噪声掩蔽如何影响听觉系统对间隙的失匹配负波反应?—— 解析言语感知难题的关键研究

【字体: 时间:2025年04月23日 来源:Brain Research 2.7

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  在嘈杂环境中言语感知困难备受关注。研究人员开展 “掩蔽对间隙失匹配负波(MMN)反应影响” 的研究。结果显示,低强度掩蔽影响小,高强度掩蔽使间隙检测困难,DRN-P2 幅值变化异常。这为理解听觉系统在噪声中的处理机制提供依据。

  在日常生活中,人们常常会遇到在嘈杂环境中听不清别人说话的情况。比如在热闹的餐厅里,周围的喧闹声会干扰人们对交谈内容的理解。这种在噪声背景下言语感知的困难,一直是困扰研究人员的难题。而检测语音中的间隙(gap)能力,对言语在噪声中的辨别至关重要。以往研究发现,间隙能帮助区分单词和音素序列,影响语义理解,但噪声会干扰间隙检测,进而影响言语理解。
传统测量时间分辨率(temporal resolution)常采用行为学技术,要求受试者长时间保持注意力,这容易受感知和认知偏差影响,且对儿童、婴儿及有精神心理障碍的人群并不适用。于是,许多实验室开始记录事件相关电位(ERP),其中失匹配负波(MMN)备受关注。MMN 常由 “oddball 范式” 引发,在该范式中,频繁出现的 “标准” 刺激和偶尔出现特征改变的 “偏差” 刺激能引发 MMN ,它相对独立于注意力和任务需求,可在受试者进行其他任务时被动记录。不过,在间隙研究中,间隙引发的负波并非单纯的 MMN,而是 N1 和 MMN 叠加形成的偏差相关负波(DRN)。

此前的研究存在一些局限性,例如研究的间隙时长单一,且未充分探讨不同程度噪声掩蔽对间隙检测的影响。为了深入了解在各种噪声条件下,中枢听觉系统对无声间隙的处理机制,来自国外的研究人员开展了相关研究。他们的研究成果发表在《Brain Research》上,这一研究对揭示听觉系统在噪声环境中的工作机制具有重要意义。

研究人员采用了多种关键技术方法。首先,招募了 14 名听力正常的成年受试者,通过标准听力测试确保其听力正常。然后,运用 Audacity? 软件构建听觉刺激,采用多偏差范式呈现刺激,该范式可同时呈现不同间隙时长的偏差刺激,提高研究效率。在实验过程中,记录受试者的 ERP,并使用 Brainstorm 模块在 Matlab R2022b 中进行离线分析,去除眼动等伪迹。此外,还进行行为测试,采用非自适应 2 - 替代强制选择程序确定间隙检测阈值。

下面来看具体的研究结果:

  • 神经生理学数据
    • 标准 ERP:通过单因素方差分析(ANOVA)发现,掩蔽对标准 ERP 的 N1 偏转有显著影响,高掩蔽条件下 N1 幅值显著降低。
    • 偏差 - 标准差异波形:在无掩蔽和低掩蔽条件下,2ms 及更大间隙能引发显著的 DRN,高掩蔽条件下则无显著 DRN。
    • 基线 - 峰值、DRN 和 P3a 幅值:间隙时长和掩蔽强度对 DRN 幅值有显著主效应,高掩蔽使 DRN 幅值降低;后续的 P2/P3a 在长间隙时出现,间隙时长对其幅值有显著影响,但掩蔽强度影响不显著。

  • 峰 - 峰幅值:采用峰 - 峰评分法替代基线 - 峰值测量,结果显示间隙时长和掩蔽条件对峰 - 峰幅值(DRN - P2/P3a)有显著主效应,高掩蔽条件下峰 - 峰幅值显著低于无掩蔽和低掩蔽条件。
  • 行为学数据:行为学测试表明,间隙时长和掩蔽强度对检测准确性有显著影响,高掩蔽条件下 5ms 间隙的检测准确性显著降低,10ms 及更长间隙的检测准确性不受掩蔽强度影响。
  • 相关性:感知敏感性的 d’值与峰 - 峰间隙 ERP 幅值在所有条件下均显著相关。

综合研究结果和讨论部分,该研究表明,间隙在噪声中可引发 DRN 到 P3a 峰值间幅值的变化。低强度掩蔽对间隙检测的行为阈值和峰 - 峰幅值影响较小,而高强度掩蔽会降低间隙检测性能,使峰 - 峰测量无法可靠编码信号的时间特征。这一研究结果有助于理解听觉系统在噪声环境中的处理机制,为改善嘈杂环境下的言语感知提供了理论依据。不过,目前尚不清楚幅值变化是中枢听觉系统编码时间分辨率能力下降的表现,还是受方法学限制所致。未来,针对已知时间处理困难的人群开展进一步研究,将有助于更深入地揭示这一问题。

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