老年性聾患者言語半球優(yōu)勢的功能磁共振成像研究

鄧意紅陳賢明梁永輝王翠霞羅萍

·臨床研究·

老年性聾患者言語半球優(yōu)勢的功能磁共振成像研究

鄧意紅1，2，3陳賢明1梁永輝1王翠霞1羅萍1

目的 應(yīng)用血氧水平依賴功能磁共振成像（blood oxygenation level dependent-functional magnetic resonance imaging，BOLD-f MRI）研究老年性聾患者言語聲刺激下聽覺皮層激活的半球優(yōu)勢及耳別優(yōu)勢的變化。方法 選取18例健康青年志愿者（青年組）、10例正常聽力老年人（老年組）及10例老年性聾患者（老年性聾組）為研究對象，分別進(jìn)行單音節(jié)言語任務(wù)下的f MRI檢測，刺激聲頻率為1 k Hz，聲強(qiáng)90±3 dB SPL，進(jìn)行大腦激活偏側(cè)性分析，以偏側(cè)化指數(shù)（laterality inelex，LI）表示，LI≥0.20為左側(cè)大腦半球優(yōu)勢，LI≤-0.20為右側(cè)大腦半球優(yōu)勢，-0.20≤LI≤0.20為雙側(cè)大腦半球優(yōu)勢；觀察老年性聾患者半球優(yōu)勢變化（或耳別優(yōu)勢變化）。結(jié)果 青年組左、右耳分別刺激時，偏側(cè)化指數(shù)分別為-0.58、0.37；老年組左、右耳分別刺激時，偏側(cè)化指數(shù)分別為-0.24、0.28，老年性聾組左、右耳刺激時，偏側(cè)化指數(shù)分別為-0.18、0.25。左、右耳行聽覺任務(wù)時，青年組耳別優(yōu)勢為1：2.06，表現(xiàn)為右耳（左腦）優(yōu)勢；老年組為1：1.51，老年性聾組為1：1.61，右耳優(yōu)勢減弱。結(jié)論 青年人單耳刺激大腦皮層的激活存在明顯的偏側(cè)性，表現(xiàn)為對側(cè)半球傳導(dǎo)優(yōu)勢，并以左耳的對側(cè)化傳導(dǎo)更明顯，衰老與耳聾后聽皮層存在功能重組，出現(xiàn)對側(cè)半球傳導(dǎo)優(yōu)勢減弱的趨勢。青年人行聽覺任務(wù)時表現(xiàn)為右耳（左腦）優(yōu)勢，衰老后右耳優(yōu)勢減弱（左耳劣勢增強(qiáng)），而這種變化可能是老年人言語識別能力下降的原因之一。

老年性聾； 言語； 聽皮層； 功能磁共振成像； 偏側(cè)化

人的大腦有兩個半球，由于胼胝體的連接，左、右兩個半球的信息可在瞬間進(jìn)行交流，因此，正常人的大腦是作為一個整體而起作用的，在加工不同類型的信息時，左右兩側(cè)半球又表現(xiàn)出不同的優(yōu)勢性，如：語言的處理主要在左側(cè)半球，音樂的處理主要在右側(cè)半球。聽皮層中樞對言語分辨能力有著重要的作用，以往的腦磁圖研究發(fā)現(xiàn)老年人在激活時間、程度和空間位置方面均發(fā)生了重組［1］。隨著年齡的增長，老年人常出現(xiàn)言語識別功能減退，可能與老年人聽皮層發(fā)生功能重組影響半球優(yōu)勢有關(guān)。血氧水平依賴功能磁共振成像（functional magnetic resonance imaging，BOLD-f MRI）技術(shù)不僅能動態(tài)觀察大腦在不同功能狀態(tài)下聽皮層及相關(guān)腦區(qū)的激活變化，還可提供精確的解剖定位和病理信息，為聽皮層在不同功能狀態(tài)下半球優(yōu)勢的研究提供了可靠的方法。本研究采用言語聲進(jìn)行聽覺任務(wù)的腦部功能磁共振成像研究，分析衰老、耳聾對皮層功能的影響，探討衰老引起言語識別能力下降的可能中樞機(jī)制。

1 資料與方法

1.1 研究對象 研究對象為18例健康青年志愿者（青年組），男11名，女7名，年齡23～28歲，平均25±1.32歲；10例正常聽力老年人（老年組），男6例，女4例，年齡60～70歲，平均66±1.76歲，125～8 000 Hz平均純音聽閾≤25 dB HL；10例老年性聾患者（老年性聾組），男5例，女5例，年齡60～70歲，平均64±2.16歲，耳聾時間為1～5年，平均3.6年，耳聾分級按WHO1997年標(biāo)準(zhǔn)，其程度均為輕度聾（26～40 dB HL），平均聽閾左耳35±4.08 d B HL，右耳34.5±4.38 d B HL。三組受試者外耳道、鼓膜均正常，聲導(dǎo)抗檢測示中耳功能正常，均無眩暈等前庭系統(tǒng)癥狀，無神經(jīng)、精神疾病，無認(rèn)知障礙及全身其他疾病，均為右利手。本研究獲得南京軍區(qū)福州總醫(yī)院倫理委員會批準(zhǔn)。每位受試者于磁共振檢查前均清楚地了解測試方法、目的及相關(guān)知識，并簽署知情同意書。

1.2 聽覺言語刺激材料及方法 選擇郗昕等［2］編制的《普通話言語測聽——單音節(jié)識別率測試》材料，經(jīng)Adobe Audition3.0軟件剪輯、轉(zhuǎn)換，編輯單純左聲道及單純右聲道各30組，每組持續(xù)時間20 s，含5個單音節(jié)詞，詞間的間隔時間為4 s。言語聲頻率為1 k Hz，聲強(qiáng)為90±3 d B SPL（每個詞的聲強(qiáng)與總體平均聲強(qiáng)差不超過3 d B）。聲音由電腦輸出至磁共振專用聽覺刺激裝置，通過磁共振兼容的氣動式耳機(jī)（聲發(fā)生器位于磁場外）傳到受試者雙耳，并于耳機(jī)周圍墊以海綿。

通過E-Prime軟件編制刺激程序，分別隨機(jī)為左耳、右耳施加單純左聲道（Le）、單純右聲道

（Re）刺激聲，每組聲音循環(huán)兩次，每次刺激持續(xù)時間10 TR（TR＝2 s）；對照狀態(tài)時不施加聲音刺激，簡寫為S，持續(xù)時間10 TR；掃描90 TR，持續(xù)時間3 min。受試者在接受檢查前先試聽實(shí)驗(yàn)所用刺激聲音，正式實(shí)驗(yàn)后前20秒為適應(yīng)時期，不計入數(shù)據(jù)處理。整個掃描過程中受試者保持身體靜止不動，均勻呼吸，自然閉上眼睛；集中精力聽耳機(jī)發(fā)出的聲音，注意聽漢字并盡可能聽懂是什么詞，但不能發(fā)出聲音，不做其他的思維活動。

1.3 f MRI檢查 采用Siemens Magnetom Verio Tim 3.0T磁共振機(jī)，全身掃描儀及頭部正交線圈。所有受試者定位后進(jìn)行3D像及f MRI掃描，掃描參數(shù)如下：①全腦3D像：快速梯度回波序列，T1加權(quán)SPGR序列采集矢狀位，包括所有的大腦和小腦半球。TR 6.5 ms，TE 2.8 ms，F(xiàn)A 20度，層厚1.3 mm，無間隔掃描，F(xiàn)OV 240 mm×240 mm，掃描矩陣256 mm×256 mm。②f MRI的采集參數(shù)：采用TR T2加權(quán)EPI序列，TR 2 000 ms，TE 40 ms，F(xiàn)A 90度，層厚5 mm，間距1.5 mm，F(xiàn)OV 240 mm× 240 mm，掃描矩陣64 mm×64 mm；20層連續(xù)掃描以覆蓋全腦，采集時相與刺激內(nèi)容相對應(yīng)，共采集90 TR，時間3 min。

本試驗(yàn)選用言語聲作為刺激聲，言語聲是復(fù)雜聲音，初級、次級聽覺皮層與言語中樞均參與言語的處理，本實(shí)驗(yàn)選擇顳橫回、顳上回等廣義聽皮層所在區(qū)域作為感興趣區(qū)，比較其偏側(cè)化指數(shù)、耳別優(yōu)勢。激活范圍閾值設(shè)定為30個體素，即連續(xù)激活體素數(shù)達(dá)到30個以上的區(qū)域被認(rèn)為是有意義激活區(qū)，對腦激活區(qū)定位，計算感興趣腦區(qū)（region of interest，ROI）激活體素，計算偏側(cè)化指數(shù)（laterality index，LI），公式為：LI＝（Lv-Rv）／（Lv+Rv）；Lv、Rv分別為左、右兩側(cè)ROI的激活體積［3，4］。LI≥0.20提示左側(cè)大腦半球優(yōu)勢，LI≤-0.20提示右側(cè)大腦半球優(yōu)勢，-0.20≤LI≤0.20提示雙側(cè)大腦半球優(yōu)勢［5］。分析耳別優(yōu)勢（ear advantage，EA），EA＝LeBv：ReBv，LeBv為左耳行聽覺任務(wù)時兩側(cè)ROI激活總體積，ReBv為右耳行聽覺任務(wù)時兩側(cè)ROI激活總體積，數(shù)值大者為耳別優(yōu)勢側(cè)。

1.4 統(tǒng)計學(xué)方法 在Matlab平臺上的SPM5軟件包進(jìn)行離線后處理。預(yù)處理包括數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、時間對齊、運(yùn)動校正、空間標(biāo)準(zhǔn)化和空間平滑處理，其中三維平移超過1 mm、三維旋轉(zhuǎn)度超過1度的數(shù)據(jù)視為頭動過大，予以舍棄（青年組中有2例頭動過大，數(shù)據(jù)予以舍棄）；空間標(biāo)準(zhǔn)化結(jié)果為Talairach坐標(biāo)系下的體素集。經(jīng)過預(yù)處理后，對符合要求的受試者數(shù)據(jù)進(jìn)行組內(nèi)分析，組內(nèi)分析采用單樣本t檢驗(yàn)獲得三組的單耳聽覺任務(wù)時組內(nèi)平均腦激活圖。統(tǒng)計閾值P＜0.001（未校準(zhǔn)），在SPSS20.0統(tǒng)計軟件下，采用單因素方差分析，完成三組間ROI激活體積比較及偏側(cè)性分析，P＜0.05為差異有統(tǒng)計學(xué)意義。

2 結(jié)果

2.1 各組間激活的半球優(yōu)勢偏側(cè)性比較 青年組左、右耳分別給言語聲刺激時，偏側(cè)化指數(shù)分別為-0.58、0.37（圖1），正常聽力老年組左、右耳分別刺激時偏側(cè)化指數(shù)分別為-0.24、0.28（圖2），老年性聾患者左、右耳分別刺激時偏側(cè)化指數(shù)分別為-0.18、0.25（圖3）。各組左、右耳言語聲刺激時左、右半球激活體素及LI值見表1。

2.2 各組間激活的耳別優(yōu)勢比較 青年組左、右耳給言語聲刺激時，耳別優(yōu)勢為1：2.06，表現(xiàn)為右耳優(yōu)勢（左腦優(yōu)勢）；老年組為1：1.51，老年性聾組為1：1.61，可見老年組和老年性聾組右耳優(yōu)勢減弱（表1）。

表1 各組左、右耳分別給聲刺激時左、右半球激活體素（個）△、偏側(cè)化指數(shù)及耳別優(yōu)勢比較

3 討論

聽覺系統(tǒng)的f MRI研究的重要問題是MR掃描噪聲問題，掃描噪聲血流動力學(xué)反應(yīng)使組塊式MR功能設(shè)計模式的基線信號增加，從而使施加的外界刺激引起的血流動力學(xué)變化測量起來更加困難［6］。另一方面連續(xù)長時間暴露于這種噪聲，會分散受試者注意力，出現(xiàn)適應(yīng)效應(yīng)，使BOLD信號變化下降，影響腦功能成像。Shah等［7］研究表明將復(fù)雜的背景噪聲與施加的聲音刺激分開，涉及到耳蝸及聽皮質(zhì)復(fù)雜的相互作用（即耳蝸掩蔽），掩蔽效應(yīng)多在800～1 200 Hz頻率范圍內(nèi)，可干擾1 k Hz的純音刺激［8］。而且MR掃描噪聲結(jié)束后，耳蝸掩蔽效應(yīng)仍持續(xù)存在，此期間耳蝸對新刺激的反應(yīng)力低，這是因?yàn)槎伾窠?jīng)纖維存在400 ms的恢復(fù)期，MR掃描噪聲越大，這種恢復(fù)期持續(xù)時間越長［9］。MR掃描噪聲對簡單、復(fù)雜的聲音刺激的影響不同，耳蝸主要負(fù)責(zé)純音的分辨，而聽皮質(zhì)則主要負(fù)責(zé)復(fù)雜聲音刺激的處理。日常生活中，言語是人們交流的主要方式，并且言語頻率多在500～2 000 Hz。為更好地反映聽皮層的功能狀態(tài)，減少聽皮質(zhì)和耳蝸同時處理外加刺激，因而本研究采用的刺激聲頻率是居中的言語頻率段，即1 k Hz言語刺激聲，與1 k Hz的純音不同，該刺激聲可被受試者清晰地感受到；另外為進(jìn)一步抑制背景噪聲，本試驗(yàn)掃描時輔以耳機(jī)周圍墊海綿以使耳機(jī)與耳廓周圍皮膚緊密接觸，減少受試者出現(xiàn)的適應(yīng)效應(yīng)。

圖1 青年組分別行左耳（上行）、右耳（下行）聽覺任務(wù)時的平均腦激活圖

圖2 老年組分別行左耳（上行）、右耳（下行）聽覺任務(wù)時的平均腦激活圖

圖3 老年性聾組分別行左耳（上行）、右耳（下行）聽覺任務(wù)時的平均腦激活圖

聽皮層不僅存在著結(jié)構(gòu)的不對稱性，也存在功能的不對稱性。一側(cè)耳的投射纖維30%上行到同側(cè)半球，而70%上行到對側(cè)半球，即神經(jīng)纖維主要交叉到對側(cè)，從而導(dǎo)致了刺激耳對側(cè)的聽覺中樞激活程度及范圍超過刺激同側(cè)的聽覺中樞。研究結(jié)果證實(shí)，對于單側(cè)刺激，聽力正常者刺激耳對側(cè)皮層有很強(qiáng)的一側(cè)化反應(yīng)（對側(cè)激活幅度大于同側(cè)激活幅度）［10～13］。本研究中正常聽力青年人單耳行聽覺任務(wù)刺激時刺激耳對側(cè)聽皮層的激活體積與強(qiáng)度明顯大于同側(cè)，表現(xiàn)為對側(cè)半球傳導(dǎo)優(yōu)勢，偏側(cè)化指數(shù)分別為-0.58（左耳刺激）、0.37（右耳刺激），與上述大部分研究結(jié)果一致。

各種原因引起的耳聾都可以導(dǎo)致皮層投射和／或皮層下結(jié)構(gòu)的重組，而這種重組可導(dǎo)致半球優(yōu)勢的改變。關(guān)于耳聾引起皮層功能重組的研究最多的就是單側(cè)感音神經(jīng)性聾，Tschopp等［14］對14例長期單側(cè)耳聾患者予以1 k Hz純音刺激時，聽皮質(zhì)反應(yīng)亦存在著同側(cè)半球優(yōu)勢；陳賢明等［15］利用磁共振波譜研究突發(fā)性聾患者聽皮層的激活情況，發(fā)現(xiàn)這類人群聽皮層的激活亦為同側(cè)半球?yàn)橹鳎浑娚淼难芯拷Y(jié)果顯示：耳聾3周內(nèi)聽皮質(zhì)對純音的刺激表現(xiàn)為對側(cè)半球優(yōu)勢，而隨著耳聾時間的延長，則表現(xiàn)為同側(cè)半球優(yōu)勢［16，17］。隨著年齡的增長，聽覺中樞及以下核團(tuán)神經(jīng)元發(fā)生退行性病變以致數(shù)量減少［18］，這會直接影響到任務(wù)刺激時BOLD信號的變化。Piefke等［19］利用功能磁共振分別對青年人及老年人施以視覺工作記憶任務(wù)，發(fā)現(xiàn)青年人明顯激活左側(cè)半球，而老年人對等地激活雙側(cè)大腦的背外側(cè)，右側(cè)半球的激活明顯增加；說明隨著年齡的增長，大腦皮層發(fā)生了功能重組，并且還會使半球優(yōu)勢發(fā)生改變，表現(xiàn)為對側(cè)優(yōu)勢減弱，而同側(cè)優(yōu)勢增強(qiáng)。文中結(jié)果顯示正常聽力老年人與老年性聾患者單耳刺激時，兩側(cè)ROI激活偏側(cè)化指數(shù)較青年人明顯降低，甚至老年性聾組左耳刺激時表現(xiàn)出無偏側(cè)性。這是由于老年性聾集合了衰老與耳聾的雙重因素，并且皮層功能的重組并非從耳聾后才出現(xiàn)，而是從衰老時就已經(jīng)開始，因此，與聽力正常老年人相比老年性聾患者大腦皮層更易發(fā)生功能重組。若今后對同一年齡組不同聽力障礙程度的老年性聾者進(jìn)行聽覺中樞功能的評估，可能可更好地解釋耳聾與衰老對皮層中樞功能重組的影響。

左側(cè)大腦半球是語言的優(yōu)勢半球，以往研究發(fā)現(xiàn)采用簡單的聲音刺激大多以右側(cè)聽覺皮層激活為主，而采用相對復(fù)雜的聲音，尤其是涉及到語音的刺激常常以左側(cè)聽覺皮層激活更明顯［20，21］。本研究采用言語刺激聲，結(jié)果示青年組右耳接受聲刺激時雙側(cè)聽覺皮層激活體積較左耳接受聲刺激高，耳別優(yōu)勢體積比（LeBv：ReBv）為1：2.06，說明大腦對語言的處理表現(xiàn)為右耳（左腦）優(yōu)勢，這與過去行為學(xué)上的雙耳分聽、Wada實(shí)驗(yàn)、腦功能成像研究結(jié)果一致；但是老年組與老年性聾組耳別優(yōu)勢體積比（LeBv：ReBv）分別為1：1.51、1：1.61，較青年組降低，說明隨著年齡的增長，由于聽覺中樞的老化，出現(xiàn)右耳優(yōu)勢減弱（或左耳劣勢增強(qiáng)），這與過去的雙耳分聽試驗(yàn)結(jié)果一致［19，22］。

綜上所述，隨著衰老的出現(xiàn)，老年性聾患者與正常聽力老年人大腦皮質(zhì)存在著逐漸加重的退行性改變，從而發(fā)生功能重組，這種重組一方面表現(xiàn)在行聽覺性言語任務(wù)時腦激活體積與信號強(qiáng)度減低，另一方面表現(xiàn)在半球優(yōu)勢的對側(cè)化傳導(dǎo)減弱。依據(jù)BOLD-f MRI原理［23］，激活體積與信號強(qiáng)度減低反映了中樞神經(jīng)細(xì)胞被激活的數(shù)量減少和程度下降；另外，兩半球功能信息進(jìn)行交流通過胼胝體的連接而實(shí)現(xiàn)，對側(cè)化傳導(dǎo)程度受同側(cè)與對側(cè)激活程度的影響，本研究發(fā)現(xiàn)對側(cè)化傳導(dǎo)優(yōu)勢減弱并非因?yàn)橥瑐?cè)激活增強(qiáng)，而主要是對側(cè)皮層激活減弱引起，這說明衰老后胼胝體的連接減少了。老年人即使聽力正常，也常存在言語識別障礙，說明衰老后皮層功能重組可引起言語識別障礙；同樣，耳聾也可導(dǎo)致皮層功能的重組，老年性聾集合了衰老與耳聾的雙重因素，因此，老年性聾患者大腦皮層較聽力正常老年人更易發(fā)生功能的重組。文中結(jié)果顯示，兩組老年人之間左、右耳給言語聲刺激時，左、右大腦半球激活體積差異不大，說明輕度老年性聾患者皮層功能的重組可能主要是由衰老引起。

除了雙耳對稱性聽力減退外，老年性聾者還存在言語交流困難，表現(xiàn)為能聽見說話的聲音，但卻不能理解其意思。本研究發(fā)現(xiàn)左、右耳給言語聲刺激時，老年人較青年人大腦皮層激活偏側(cè)性明顯減弱，提示老年人除了耳蝸病變外，還存在聽覺中樞的改

變，這可能是影響老年人言語識別障礙的原因。

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（2014-04-21收稿）

（本文編輯 李翠娥）

fMRl Study of Speech Processing in Presbycusis Patients

Deng Yihong*，Chen Xianming，Liang Yonghui，Wang Cuixia，Luo Ping
（*Department of Otolaryngology Head and Neck Surgery，F(xiàn)uzhou General Hospital of PLA，F(xiàn)uzhou，350025，China）

Objective To study the brain functional activation under speech stimulation in presbycusis patients using blood oxygenation level dependent functional magnetic resonance imaging（BOLD-f MRI）.Methods Eighteen normal hearing young volunteers，10 normal hearing elderly people and 10 presbycusis patients received f MRI under auditory task.Experimental tasks included monosyllabic verbal stimulating at tone of 1 k Hz and sound intensity to 90 dB±3 dB（after ambient noise detector Smart Sensor AR844 measurement and calibration）randomly transmitted to left and right ear.Following block design，each stimulus was repeated twice.The lateralization of brain activation analysis observed changes in hemispheric dominance cases（or ear advantage change）.We observed brain activation analysis and changes of hemispheric lateralization advantage（or ear advantages）.SPM5 software was used to deal with the original pictures in the off-line work station to get fictional maps，volume and intensity of the activated brain regions of interest，and calculate the laterality index（LI）.Results To young people，regardless of left or right ear stimulation，the contralateral（region of intrest，ROI）activation volume and intensity significantly increased compared to ipsilateral，appearing contralateral hemispheric dominance，and laterality index were-0.58（left ear stimulation）and 0.37（right ear stimulation）.Compared to young people，elderly people with normal hearing and presbycusis contralateral hemisphere conduction advantage was significantly reduced under monaural stimulation，and the laterality indexes were-0.24，0.28（the aged group），-0.18，0.25（presbycusis group）.Young people received the left and the right ear auditory task respectively，and the ratio of the total volume of bilateral ROI activation was 1：2.06，appearing to the right ear advantage（left brain dominance）.While the aged and presbycusis group manifested as right ear advantage decreased（left ear advantage enhanced），whose the total volume ratio was 1：1.51 for the old normal subjects and 1：1.61 for the hearing impaired seniors.Conclusion Auditory verbal tasks activated brain regions in the superior temporal gyrus and middle temporal gyrus were most obvious.Aging may cause these brain regions to be activated weaker，appearing to the trend of contralateral hemisphere.The aging and deafness lead to the cortical reorganization.This may be one of the reasons for the declined speech recognition.

Presbycusis； Speech； Auditory cortex； f MRI； Laterality

10.3969／j.issn.1006-7299.2015.04.008

時間：2015-3-3 14：39

R764.43+6

A

1006-7299（2015）04-0361-06

1 南京軍區(qū)福州總院耳鼻咽喉頭頸外科（福州 350025）； 2 福建醫(yī)科大學(xué)?？偱R床學(xué)院； 3 佛山市禪城區(qū)中心醫(yī)院

鄧意紅，女，湖南人，碩士，主要從事耳鼻咽喉科臨床工作。

陳賢明（Email：fzchxming@sina.com）

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