天津大学神经工程团队探索脑电技术为听觉康 [复制链接]

近日，天津大学神经工程团队联合国家儿童医学中心、首都医科医院听力学团队发表研究成果，探讨如何利用脑电技术提供客观有效的人工耳蜗植入儿童听觉康复评估方法，设计了适合于低龄儿童的实验范式，为脑机接口在儿童听觉康复方面的应用奠定了基础，有助于为人工耳蜗调试和听觉言语康复训练提供更准确的参考依据。

该项研究成果以题为《Objectiveelectroencephalography-basedassessmentforauditoryrehabilitationofpediatriccochlearimplantusers》发表于《HearingResearch》，该刊物是国际听力领域最具权威及影响力的专业学术期刊之一，属于SJR、JCR一区，中科院SCI期刊听力学与言语病理学、耳鼻喉科学一区。研究团队将在现有成果基础上进一步开展长周期康复评估及规模性临床应用。

近二十多年来，人工耳蜗（CochlearImplant,CI）技术得到了迅速的发展和广泛的临床应用，已成为当前运用最为成功的和广泛的神经工程成果之一。CI通过促进听觉感知、发声和语言能力，为听障儿童提供了一种有效的康复方式。然而，现有问卷调查、行为能力评估等临床评估方法易受诸多因素影响，尤其是对低龄语前聋儿童，存在着明显的主观局限性。因此，亟需研究创建更为科学有效的检测评估手段，以探明其内在助听生理机制、更加客观的评估听力康复进程，也为CI调试和听觉言语康复训练提供更准确的参考依据。

“健康中国”明确指出要突出解决好儿童、老年人、残疾人等重点人群的健康问题。据卫生部调查显示，我国约有11.5万名7岁以下儿童存在重度至极度耳聋，每年约3万新生儿存在听力障碍。我国CI儿童已经逐渐成为国际上应用该技术最多的人群，但是由于中文为声调语言，且CI传递的声调信息并不完全，使得CI植入者在识别音调变化时存在诸多困难。

本实验中共招募了91名3-7岁的参与者（66名病人，25名正常儿童）。植入后，CI儿童的助听阈为35至70dB。刺激分为纯音，音节或声调。纯音组包括23名患有CI儿童。音节组包括16名患有CI的孩子。汉语声调小组包括27名患有CI的儿童的。

刺激流程

在本研究中，声音刺激包括纯音，音节和声调，如下图所示。在整个研究中使用了oddball范式，并且在每个听觉序列中只检测了一个异常刺激。每组进行次试验，每次试验后休息一次。标准刺激是高概率事件，占听觉序列的85％，异常刺激是低概率事件，占15％。在纯音组，标准刺激为1kHz纯音，持续时间为ms，异常刺激为1.5kHz纯音，持续时间为ms，使用Matlab生成。刺激间隔为-ms的随机间隔，总持续时间约为13min。音节组的声音刺激为职业男性播音员在电磁屏蔽房间中录制的音频片段。标准刺激为音节/ba/，异常刺激为/pa/。使用AdobeAuditionCC来达到同样的音量。刺激间隔为~ms的随机间隔，总持续时间约为17min。汉语声调组的声音刺激为同一专业男性播音员在相同条件下录制的音频片段。标准刺激是中文语音/bā/的音调之一，异常刺激为汉语语音四音/bà/。刺激间隔为-ms的随机间隔，总时间约为17分钟。

为有效评估CI儿童的听觉感知、识别能力的康复水平，本工作设计了适合于低龄儿童的实验范式，根据声音处理难易程度嵌入了纯音，音节和汉语声调。针对低龄CI儿童在时间尺度上分析了皮层听觉诱发电位（Corticalauditoryevokedpotential,CAEP）和失匹配负波（Mismatchnegativity,MMN），也在空间尺度上应用源定位（Sourcelocalization）探讨了CI植入后听觉皮层的可塑性。本研究发现听觉系统在3-6个月之间经历了一个快速发育的关键时期，在语言学习中，6-12个月是语言声调识别的关键。通过对91位3-7岁儿童（66病人，25正常儿童）的实验表明，CAEP适合于评估早期听觉系统重建；MMN适合评估高级听觉功能，例如听觉的识别能力；源定位可作为探索听觉皮层可塑性的有效工具，能够为听觉康复评估提供额外的信息，特别是对于儿童CI使用者。

源定位

为了确定植入侧如何影响最大激活区域，我们将纯音组中患有CI的儿童分为三个子组：左植入，右植入和双侧植入。如下图8a，8b所示，激活区域是左植入组的左颞叶和右植入组的右颞叶。如图8c所示，对于接受双侧CI植入的儿童，激活区域涉及两侧的颞叶。NH儿童的源图像，如图9所示，表明NH儿童的激活区域是左前额叶区域。

图8纯音组不同植入侧的激活情况。(a)大脑皮层的整体激活;(b).激活最大激活体素部位的激活;R、L、A、P分别指大脑的左、右、前、后侧。

上图为正常听力儿童的激活区域。a.大脑皮层整体激活;b.激活最大体素部位的激活;R、L、A、P分别指大脑的左、右、前、后侧。

为了观察植入后不同阶段的康复进展，我们根据CI持续时间(未考虑植入侧)将纯音组CI儿童分为三个子组：0–3个月(图10a和图11a)，3-6个月(图10b和11b)以及超过12个月(图10c和11c)。在植入后的前3个月，只观察到右侧颞叶轻度激活。

上图为纯音组不同CI持续时间儿童的激活情况。R、L、A、P分别指大脑的左、右、前、后侧。

上图为不同持续时间的儿童中具有最大激活体素的切片的激活情况。R、L、A、P分别指大脑的右、左、前、后侧。

该论文第一作者为天津大学神经工程团队教师倪广健及博士生郑琪，通讯作者为天津大学明东教授，以及国家儿童医学中心、首都医科医院刘海红教授。研究工作获得了国家自然科学基金（）、京津冀基础研究合作专项（18JCZDJC）的支持。

参考

天津大学医学部

Objectiveelectroencephalography-basedassessmentforauditoryrehabilitationofpediatriccochlearimplantusers