感音神经性耳聋的事件相关电位研究

2008-12-29　来源: 中国听力语言康复科学杂志

事件相关电位(event related potentials,ERP)是一项无损伤的评价脑认知功能的手段，其电位变化是与身体或心理活动存在时间相关的脑电活动，通过平均叠加的算法从脑电图( electroencepalography，EEG)中分离出来，最后通过放在头皮表面的电极获得这些脑电活动。即一次刺激(事件)诱发的ERP的波幅约2一10uV，比自发电位(EEG)小得多，淹没在EEG中，两者构成低信号与大噪音的关系，无法对其进行测量，但如果对患者进行多次重复刺激，每次刺激均能产生含有ERP的EEG，由于作为ERP背景的EEG波形与刺激无固定的关系，而其中所含之ERP波形在每次刺激后却是相同的，且ERP波形与刺激的时间间隔(潜伏期)是固定的，所有刺激所获得的数据叠加后，田户波幅与叠加次数成比例地增大，然后通过平均，就可将ERP从EEG中提取出来。由于ERP可准确地反映认知过程中大脑皮层神经元的电生理变化，因此ERP已被广泛用于认知科学领域的研究[1]。

重度或极重度感音神经性耳聋患者的听觉输入较少或根本就没有听觉输入，由此导致听中枢发生了可塑性改变，虽然目前还没有公认的结论，但很多文献报道了听中枢结构和功能及其与枕叶、额叶等脑皮层的联系发生了重组改变，这些改变对干患者的预后以及康复策略的实施会产生重要的影响[2-10]，因此，深入研究重度感音神经性耳聋患者脑皮层的可塑性和重组改变具有非常重要的意义。不少文献报道了感音神经性耳聋患者听中枢结构改变的情况，由于结构改变并不十分明显，所以结果存在争议人，们纷纷将重点集中干研究听皮质功能并获得了不少令人振奋的结果。目前，研究感音神经性耳聋听皮质功能的方法主要有正电子发射断层显像(positron emission tomography,PET)、脑磁图( magnetoencephal ography , MEG)、功能磁共振{functionalmagnetic resonance imaging,fMRl)、ERP、信号传导和电极插入到皮层直接测量等。PET结果可靠，但时间和空间分辨率较差且有放射性损害；MEG时间分辨率较高，但空间分辨率不高且对检测场地要求高，fMRI空间分辨率高，但时间分辨率相对较差；信号传导和电极插入到皮层直接测量的方法为有创性方法，一般只用于动物实验；虽然像其他电生理检测方法一样，ERP也容易受外界的干扰，但其时间分辨率高，测试时间短，实施刺激容易。

1 感音神经性耳聋患者听皮质的ERP表现

采用不同任务刺激的ERP可全面客观地评价脑的听觉认知功能。不同程度的感音神经性耳聋患者的听皮质ERP表现不同，而且相同程度的感音神经性耳聋患者戴助听器和不戴助听器的ERP表现也不同[11]。感音神经性耳聋的程度与ERP表现具有相关性，耳聋的程度越重，ERP的波幅越低，潜伏期越长。Polen[12}等人发现，与听力正常受试者相比，中到重度感音神经性耳聋患者N200(N2)波幅下降以及N100(N1)、N2和P300 ( P3)潜伏期延长。Oates[11]等人系统研究了感音神经性耳聋患者对65和80 dB的言语刺激/ba/和/da/所引发的N1，失匹配负波(mismatch negativity，MMN)、N2和P3以及其相关行为测试结果的影响，结果表明耳聋患者的ERP波幅和行为分辨力评分都明显低于正常人，感音神经性耳聋患者ERP的晚期成分(N2、 P3)强度和潜伏期的变化明显大于早期成分(N1、MMN)，而且作为早期听觉敏感度降低的指标，潜伏期比强度更为敏感，感音神经性耳聋对高位中枢的影晌远大于对低位中枢的影响。Korczak[13]等人的研究结果显示，配戴助听器的患者ERP的检出率明显提高，对于重度感音神经性聋患者尤其明显，当刺激强度为65 dB时，戴助听器患者的ERP平均幅度普遍高于不戴助听器患者的平均幅度，而当刺激强度为80 dB时，戴助听器患者的ERP表现只有N1幅度高干不戴助听器患者。与不戴助听器患者相比，虽然所有配戴助听器患者的ERP都表现为波幅增高和潜伏期缩短，但个体之间的差异比较大。与听力正常人相比，感音神经性耳聋不论戴不戴助听器，其ERP潜伏期都延长。近来研究人员通过对正常人进行掩蔽后采用言语刺激/ba,da/研究了听觉清晰度下降对ERP(N1, MMN、N3和P3)的影响，结果发现低通噪声的截断频率增高，ERP波形潜伏期延长，波幅下降[14]。综上所述，感音神经性耳聋患者的主要ERP表现是耳聋的程度越重，ERP的波幅越低，潜伏期越长。

然而，由于ERP是一种皮层诱发电位，如何提高感音神经性耳聋患者的ERP检查的灵敏性、特异性和准确率仍是目前面对的挑战，通过参数的优化、刺激方式的改进、采取相关的措施减少或避免外界囚素对于测试的干扰、数据分析方法的改进等有望实现这些目的。在进行ERP测试之前，尽可能告知受试者测试的内容以及方法，让受试者充分配合，这样可以使田尸测试更准确；提高标准刺激与差异荆激的比率可增加ERP的检出率；增加电极的数量，使用64导或128导的电极帽可以提高ERP的空间分辨率；采用独立分量分析的方法(independent component analysis,ICA)可提高ERP的信噪比，更准确地将ERP的各个成分从EEG中提取出来。

2 ERP在研究感音神经性耳聋听皮质可塑性变化中的作用

研究表明，听皮质存在可塑性。由于重度感音神经性耳聋患者长期缺乏充分的声音刺激，因此导致听皮质功能下降。耳聋动物模型研究证实，感音神经性耳聋的初级听皮质神经元活动减低，突触电流和局部电位形态都发生了改变或/和出现时间延迟。结果是听皮质的功能发生明显缺陷，此时其它感觉刺激将激活听皮质，形成跨通道重组，详见后面叙述。如果早期给予听觉刺激进行干预，重新恢复听觉通路，听皮质能够恢复正常。但听皮质的可塑性随着年龄增长而逐步下降，听皮质的可塑性存在一个敏感期，进一步的动物模型研究和临床结果已表明，采用人工耳蜗刺激动物模型或植入人工耳蜗越早，恢复效果越好。

2.1听皮质可塑性的动物模型研究

耳聋猫模型研究结果证实猫听皮质的可塑性敏感期在出生后第二至第六个月[8]。 Kral[15]等人给不同年龄的幼猫植入人工耳蜗,电刺激2--5.5个月，然后测量皮层电位，与无听觉刺激的耳聋猫和听力正常猫相比,接受长期刺激的猫的听皮质电位的产生区域较大，但如果在5--- 6个月才植入耳蜗，则听皮质激活电位的产生区域会大大缩小。Klinke[16]等人同时采用ERP和功能磁共振研究耳聋猫模型在不同时期植入耳蜗后听皮质的恢复效果，结果显示在听皮质可塑性的敏感期(小于6个月)植入耳蜗的耳聋猫模型的听皮质功能就会恢复正常。综上所述，幼猫比成年猫听皮质有更大的可塑性，而且听皮质的可塑性有一个敏感期。

2.2人听皮质可塑性及敏感期

与动物模型相似，人的听皮质同样也存在可塑性，并且听皮质的可塑性在听觉发育阶段存在敏感期。Sharma[6]等人对12个在3.5岁前单侧植入人工耳蜗和8个在7岁后单侧植人人工耳蜗儿童以及两个双侧植入人工耳蜗儿童的皮层电位进行了研究。结果显示，3.5岁前植入耳蜗和7岁后植入耳蜗的儿童的皮层电位形态和Pi的潜伏期明显不同，在3.5岁前单侧植入人工耳蜗和一个双侧植入人工耳蜗的儿童(年龄3.5岁)的皮层电位的形态和P100(P1)的潜伏期接近正常，而7岁后植入人工耳蜗的儿童的皮层电位仍有明显的形态异常，P1潜伏期下降并延迟。有趣的是，对于另一个双侧植入人工耳蜗的儿童(一侧3.5岁前植入，一侧7岁后植入)，其在3.5岁前植入的人工耳蜗引发的皮层电位与在3.5岁前单侧植入人工耳蜗的儿童相似，但其在7岁后植入的人工耳蜗引发的皮层电位却与在7岁后单侧植入人工耳蜗的儿童相似。2006年Sharma[9]等人通过检测皮层诱发电位进一步研究了听皮质的可塑性变化，发现人的听皮质的最大可塑性阶段为3.5岁以内，如果在这一时期给予听觉刺激，皮层诱发电位的潜伏期可以在3一6个月内达到正常水平，但如果植入人工耳蜗的时间错过了敏感期，获得言语感知和语言学习的能力就会相当困难。

1.3听皮质的跨通道重组

人和动物模型的行为学、脑电图和影像学数据显示，当患者的听觉被剥夺后，其它感觉刺激比如视觉和触觉等刺激也能够激活听皮质，这种现象称为跨通道重组。既然听觉被剥夺后必然会发生跨通道重组，那么跨通道重组的作用以及与人工耳蜗植入后效果好坏的关系如何？目前有足够的证据表明跨通道重组对重度耳聋患者能够利用手语进行沟通交流以及改善患者的生活质量发挥了重要作用，如果没有跨通道重组患者就无法利用手语进行沟通交流。虽然如此，但跨通道重组却可能明显影响人工耳蜗植入后听觉恢复的效果。研究表明，一旦耳聋患者的听皮质发生了跨通道重组，就不会对以后人工耳蜗传入的信号发生反应。 Lee[17]等人证实，当语前聋患儿听觉皮层的代谢活动由于跨通道重组的作用得到恢复时，听觉皮层就不再对来自后来植入人工耳蜗的信号产生反应。为了进一步探究这个现象，Doucet[18]等人比较了人工耳蜗植入患者和听力正常对照组的视觉诱发电位，所有患者的人工耳蜗植入时间都大于1年，但进行了言语训练后听力表现的水平却不相同，招个患者中有7个言语认知能力较，好其余6个则较差，所有患者的诱发电位波形幅度都很大，而两组的头皮区域却不同，言语认知能力好的患者比言语认知能力差的患者P200(P2)的波幅要高。这说明言语认知能力差的患者听皮质发生了深度跨通道重组现象，而言语认知能力好的患者只发生听皮质内部的重组，视听偶联在其中发挥了重要作用，因此，视听偶联的情况有望作为术前预测人工耳蜗植入后患者言语识别功能好坏的一个重要指标，但这方面结果太少，需要进一步研究。而且，目前还没有重度感音神经性耳聋患者在手语等视觉刺激或触觉等刺激情况下人脑皮层ERP表现的研究报道，虽然fMRI和PET有了一些初步结果[19-22]，但这些方法时间分辨率低，不能全面评估跨通道重组，因此，为了全面评价听皮质对视觉或触觉等刺激产生的反应情况，具有高时间分辨率的ERP可作为一个评价手段，与fMRI和PET结果互补。

3 ERP在人工耳蜗植入术前评估与效果预测及术后康复效果评估方面的作用

重度感音神经性耳聋儿童进行人工耳蜗植入(cochlear implant,Cl)越早，恢复效果越好。但年龄越小，准确的术前和术后评估就越困难。目前用来评价人工耳蜗植入效果的方法主要靠行为学方法，然而行为学方法需要患者充分配合，而低龄儿童不能很好地配合，很难准确地评估。因此，需要一种在术前和术后具有可比性的客观方法对人工耳蜗植入术前及术后听皮质的情况进行比较评估。虽然fMRI能较好地评沽术前听皮质的情况，但前面已论述fMRI的时间分辨率不够，而且更重要的是绝大多数人工耳蜗植入患者体内后不能再行fMRI检查，术前和术后听皮质的情况就无法直接对比。而具有高时间分辨率的ERP不仅能在术前和术后任何时期对听皮质的情况进行检查评估对比，而且也能用于年龄较小的患儿的听皮质评估。所以，ERP已越来越多地用于术前和术后听皮质评估。Singh[23]等人将CI术后患者听力行为分级评分(categories of auditory perfomence , CAP)和语言理解能力分级评分(speech intelligibility rating,SIR)与ERP表现进行相关性分析后发现，CI术后康复效果好的患者P3幅值增大，P3和N2平均潜伏期明显缩短，80%一85%CI术后康复效果好的患者可记录到MMN，而CI术后康复效果差的患者只有15%一20%可记录到MMN，因此MMN是用于评估CI术后听皮质功能的重要指标，为鉴别术后效果好坏提供了客观的评估依据。Roman[24]等人利用MMN研究人工耳蜗植入患者对短纯音的辨别能力，结果显示MMN可客观评价人工耳蜗植入患者的听皮质可塑性的敏感期。Singh等人[25]进一步研究了35例人工耳蜗植入后康复效果差的患儿ERP表现与两年后康复效果的关系，CI术后康复效果好的患者中80%可记录到MMN，而C一术后康复效果差的患儿只有20%检测到MMN，两年后在能够检测到MMN的康复效果差的患者中有50%康复效果变好，而未记录到MMN的康复效果差的患者中只有25%康复效果变好。以上结果表明ERP可以用来评估植入人工耳蜗后的听皮层的功能状态，而且有望成为预测术后一段时间康复效果好坏的客观指标。

4小结

ERP具有客观、无创、简便和快速等特点，可对所有患者包括听力行为测试困难的或言语理解能力测试不配合的儿童提供客观的评估依据，不仅能在CI术前评估听皮质功能状况预测CI术后康复效果，而且能对CI术前与术后听皮质情况进行比较分析，跟踪随访CI术后的康复效果以及预测CI术后的远期效果。但是，目前ERP研究的样本量相对较小，本身也有一些限制，需要与fMRI等结合进行检测，进一步研究ERP在感音神经性耳聋中的作用。

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