧颞上回神经反应增强，并与听觉言语功能的更好发展相关。这一结果补充了听觉皮层对不同声音信息的神经处理模式。

人工耳蜗由于受植入电极深度、通道数目、及语音处理器时域编码（频谱-时域精细结构如音高、谐波等）等因素的限制，CI用户往往难以获得精确的音高线索，儿童导向的语音往往具有较为明显的韵律特征，因此对于CI儿童来说音高线索尤为重要[21]。一些情绪语音往往具有较为夸张的音高特征，例如，高兴、愤怒、恐惧韵律与中性韵律相比往往具有更高的F0和更宽的F0变化范围[21]，因此使用语音情感韵律作为刺激材料有助于研究CI儿童开机后早期听觉皮层神经活动与听觉言语能力相关性。

行为学研究发现,人工耳蜗植入时，年龄越小，听力损失持续时间越短，语音理解能力越强[4]。2岁前植入人工耳蜗的CI儿童已有较好的情感理解能力，能够处理和产生与正常听力儿童相当的情感内容[22]。之前研究发现，颞叶皮层的突触密度在出生后2-4年时达到峰值，之后突触数量下降[23]，早期植入人工耳蜗的CI儿童大脑皮层适应性可塑性较强，听觉言语能力优势更明显[24]。因此植入年龄较小的CI儿童开机后早期听觉皮层神经活动与听觉言语能力具有更多的相关性。

除了经典的听觉皮层以外，语音理解过程也涉及其他的大脑区域，例如前额叶皮层，特别是背外侧区域，与广泛任务中的认知需求相关[25]，研究证实有CI用户在聆听过程中比听力正常人更依赖前额叶皮层，特别是与非语言任务相关的前额叶皮层区域[26]。此外，还有颞-顶-枕联合区，尤其是梭状回，梭状回不仅与选择性加工视觉信息及识别面孔身份有关[27]，还与左侧颞区存在功能连接，共同处理加工人类语音刺激[28]。因此在之后CI人群的神经成像学研究中，我们应关注前颞区及前额叶皮层，建立前颞区皮层、及前额叶皮层神经活动与听觉言语能力之间的联系。此外，今后可扩大样本量、延长追踪时间进一步研究。

对于人工耳蜗植入患者的神经功能成像不仅补充了听觉系统神经加工处理模式研究，而且有助于研究听觉皮层自适应可塑性并进行术后康复指导。基于fNIRS的神经成像研究是研究CI人群大脑皮层神经处理模式的较好方法，由于婴幼儿人工耳蜗植入的特殊性，fNIRS因其较好的安全性、兼容性以及时间与空间分辨能力成为较理想的研究CI人群神经成像技术手段[1,5,29]。尽管fNIRS的空间分辨率不如fMRI，且易受头围等因素的影响，但未来可以结合使用术后fNIRS和术前fMRI进行研究。临床医生可通过建立听障儿童人工耳蜗植入后听觉皮层神经活动与听觉言语能力行为学表现之间的联系，进一步了解听觉剥夺后大脑重塑能力，预测人工耳蜗植入后效果，帮助人工耳蜗使用者术后调机及言语康复训练。