宽带引发剂持续时间对瞬态耳声发射及心理声学增益减少测量的影响：揭示人类内侧橄榄耳蜗反射的快速时间动力学

《JARO-JOURNAL OF THE ASSOCIATION FOR RESEARCH IN OTOLARYNGOLOGY》：The Effects of Broadband Elicitor Duration on Transient-Evoked Otoacoustic Emissions and a Psychoacoustic Measure of Gain Reduction

　　本研究针对以往MOCR（内侧橄榄耳蜗反射）研究中普遍使用长时程（>100 ms）或连续宽带引发剂，而其对听觉感知的影响及与OAE（耳声发射）测量间关系不明的问题，研究人员通过采用同侧宽带噪声引发剂，结合前向掩蔽心理声学范式和TEOAE（瞬态诱发耳声发射）测量，系统评估了引发剂持续时间（50-800 ms）对2 kHz信号阈值变化和TEOAE水平变化的影响。结果表明，心理声学和TEOAE测量的增益减少平均时间常数均较短（<100 ms），最大效应在200 ms内达到，支持MOCR在快速时间尺度上调节耳蜗增益的假说。然而，个体水平上两种测量结果相关性复杂，提示需多方法联合探究MOCR机制。该研究为听觉辅助设备算法优化和听觉模型构建提供了关键时间参数。

　　

人类听觉系统拥有约100分贝的惊人动态范围，从最微弱的可听声到耐受极限，这种宽广的感知能力离不开其内在的精细调节机制。在日常嘈杂环境中，比如喧闹的餐厅或繁忙的街道，我们依然能专注于特定的对话声音，这背后很可能有一个名为“内侧橄榄耳蜗反射（MOCR）”的神经回路在默默工作。MOCR是一个起源于脑干、最终投射到耳蜗外层毛细胞的反馈环路，其激活能够以频率特异性的方式降低耳蜗增益，从而调整听觉神经的动态范围，被认为有助于在噪声中增强对目标信号（如语音）的检测。然而，长期以来，研究者们为了最大程度地诱发MOCR效应，在心理声学和行为实验中习惯性地使用持续时间很长（超过100毫秒）甚至连续呈现的宽带噪声作为引发剂，这种做法的依据主要来自耳声发射（OAE）研究中对MOCR时间常数的观察。但一个关键问题随之而来：宽带引发剂的持续时间本身如何影响我们感知声音的方式？此外，尽管心理声学指标和OAE指标都被用来评估MOCR介导的增益减少，但文献中关于两者关系的报告却充满矛盾，这与它们理应反映同一机制的理论预期相悖。如果它们确实共享同一机制，那么随着引发剂特性的变化（如持续时间），两者的反应模式应该表现出某种一致性。为了澄清这些疑问，发表在《JARO-JOURNAL OF THE ASSOCIATION FOR RESEARCH IN OTOLARYNGOLOGY》上的这项研究，精心设计实验，首次在同一个体上系统性地比较了宽带引发剂持续时间对心理声学增益减少测量和TEOAE的影响。

本研究主要采用了两种关键技术方法：一是前向掩蔽心理声学范式，通过测量在有无同侧宽带噪声引发剂条件下，2 kHz短纯音信号在离频掩蔽或无掩蔽时的阈值变化来量化增益减少；二是瞬态诱发耳声发射（TEOAE）记录，使用54 dB peFPL的点击声作为探针，测量在同侧宽带噪声引发剂前后，以2 kHz为中心的1/3倍频程频带内TEOAE幅度和相位（通过矢量减法计算△TEOAE_m+p）的变化。所有受试者（N=19）均为听力正常的成年人，并经过严格的中耳功能和外耳道校准检查，以确保结果不受中耳肌反射（MEMR）或设备因素干扰。

实验1：心理声学增益减少随宽带引发剂持续时间的变化

方法： 受试者完成一项三间隔强迫选择（3IFC）任务，检测2 kHz的短纯音信号。引发剂为50 dB SPL的粉红噪声，持续时间从50 ms到800 ms。增益减少通过两种方式估算：1) “掩蔽声存在”条件：比较有/无引发剂时，信号在固定强度的离频（1.2 kHz）掩蔽声下的阈值差（反映增益减少）；2) “掩蔽声缺失”条件：比较有/无引发剂（且引发剂偏移与信号起始间隔20 ms）时，信号在安静环境下的阈值差。通过拟合指数函数Y(t) = Y_max(1 - e^-t/τ)来估计时间常数（τ），其中t为引发剂起始到信号起始的总时间（△t^PSY_on/on）减去MOCR的20 ms起始延迟。

结果： 平均信号阈值偏移显示，离频掩蔽条件和无掩蔽条件均观察到显著的增益减少效应（阈值升高约4-9 dB），且效应量随引发剂持续时间增加而增大，而在线性整合模型预测下应无差异的掩蔽条件效应量则显著较小。时间常数分析表明，离频掩蔽条件的平均τ为62.78 ± 6.62 ms，无掩蔽条件为61.72 ± 6.79 ms，两者无显著差异。增益减少的累积在引发剂激活后约200 ms内达到或接近最大水平。个体数据存在一定变异性，部分受试者表现出阈值偏移随引发剂持续时间振荡的现象。

实验2：OAE MOCR效应随宽带引发剂持续时间的变化

方法： 在同一声学探系统上记录TEOAE。引发剂为50 dB FPL的粉红噪声，持续时间分别为50、100、200、400 ms，引发剂偏移与点击声探针起始间隔5 ms。分析在2 kHz为中心的1/3倍频程频带内，引发剂引起的TEOAE幅度变化（△TEOAE_m）以及同时考虑幅度和相位的变化（△TEOAE_m+p）。同样使用指数函数拟合时间常数，其中t为引发剂起始到点击声起始的总时间（△t^OAE_on/on）减去20 ms起始延迟。

结果： 引发剂导致TEOAE幅度减小（△TEOAE_m平均效应小于1 dB）和相位变化。当仅考虑幅度时，平均时间常数τ为96.86 ± 23.24 ms。当同时考虑幅度和相位（△TEOAE_m+p）时，平均时间常数τ显著缩短至52.80 ± 14.29 ms，且效应量增大至约1-1.5 dB。△TEOAE_m+p的累积同样在约200 ms内达到近最大水平。

m和△TEOAE_m+p的拟合曲线'>

生理与心理声学增益减少测量的比较

研究人员进一步直接比较了个体受试者在心理声学和TEOAE测量上的表现。比较分为两组：1) △TEOAE_m与“掩蔽声存在”（离频掩蔽）条件下的阈值偏移；2) △TEOAE_m+p与“掩蔽声缺失”条件下的阈值偏移。使用线性混合效应模型（LMM）分析 magnitude 效应随引发剂持续时间的关系，并对个体时间常数进行相关性分析。

结果： 比较1显示，△TEOAE_m的 magnitude 不能预测离频掩蔽条件下的阈值偏移，两者无显著相关性。然而，两者的时间常数（τ）却呈现出显著的正相关关系（R2 = 61.3%, p < 0.05）。比较2显示，△TEOAE_m+p的 magnitude 与无掩蔽条件下的阈值偏移存在显著的负相关关系，且这种关系随引发剂持续时间变化（显著的交互效应）。但出乎意料的是，两者的时间常数之间却没有发现显著相关性。这些结果呈现出复杂且混合的模式，表明尽管群体平均时间常数相似，但在个体水平上，TEOAE反应并不能稳定地预测心理声学反应。

结论与讨论

本研究的核心结论是：当使用同侧宽带引发剂时，人类MOCR介导的耳蜗增益减少在相对较短的时间尺度（<100 ms）上即可发生作用，其效应在引发剂激活后约200 ms内达到或接近最大。这一发现更新了以往基于OAE研究（常报告有慢至数十秒的时间常数）而形成的、倾向于使用长时程引发剂的传统观念，表明在涉及快速听觉感知调整的场景中，较短持续时间的引发剂可能已足够有效。群体水平上，心理声学测量和TEOAE测量（尤其是考虑相位时）得出的时间常数非常接近，这支持了它们共同反映MOCR快速激活成分的观点。然而，个体水平的直接比较却揭示了不一致的相关性：TEOAE幅度变化与心理声学阈值偏移无显著关联，而TEOAE幅度和相位联合变化虽与心理声学阈值偏移有统计显著关系，却是负相关；在时间常数上，一种比较组合（△TEOAE_m vs. 掩蔽声存在）显示正相关，另一种组合（△TEOAE_m+p vs. 掩蔽声缺失）则无相关。这种复杂性提示，尽管两种测量都指向MOCR增益减少，但它们可能捕获了该机制不同方面或受到不同变异源的影响，例如OAE相位变化的生理意义尚不明确、个体耳蜗微结构差异、认知注意因素在行为任务中的影响，以及两种测量本身不同的信噪比和敏感度等。

这项研究的意义在于，它强调了在评估MOCR功能时考虑时间动力学的重要性，并为未来研究提供了更接近自然听觉场景（声音通常短暂且快速变化）的时间参数。研究结果对开发仿生助听器和人工耳蜗算法具有直接参考价值，提示算法中的增益调整模块可以基于更快的时程来优化在噪声环境下的言语识别。此外，研究设计的改进（如使用同侧引发剂、较大的样本量、平行的实验范式）为未来更精确地探究MOCR在听觉感知中的作用树立了标杆。未来的研究需要整合心理声学、生理学、神经记录和计算建模等多种方法，并结合听力受损人群的测试，才能最终厘清MOCR增益减少的完整机制及其在真实世界听觉中的关键作用。