阈上听觉功能的多维度表征：22项直接与衍生听觉测听的比较研究

《Trends in Hearing》：Characterizing Suprathreshold Auditory Function: A Comparison of 22 Direct and Derived Auditory Measures

　　

中文摘要翻译： 相当比例的人群具有临床正常听力阈值，但在背景噪声中理解言语存在困难。现有听力模型通过有限的生理和信号处理机制解释这些困难，暗示心理声学测量之间的关系可能反映共享的潜在过程。然而，这些关系很少在同一批受试者中被全面考察。本研究通过线性回归和主成分分析量化了心理声学测量之间的关联。研究人员在52名年龄20至80岁、具有年龄典型性或轻度听力损失（PTA4 < 32.5 dB HL）的志愿者中，在单耳和双耳聆听条件下获取并分析了噪声中言语识别、不同噪声类型中的纯音检测以及响度增长函数。线性回归分析识别出直接心理声学测量——特别是双耳反相纯音检测（N0Sπ）阈值——作为阈上听觉功能的稳健指标。尽管N0Sπ与相应的双耳同相阈值（N0S0）仅呈现中等关联，但其与较差耳噪声中言语识别阈值的关联（r = 0.60）强于相应的500 Hz纯音听阈（r = 0.35），表明该关系并非仅由可听度驱动。探索性主成分分析进一步表明，N0Sπ阈值对与言语识别变异性相关的多个听觉维度均有贡献。相比之下，衍生测量如双耳掩蔽级差或听觉滤波器带宽则表现出较弱且一致性较低的关联。总体而言，结果表明选定的直接心理声学测量可能比衍生测量更能稳健地表征阈上听觉功能。

论文解读文章：

一、研究背景与问题提出

全球约有4.3亿人正经历听力损失，世界卫生组织预计到2050年至少将有7亿人存在听力障碍。然而，这些统计仅涵盖听力阈值超过35 dB HL的人群，因此排除了大量听力阈值正常或接近正常却仍难以在背景噪声中理解言语的个体。此类困难在存在竞争声源的环境中尤为突出。文献中相关的、部分重叠的术语包括King-Kopetzky综合征、隐匿性听觉功能障碍、听觉处理障碍以及隐匿性听力损失等概念，但这些术语在范围和诊断标准上存在差异，且在不同研究中使用不一致。

Plomp提出的双参数模型将听力困难分解为衰减分量（A分量）和失真分量（D分量），其中A分量反映由听力阈值升高引起的可听度下降，D分量代表即使在言语可听时仍损害言语理解的阈上失真。该模型的关键局限在于缺乏对D分量背后生理机制的清晰理论解释。功率谱模型则从听觉滤波器角度分析噪声中纯音检测阈值，但假设固定线性滤波器不随刺激或声级变化，这一假设在耳蜗机制中显然不成立。双耳听觉研究方面，Bernstein和Trahiotis等人反复发现听力阈值与双耳异相纯音检测阈值之间存在关联，提示双耳检测阈值可能作为耳蜗突触病的潜在心理物理学生物标志物。

现有文献中存在明显矛盾：一些研究认为滤波器带宽与噪声中言语识别相关，另一些则认为不相关；部分研究报告不同频率测量之间的关联，而相同频率的测量之间相关性却较弱或缺失。近年来的数据驱动研究如Sanchez-Lopez等人采用主成分分析和聚类技术构建听觉画像，Johannesen等人则证明言语识别表现无法仅由听力阈值解释，而是源于多种机制的共同影响。基于此，本研究旨在通过在同一批受试者中系统收集三大类心理声学数据，探讨不同测量之间的关系，识别对言语识别预测最具信息量的测量指标，并检验双耳表现是否可由单耳处理精度解释。

二、研究设计与方法概述

研究招募了53名年龄20至80岁的参与者，其中1名因低频听力损失显著异常被排除，最终核心样本为52名参与者。所有参与者均为德语母语者，无助听器使用经验，四频率纯音平均听阈（0.5、1、2和4 kHz，PTA4）低于32.5 dB HL。研究采用三项主要实验范式：使用Oldenburg句子测试测量单耳和双耳条件下的50%言语识别阈值；采用三间隔三选一自适应方法测量500 Hz和2 kHz纯音在宽带噪声和缺口噪声中的检测阈值，以及500 Hz的双耳同相（N0S0）和双耳反相（N0Sπ）条件；通过自适应响度缩放程序获取响度增长函数参数。心理测量函数拟合采用基于信号检测理论的d′模型，并使用bootstrap方法估计置信区间。数据分析采用线性回归、Pearson相关分析和探索性主成分分析，同时报告相关系数、绝对均方根误差和相对均方根误差三种指标。

三、研究结果

（一）描述性统计

样本覆盖20至80岁的广泛年龄范围，但呈现两个年龄聚集簇，分别约在30岁和65岁。听力阈值总体处于正常至轻度听力损失范围，PTA4均低于32.5 dB HL的纳入标准。单耳言语识别阈值集中在约-6 dB信噪比，双耳条件略优，与正常听力OLSA参考值一致。言语刺激的感觉级范围为32.75至68.5 dB，中位数为57.25 dB，表明言语刺激始终在明显阈上条件下呈现。噪声中纯音检测阈值呈现预期模式：宽带噪声条件阈值高于缺口噪声条件，N0Sπ阈值明显低于N0S0阈值，双耳掩蔽级差约为10至15 dB。估计的滤波器带宽在500 Hz处离散度大于2 kHz处，滤波器输出信噪比集中在约-2 dB。

（二）重测信度

宽带噪声条件（无缺口、无双耳线索）的重测相关性中等，而缺口噪声和N0Sπ条件呈现高相关性。缺口噪声条件的均方根误差较大（2.24 dB和2.92 dB）反映的是阈值分布更宽而非绝对测量精度较差。N0Sπ和N0S0的均方根误差几乎相同（1.67 dB对比1.72 dB）。所有回归斜率均浅于单位斜率，符合重测回归中斜率作为信度系数下限估计的预期。缺口噪声和N0Sπ条件的高信度表明涉及这些测量的相关性较少受测量噪声限制。

（三）直接与衍生测量的相关分析

相关矩阵揭示了几组清晰的相关结构。所有噪声中纯音检测阈值和听力阈值在测试频率相同时呈现高相关。N0S0与对应的单耳宽带噪声阈值相关性（r = 0.64）低于预期，但两个测量本身的重测信度也仅为中等。N0S0与BMLD之间缺乏显著相关（r = -0.19），这既可能源于随机测量误差对两个测量的相反影响，也可能表明BMLD成功分离了一个与单耳或双耳同相维度相对独立的双耳维度。衍生测量fSNR除与其来源的两个测量外，与其他大多数测量的相关性均不强。言语识别测量SRT_m和SRT_b之间相关性较高（r = 0.67）。响度测量之间呈现预期关联，但自我调节的中等响度水平与拟合的中等响度水平之间无相关。不同实验范式之间的相关性总体温和，最强例外是N0Sπ与较差耳单耳SRT之间的r = 0.60。年龄与多个测量相关，最强关联为年龄与PTA4_m（r = 0.65）。响度测量与其他测量之间未发现强相关，表明响度感知代表 largely 独立的听觉处理维度，因此被排除在后续分析之外。

（四）数据集的多变量结构

探索性主成分分析纳入46个变量，平行分析建议五分量解，旋转前占总方差79.1%。经Promax斜交旋转后，PC1主要由低频缺口噪声纯音检测、低频听力阈值、N0Sπ和BMLD表征，解释为低频复杂噪声中听觉敏感性与滤波器特性；PC2明确代表响度相关测量；PC3主要与宽带噪声条件和fSNR相关；PC4反映1至2 kHz的中频听觉滤波器特性；PC5由3 kHz以上高频听力阈值主导。将分量得分与较差耳SRT相关时，PC5相关性最强（r = 0.62），PC1（r = 0.51）、PC4（r = 0.43）和PC3（r = -0.42）也显著，响度分量PC2无显著关联。多元回归中仅PC5保持独立显著关联。研究未发现可直接解释为Plomp D分量的单一主成分，而是识别出多个部分独立的听觉功能维度。

（五）直接与衍生测量的比较

500 Hz单耳测量子集分析显示，听力阈值与Tbn_500m（r = 0.48）、Tnn_500m（r = 0.70）和bw_500m（r = 0.64）均显著相关。Tnn与听力阈值的相关性高于Tbn，可能因为宽带噪声检测可利用额外的时间包络线索，且Tbn的重测信度较低限制了最大可观察相关。HL_500m与fSNR_500m仅呈中等相关（r = 0.10），与Glasberg等人报告的r = 0.18一致。fSNR描述听觉滤波器之后的检测过程效率，而听力阈值受耳蜗内外毛细胞影响。Glasberg和Moore曾警告经典功率谱模型可能系统性高估正常听力者的宽带噪声检测阈值，导致fSNR估计膨胀。Leong等人则提出宽带噪声检测可能同时依赖能量和时间包络线索，造成线索模糊性。

（六）双耳掩蔽级差与双耳异相检测

N0Sπ与较差耳SRT_m的相关性（r = 0.60）强于500 Hz听力阈值与SRT_m的相关性（r = 0.35），表明该关系并非仅由可听度驱动。N0Sπ与年龄（r = 0.59）和PTA4_m（r = 0.53）也显著相关。BMLD与SRT_m的相关性较弱（r = 0.33），且BMLD的重测信度较低。N0Sπ的高重测信度（r = 0.90）和与言语识别的较强关联表明其可能作为表征阈上听觉功能的有效指标。研究未发现4 kHz听力阈值与N0Sπ之间存在与Bernstein和Trahiotis报告一致的相关性，也未观察到左右耳PTA4不对称性与噪声中测量不对称性之间的系统关联。

四、讨论与结论

研究结果支持听力损伤本质上多维度的观点。直接心理声学测量，特别是N0Sπ阈值，比衍生测量如BMLD或滤波器带宽更能稳健地表征阈上听觉功能。N0Sπ与言语识别之间的较强关联可能反映其同时涉及外周编码精度和双耳比较机制，使其成为整合多个功能维度的敏感指标。衍生测量由于数学上源自直接测量，继承测量误差，且减法运算可能放大随机误差，因此相关性较弱且一致性较低。PCA识别的多个部分独立分量与Sanchez-Lopez等人的听觉画像框架和Kollmeier的四参数听力损伤描述兼容。研究结论表明，选定的直接心理声学测量可能为阈上听觉功能提供比衍生测量更稳健的表征，为开发将生理缺陷与心理声学表现模式关联的模型提供了经验基础。