掩蔽聲對聲音反應時間的影響

劉鈺瑩 孫偉

1上海交通大學附屬第一人民醫(yī)院耳鼻咽喉頭頸外科

2紐約州立布法羅大學聽力與聾病中心

耳鳴是臨床的常見疾病，是在周圍環(huán)境沒有聲源的情況下，出現(xiàn)主觀聲覺的癥狀。耳鳴患者也常常出現(xiàn)對高強度聲音過敏感的癥狀，即臨床所說的聽覺過敏。聽覺過敏是聽覺耐受性的下降,表現(xiàn)為對正常環(huán)境聲音出現(xiàn)超敏感、無法耐受或驚恐的反應[1-4]。這兩種癥狀都可能由多種藥物，壓力，疾病或接觸噪音引起[5-7]。

聲音的響度是對聲波震動的主觀反應，它與聲音的物理特性有關。響度與聲音的能量成正相關，是一種心理屬性，聲音的響度由聲音能量轉(zhuǎn)換成聽神經(jīng)興奮產(chǎn)生，并經(jīng)過聽覺中樞系統(tǒng)的過濾和整合最終在大腦中形成[8]。許多中樞神經(jīng)系統(tǒng)都參與了聲音和語音信號的處理，因而聲音的感知也與人的心理狀態(tài)和某些疾病相關[9]。目前聽力的受損程度可通過聽覺誘發(fā)電位來客觀評價，但主觀響度仍無法用客觀檢測來量化，僅能依靠心理物理學來測定，例如感知量表[10]、參考聲音相匹配[11]等方法。在動物實驗中，這些主觀測試的方法不能直接照搬，比較常見的方法是用動物對刺激聲的反應時間（reaction time）來評價聲音的響度[12]，研究發(fā)現(xiàn)聲音反應時間隨著聲音強度的提高而縮短[13]，聲音的響度越高，需要的反應時間越短，因而聲音反應時間被用來衡量受試者或?qū)嶒瀯游锏捻懚茸兓痆14-17]，近年也被用來評價聽力受損后出現(xiàn)的聽覺重振[17]、和聽覺過敏[18-20]。

臨床中常對耳鳴患者進行聲音治療，但部分伴聽覺過敏的患者，由于其響度容忍性下降，對聲治療無法接受。這是否是由于聲治療選擇的強度不合適，還是治療聲對耳鳴產(chǎn)生了不適的影響，還尚未清楚。本實驗擬通過觀察大鼠聲反應時間的變化，來研究掩蔽聲對響度的影響，從而為臨床聲治療提供實驗依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 實驗動物

成年雄性聽力正常Sprague-Dawley大鼠（5只，Harlan Laboratories，美國）用于行為學實驗。動物聽力狀況用聽性腦干誘發(fā)電位檢測。大鼠飼養(yǎng)于紐約州立大學布法羅分校實驗動物中心，所有實驗動物均通過紐約州立布法羅大學實驗動物管理委員會審批同意。

1.2 行為訓練

行為訓練設備使用美國Med Associates公司的行為訓練模塊構(gòu)建，刺激聲和行為訓練由TDT系統(tǒng)模塊（System 3，RP6和RP2）和自行開發(fā)的軟件控制[20]。訓練箱具有一個位于中間用于啟動測試實驗的鼻觸發(fā)器，配有紅外線入口探測器的食物分配器安置于兩側(cè)，刺激聲由安裝在箱子頂部的揚聲器產(chǎn)生。

在訓練前，首先對參與訓練的大鼠進行食物限制，使它們達到正常體重的85%，以保持它們對行為訓練的積極性。行為訓練過程中，先訓練大鼠探測鼻觸發(fā)器以引發(fā)刺激聲。聲音開始后，大鼠需要戳入左側(cè)或右側(cè)的食物分配器取食。在訓練期間，通過食物顆粒（Bio-Serv公司，新澤西，美國）強化大鼠在強聲發(fā)生時（90 dB SPL）觸發(fā)右側(cè)分配器，弱音發(fā)生時（40 dB SPL），觸發(fā)左側(cè)分配器。選擇正確觸發(fā)投食，選擇錯誤將觸發(fā)懲罰，懲罰包括不釋放食物顆粒、并在10秒內(nèi)不能重新觸發(fā)。為了減少大鼠隨機觸發(fā)食物分配器，而不注意聲音刺激，刺激聲在大鼠頭部進入觸發(fā)器2秒后才啟動（最低等待時間），早期退出，不會觸發(fā)聲音刺激或投放食物。

當訓練準確度達到95%以后，改為測試模式，刺激聲為50 ms的窄帶噪聲（中心頻率在2kHz，40-110 dB SPL，10 dB步長），聲音強度隨機呈現(xiàn)，每次測試時間為30分鐘左右（投放食物170-200粒），盡可能排除饑餓程度對實驗的影響，以便測試大鼠對不同聲強的反應時間（從聲刺激開始到大鼠從鼻觸發(fā)器撤回的時間）。在測試期間，在食物分配器的兩側(cè)均可以得到到食物獎勵，大鼠必須在聲音開始后10秒內(nèi)取食，10秒內(nèi)沒有反應則視為未命中，反應時間僅在取食成功后被記錄。在測試的第二天，需要重新對大鼠行為進行訓練，以強化測試的準確性。測試在安靜和有掩蔽聲的狀態(tài)下分別進行，掩蔽聲為70 dB SPL的白噪聲。每種狀態(tài)至少分別重復測試3天以上。

1.3 統(tǒng)計學方法

資料分析采用Prism 7統(tǒng)計軟件，對不同聲強下的反應時間在聲掩蔽前后進行配對t檢驗，比較各聲強處反應時間的差別。P＜0.05差異具有統(tǒng)計學意義。

2 結(jié)果

大鼠對40-110 dB SPL的窄帶噪聲的平均反應時間在300-870 ms之間，表現(xiàn)為低聲強時反應時間較長而高聲強時反應時間較短，反應時間-聲強曲線均表現(xiàn)為中低聲強處較平坦而高聲強時變陡峭（圖1）。在40、50、60、70、80、90、100 和110 dB SPL下的平均反應時間（n=5）分別為642.1±60.08、650.2±50.68、655.1±54.72、716.5±41.57、659.4±58.43、468.6±44.45、435.1±49.74 和 408.1±47.55 ms。不同大鼠的反應時間存在個體差異。

圖1 大鼠的聲音反應時間-強度曲線Fig.1 Reaction time–sound intensity curve of the rats

當給予70 dB SPL的掩蔽聲時，大鼠在低聲強（40-50 dB SPL）的反應時間較未干預時明顯延長，而在掩蔽聲強附近(70-80 dB SPL)則明顯縮短（圖2）。掩蔽后在不同聲強40、50、60、70、80、90、100和110 dB SPL的平均反應時間（n=5）分別為1313±105.9、973.6±106.6、586.9±40.21、544.8±34.86、480.2±23.71、457.7±23.4、426.7±25.05 和395.6±30.79 ms。在40 、50 、70、80 dB SPL聲強時未掩蔽與掩蔽后的反應時間具有顯著性差異（t=5.51,2.74,3.17 and 2.84,P＜0.05）；而80 dB SPL以上的高聲強處反應時間無明顯變化。長（P＜0.05），而在掩蔽聲強附近70、80 dB SPL則明顯縮短（P＜0.05），80 dB SPL以上的高聲強處反應時間無明顯變化(n=5)。

圖2 白噪聲掩蔽前后反應時間的變化Fig.2 The reaction time with/without a background noise

3 討論

本實驗的主要發(fā)現(xiàn)是大鼠在低聲強時反應時間明顯延長，反應時間隨著聲音強度的增高而明顯縮短。這與以前在人和其他動物（猴子、貓）的報道基本一致[17,21]。本實驗還發(fā)現(xiàn)，反應時間在出現(xiàn)掩蔽聲時明顯改變，當測試聲低于掩蔽聲時，反應時間明顯變長；當刺激聲聲強與掩蔽聲接近時，反應時間明顯減弱，而當刺激聲聲強明顯高于掩蔽聲時反應時間不變。

掩蔽是聽覺測試的常用手段，但掩蔽聲對于測試聲響度的研究尚未有報道。我們的研究發(fā)現(xiàn)當掩蔽聲超過刺激聲的強度時，由于掩蔽聲降低了原有聲音的強度，因而反應時間延長、響度減弱。但當掩蔽聲與測試聲強接近時，不能充分掩蔽測試聲，會導致測試聲的響度增高，反應時間變短。Lentz等人發(fā)現(xiàn)，與相同級別的一個音相比，兩個音會產(chǎn)生較短的反應時間，正如響度的頻譜增益所預期的一樣。我們的實驗中掩蔽聲強與刺激聲強接近時，反應時間較無掩蔽時縮短，可能同樣是聲音的頻譜增益效應。當掩蔽聲低于測試聲時，對其響度無明顯影響，因而反應時間無明顯變化。此外，還有一種可能是反應時間也受信噪比的影響而改變，與動物辨別測試聲信號的難易程度相關，既在噪聲環(huán)境中由于難于辨別聲音，需要較長時間來做出判斷，因而反應時間變長。而在安靜狀態(tài)下，則比較容易做出判斷，因而反應時間較短。如果這種假設成立，則提示聲音的反應時間不僅僅反應聲音的響度，而且與動物對聲音的辨別和聲信號的處理相關。

耳鳴掩蔽療法的目的是利用外界的聲音來抑制耳蝸或聽神經(jīng)的自發(fā)性興奮增強的活動，其機制可能是抑制聽覺中樞神經(jīng)通路，從而減輕或抑制對耳鳴的感受。我們的實驗也提示掩蔽聲有抑制聽覺中樞神經(jīng)通路的作用。但我們發(fā)現(xiàn)當掩蔽聲接近測試聲強時，響度反而提高，提示在耳鳴治療時，若掩蔽聲接近或超過耳鳴聲強，可能會導致聲音響度提高，部分患者尤其伴聽覺過敏者可能會自覺響度增加，出現(xiàn)不能耐受的情況。由于聲音的響度還與其他中樞神經(jīng)系統(tǒng)相關，掩蔽聲有可能導致其他中樞核團的反應，因而導致對掩蔽聲和耳鳴聲耐受性的下降。因而耳鳴、聽覺過敏的治療需要認真進行耳鳴聲的音調(diào)和強度匹配，調(diào)試干預音，以期獲得最佳的治療效果。

4 結(jié)論

本實驗初步表明掩蔽聲可對聲音的反應時間造成影響，可能掩蔽聲可降低弱聲音的響度，但提高近似于掩蔽聲強度的刺激聲的響度。