噪声中行走时扩展高频听力与认知-运动协调的关系

《Hearing Research》：Extended High-Frequency Hearing and Cognitive-Motor Coordination During Speech-in-Noise Walking

　　•更好的EHF听力提高了早期噪声中的言语识别能力。
•EHF优势在/s/和/?/擦音中最为显著。
•较差的EHF敏感性增加了步行时的步幅变异性。
•倾听努力部分地将EHF损失与步态不稳定性联系起来。

引言

人类言语感知通常发生在需要同时进行感觉、认知和运动协调的条件下。在日常交流中，听者常常在穿过拥挤街道、在交通环境中导航、保持姿势稳定性或根据环境变化调整运动模式的同时处理言语。因此，在这种条件下的言语感知不仅依赖于听觉解码，还依赖于注意资源在并发的知觉和运动需求之间的分配（O’Keefe et al., 2021; Negrini et al., 2020）。越来越多的证据表明，听觉和运动控制依赖于部分重叠的认知控制系统，特别是在环境不确定性或感觉输入退化增加处理需求的情况下（Wollesen et al., 2019; Lei et al., 2019）。尽管如此，关于细微的听觉变异性如何在同时进行运动和言语感知时影响认知-运动协调，我们知之甚少。

一个可能重要但研究不足的听觉变异性来源是8 kHz以上的扩展高频（EHF）听觉敏感性。尽管健康的年轻人可能听到接近20 kHz的频率（Schnupp et al., 2011），但临床听力评估通常仅评估0.25–8 kHz。尽管越来越多的证据表明言语在更高频率区域内包含具有声学意义的信息（Levy et al., 2015），这一局限性仍然存在。研究日益表明，即使在具有临床正常常规听力图的个体中，EHF敏感性也有助于噪声中的言语感知、定位准确性以及细微频谱对比的检测（Hunter et al., 2020）。重要的是，EHF阈值升高的听者即使在标准听力频率范围内听力正常，也可能经历听力困难（Liberman et al., 2016; Jafari et al., 2022）。

EHF听觉的知觉相关性可能对含有集中高频频谱能量的擦音尤为重要。先前的语音学研究表明，诸如/s/等擦音在8 kHz以上含有较强的声学能量，并提供关于即将出现的元音身份的资讯性协同发音线索。这些线索可能在言语处理的早期阶段促进快速词汇预测（Pycha, 2016）。相比之下，诸如/f/等擦音通常含有较弱的高频频谱能量，因此可能提供较少的依赖于EHF的预测信息（Nataraj et al., 2023）。由于普通话擦音在频谱分布上存在差异，EHF敏感性可能对8 kHz以上能量较强的擦音尤为重要。然而，尽管对EHF听觉和预测性言语感知的兴趣日益增加，大多数先前的研究是在坐姿实验室条件下而非同时运动的情况下检查听者的。同时，双任务研究表明，行走并非完全自动化，而是依赖于持续的认知调节和多感觉整合（Cohen et al., 2016; Takakusaki, 2017）。并发的认知需求可以改变步幅变异性、躯干稳定性、姿势控制和步态自动化，特别是在涉及分心或感觉不确定性的条件下（Ruffieux et al., 2015）。因此，噪声环境中的言语感知可能与运动控制竞争共享的注意和预测资源。这种相互作用非常重要，因为现实世界的交流通常发生在个体穿过诸如教室、公共交通系统或城市街道等声学动态环境时。

听觉认知研究进一步表明，听觉输入退化可以增加言语处理过程中的倾听努力和认知负荷（Peelle, 2018）。增加的倾听努力可能随后减少可用于维持稳定运动的注意资源。先前的研究表明，听力障碍和听觉退化可以影响平衡表现、步态速度和跌倒风险，特别是在老年人中（Foster et al., 2022; Yeo et al., 2025）。然而，大多数先前的研究集中于常规听力损失，而非临床正常听力人群中细微的EHF变异性。因此，尚不清楚EHF敏感性的个体差异是否与并发言语感知时的运动稳定性相关。从听觉角度来看，步态变异性可能因此提供一种生态学上有意义的、与倾听相关的认知-运动干扰的行为标志。听觉输入退化与倾听努力增加相关，而更大的倾听努力又与并发言语处理时较不稳定的运动控制相关，这可能是因为额外的认知资源被分配给解码不确定的听觉信号。EHF敏感性更好的个体可能在噪声中的言语处理过程中经历较少的知觉不确定性，从而保留用于步态调节所需的注意资源。相反，EHF阈值升高的听者可能在双任务交流中表现出更大的认知-运动干扰。

预测处理理论为理解这种关系提供了一个有用的框架。当代预测模型提出，大脑持续生成关于传入感觉输入的预期，以减少不确定性并提高知觉效率（Kirchhoff, 2018; Grossberg, 2020）。在言语感知过程中，听者利用展开的声学信号中包含的预期性协同发音信息，以便在完整语音信息可用之前促进词汇访问（Viswanathan et al., 2014; Luthra et al., 2019）。这种预测机制在嘈杂或退化的倾听条件下可能尤为重要，因为不完整的感觉信息增加了模糊性。

听觉门控范式提供了一种实验控制的方法，用于检查从部分声学输入进行的预测性口语词汇识别。在门控任务中，听者听到逐渐增加的言语片段，并试图在完整语音信息可用之前识别目标词。因此，早期时间门控反映了听者在有限感觉输入条件下利用预测性声学线索的能力。重要的是，由擦音起始携带的协同发音信息可能在词汇预测的最早阶段尤其具有信息量。由于高频频谱能量集中在早期的擦音片段中，EHF敏感性可能与较短门控持续时间（特别是20至80 ms）下的识别准确性最密切相关。相比之下，诸如140 ms的较长门控提供了更多的语音信息，可能减少对精细EHF线索的依赖。新出现的证据还表明，听觉预测和运动调节紧密相连，而非功能独立。知觉和行动越来越被概念化为涉及共享时序、注意和预测机制的综合感觉运动系统（Makino et al., 2016）。在行走过程中，个体持续整合前庭、本体感觉、视觉和听觉信息，以维持动态平衡和环境意识（Roy et al., 2021）。在双任务条件下，听觉不确定性的增加可能因此通过提高认知需求间接影响运动稳定性。尽管先前的双任务研究在行走过程中检查了记忆任务、算术和执行功能需求（Pieruccini-Faria et al., 2019），但作为听觉-运动干扰来源的预测性言语感知受到的关注要少得多。

因此，本研究调查了EHF听觉敏感性是否与并发噪声中行走时的预测性言语识别和运动稳定性相关。通过使用整合了跑步机运动、听觉门控和可穿戴惯性运动感测的实验室双任务范式，该研究考察了EHF敏感性更好的听者是否在嘈杂倾听条件下表现出更有效的口语词汇预测和更低的步态变异性。自然的协同发音普通话擦音起始刺激通过逐渐增加的时间门控呈现，同时参与者在受控的运动条件下行走。同时，记录步态变异性和双任务成本以评估听觉处理过程中的运动稳定性。

基于预测处理和双任务框架，提出了三个假设。

H1：更好的EHF敏感性将与早期门控持续时间下更高的言语识别准确性相关，特别是对于含有较强高频频谱能量的/s/和/?/刺激。

H2：更好的EHF敏感性将与噪声中行走时更低的步态变异性和降低的双任务成本相关。

H3（探索性）：倾听努力将在统计上解释EHF敏感性与步态变异性之间的一部分关联，而不建立因果中介。

通过将听觉心理物理学与认知-运动评估相结合，本研究旨在阐明细微的EHF变异性是否与动态倾听情况下的言语预测和运动表现相关。研究结果可能有助于不断增长的努力，以理解高频听觉敏感性如何与超越常规临床听力测量之外的更广泛的听觉-认知功能相关。

章节片段

参与者

四十八名健康的年轻人（24名女性，24名男性）参与了本研究。参与者年龄范围为20至34岁（M = 25.8，SD = 3.9），均为普通话母语者。为了尽量减少区域语音差异带来的变异性，参与者报告普通话为其日常交流和教育的首要语言。因强烈区域方言干扰而患有严重言语或听力困难的个体被排除。参与者招募自……

EHF听觉敏感性与行走过程中预测性言语识别准确性

广义线性混合效应分析显示，较低的EHF阈值（反映更好的EHF听觉敏感性）与双任务行走过程中更高的言语识别准确性相关。在所有倾听条件下，EHF阈值较低的参与者在背景噪声中正确识别门控言语刺激的概率更高。门控持续时间和擦音类别也显著预测了识别准确性，模型估计概率随着……

讨论

本研究考察了EHF听觉敏感性的个体差异是否预测了噪声中行走时的言语识别和运动稳定性。通过将听觉门控与跑步机运动和可穿戴运动感测相结合，该研究调查了双任务倾听需求下的听觉-认知-运动表现。总体而言，较低的EHF阈值（反映更好的EHF听觉敏感性）与更高的早期门控言语识别准确性、更低的步幅……

局限性与未来方向

在解释本研究结果时，应考虑几个局限性。首先，该研究仅包括具有临床正常常规听力的健康年轻人，限制了对老年人、听力障碍者以及前庭或神经系统疾病患者的可推广性。由于衰老和听力障碍与听觉处理效率降低和步态控制改变相关，听觉-运动相互作用可能在临床……

结论

本研究发现，更好的EHF听觉敏感性在噪声中行走时与更高的早期门控言语识别准确性、更低的步幅变异性和降低的主观倾听需求相关。这些关联在早期擦音起始门控和更不利的倾听条件下最强。将听觉门控与跑步机步态评估相结合，将EHF听觉研究扩展到了坐姿倾听任务之外。然而，横断面……

伦理批准与知情同意

研究方案经参与大学的机构人类研究伦理委员会批准。所有参与者在参与前均获得书面知情同意，所有程序均按照《赫尔辛基宣言》进行。

同意发表

不适用。手稿不包含可识别的个体参与者信息。

如果您的研究没有外部资助，您也可以包括：

资助

本研究未从公共、商业或非营利部门的资助机构获得任何特定资助。

作者角色

李明昂：方法论、正式分析、调查、写作 – 初稿、写作 – 审阅与编辑、监督、项目管理。
张琪琪：数据管理、调查、验证、软件、写作 – 审阅与编辑。
李伟：概念化、数据管理、监督、验证、可视化、写作 – 初稿

未引用参考文献

Bronstein, 2016

伦理声明

已从所有参与者或其法定代表人处获得参与研究和发表文章的书面知情同意。参与者的隐私权已得到遵守。

本研究符合研究开展地相关法律、法规框架和指南。本研究经北京大学批准。（批准号：IRB0000105-14010）

CRediT 作者贡献声明

李明昂：。
张琪琪：。
李伟：写作 – 初稿、可视化、验证、监督、方法学、数据管理、概念化。

李明昂|张琪琪|李伟