听觉认知机制在噪声下言语感知中的作用：基于大样本结构方程模型的研究

《Scientific Reports》：Auditory-cognitive contributions to speech-in-noise perception determined with structural equation modelling of a large sample

本研究针对噪声环境下言语感知（SIN）的复杂机制，通过结构方程模型（SEM）分析了207名18-81岁受试者的听觉认知交互作用。研究发现，年龄是SIN能力的最大影响因素，而中枢听觉处理（CAP）——包括声音分离、听觉工作记忆（AWM）和时序处理——对SIN的贡献超越年龄，且介导了纯音听阈（PTA）和非语言推理（MTX）对SIN的间接作用。该研究揭示了CAP在临床评估中的关键意义，为改善听力障碍患者的干预策略提供了理论依据。

　　

在全球约13亿人受听力损失困扰的背景下，噪声环境下的言语感知（Speech-in-Noise, SIN）能力衰退已成为老龄化社会的重要健康挑战。传统上，SIN困难常归因于外周听力损失，但单纯依靠纯音听阈（Pure-Tone Audiometry, PTA）评估无法全面解释个体差异。事实上，SIN感知涉及外周听觉、中枢听觉处理（Central Auditory Processing, CAP）及认知能力的复杂交互，尤其在嘈杂的“鸡尾酒会”场景中，大脑需分离目标语音并暂存信息以提取语义。然而，年龄、听力、认知衰退等因素的交织效应使机制解析变得困难。为此，英国纽卡斯尔大学的研究团队通过结构方程模型（Structural Equation Modeling, SEM）这一多元统计方法，对大样本人群的听觉认知网络进行了系统性解构。

本研究采用横断面设计，对207名18-81岁英语母语者（均无重度听力损失或神经疾病史）进行多项听觉认知测试。关键实验技术包括：

1. 1.
   噪声下言语感知测试：采用单词（Iowa Test of Consonant Perception-British version, ITCP-B）和句子（Oldenburg句子测试）两种任务，分别评估封闭式选择下的SIN能力；
2. 2.
   声音分离能力评估：通过随机图形背景（Stochastic Figure Ground, SFG）范式，包括图形间隙辨别（SFG-Gap）和图形存在辨别（SFG-Figure）任务，模拟非语言场景中的目标-背景分离；
3. 3.
   听觉工作记忆（AWM）测量：涵盖数字广度测试（Digit Span, DS）以及频率（Freq）和振幅调制率（AM）的延迟匹配精度任务；
4. 4.
   时序处理能力检测：使用跨通道间隙辨别（Between-Channels Gap Detection）任务评估中枢听觉时序敏感性；
5. 5.
   一般智力测试：基于矩阵推理（MaRs-IB）评估流体智力（MTX）。所有数据经标准化转换后，通过SEM构建潜在变量模型，分析年龄、PTA、CAP及认知因素对SIN的直接与间接效应。

研究结果

1. 听力阈值与人口学特征

参与者平均PTA阈值为11.97±9.25 dB HL，属正常至轻度听力损失范围。年龄与PTA呈强正相关（r=0.78），而与SIN表现负相关（r=-0.72），提示年龄增长伴随听力下降和SIN能力衰退。

2. 声音分离与听觉工作记忆作为独立预测因子

在初始SEM模型（Model 1）中，年龄对SIN的直接效应最强（β=-0.49, p<0.001），其次为听觉工作记忆（β=0.29, p<0.01）。PTA虽影响声音分离能力（β=-0.32, p<0.001），但未直接作用于SIN。声音分离与工作记忆共享43%的方差（p<0.001），表明二者功能关联紧密。非语言推理（MTX）通过调节AWM间接影响SIN，而无直接贡献。

3. 中枢听觉处理的核心作用

在整合模型（Model 2）中，CAP潜在变量（含SFG-Gap、AM精度和跨通道间隙辨别）对SIN的预测力（β=0.50, p<0.001）超越年龄（β=-0.44, p<0.001），且介导了PTA（β=-0.34, p<0.001）和MTX（β=0.37, p<0.001）对SIN的间接效应。该模型解释SIN方差的81.1%，优于模型1（79.8%），凸显CAP作为多维度听觉认知枢纽的重要性。

结论与意义

本研究通过SEM揭示：

1. 1.
   年龄是SIN衰退的主因，但其效应部分独立于听力与认知变量，可能涉及抑制控制、处理速度等未建模因素；
2. 2.
   听觉工作记忆是SIN的关键认知支柱，尤其在语音信号模糊时提供补偿机制；
3. 3.
   CAP整合了声音分离、记忆和时序处理，是PTA与认知因素影响SIN的中介枢纽。

临床层面，结果强调需超越PTA评估，将CAP测试纳入听力障碍诊断体系，为个性化干预（如认知训练或助听器算法优化）提供靶点。理论层面，研究为听觉认知老化模型提供了因果网络证据，发表于《Scientific Reports》的该成果推动了生命科学领域对感觉-认知交互机制的深入理解。