Cereb Cortex︱刘玉和/张语轩团队揭示左右侧人工耳蜗植入的发展差异
撰文︱吴美云
责编︱王思珍
人工耳蜗(cochlear implant,CI)为患有重度听力损失的个体提供了恢复听力的机会,尤其是为语前聋儿童提供了获得与同龄键听儿童相同听觉及言语能力的机会。从临床实践的角度看,由于临床、经济和技术方面的考虑,发展中国家的大多数 CI 使用者都是单侧植入的。关于植入侧效果的研究一直备受争议[1],当左右耳条件相似的情况下则认为 CI 应该植入患者惯用手的同一侧,以方便操作设备[2]。对于那些想要通过恢复听力来获得言语和口头语言的语前聋的人工耳蜗植入个体,不对称的听觉输入对听觉和语言发育的影响尚不清楚。这种半球间不对称性导致耳蜗植入侧的选择更加困难。为了填补这一空白并为临床实践选择植入侧提供神经生理学证据,本项研究使用纵向追踪的形式检查了左右植入侧对听力损失儿童听觉皮层功能发育的影响。
2022年2月14日,首都医科大学的刘玉和课题组与北京师范大学的张语轩课题组合作在Cerebral Cortex上发表了题为“Differential auditory cortical development in left and right cochlear implanted children”研究论文,发现使用人工耳蜗后的数周至数月期间,左右侧耳蜗植入儿童的听觉言语皮层对语音加工没有明显的发育变化。但对于非语音的声音(音乐信号与噪声),左侧植入儿童具有优于右侧植入儿童的功能优势。该项研究提供了左右侧人工耳蜗植入在人脑皮质早期发育的不同影响的第一个证据。
文章中,研究人员通过使用近红外技术追踪了34名单侧人工耳蜗植入的语前聋儿童对不同声音刺激(语音,音乐,噪音)的功能发育(第一次测试为耳蜗使用后的大约9天,第二次测试为耳蜗使用后的大约43天)。植入后的听觉和言语行为表现则使用家长/监护人问卷,包括婴幼儿有意义听觉整合量表(IT-MAIS)[3]、听觉表现类别(CAP)[4]、以及语音清晰度等级量表(SIR)[5]。基于听觉和语音处理的敏感性分布和双通道理论框架[6,7],对颞叶前端(anterior temporal lobe,ATL)和顶颞侧裂区(sylvian parieto-temporal area,Spt)两个感兴趣区域(region of Interest,ROI)进行统计分析,分别对应于双通道理论的腹侧和背侧听觉处理通路(图1 B)。
单侧耳蜗植入后对语言的皮层加工
图1 实验设计与代表性的血氧动力学信号的响应
(图源:Wang et al., Cereb Cortex, 2022)
首先,为了检验左半球语言处理优势的假设,作者比较了左右侧耳蜗植入儿童在耳蜗使用后约一周和一半个月后的对于语音诱发反应,发现两次测试中两组儿童对于语音诱发的反应相似(图2)。
图2 左右侧耳蜗植入儿童对语音的皮层加工
(图源:Wang et al., Cereb Cortex, 2022)
语音感知取决于语音声音的声学特征的听觉处理以及语言处理。为了探究耳蜗植入儿童语音感知中涉及的听觉加工的发展,研究者探究了他们对语音-噪音的辨别力。在第一次测试中未观察到植入侧的影响及声音条件间的差异(图3 B)。而在第二次测试中,语音比噪声在颞叶前端诱发的神经反应更大但在顶颞侧裂区中没有这一现象(图3 C)。在两次测试之间,左右侧植入儿童都随着听力经验的增加,皮层对语音与噪音的辨别能力在颞叶前端得到改善(图3 D)。鉴于语音诱发反应没有明显的发展变化,这种改善可能是由非语音听觉处理的发展所导致。
图3 左右侧耳蜗植入儿童对语音-杂音辨别的皮层加工
(图源:Wang et al., Cereb Cortex, 2022)
单侧耳蜗植入后对非语言的皮层加工
图4 左右侧耳蜗植入儿童在第一次测试中对非语音的皮层加工
(图源:Wang et al., Cereb Cortex, 2022)
左右侧植入组在颞叶前端的反应相似,但是左侧植入组在顶颞侧裂区表现出更强的信噪分离(音乐-噪音)。第一次测试中左右侧植入儿童都表现出颞叶前端对音乐信号的神经反应大于对噪音的反应(图5 B)。对于顶颞侧裂区(图5 C),声音诱发的神经反应表现明显有利于右半球的不对称性和信号大于噪声的趋势。在第二次测试中,左右侧植入组在整体皮层反应中的信号噪声辨别能力相似。
图5 左右侧耳蜗植入儿童在第二次测试中对非语音的皮层加工
(图源:Wang et al., Cereb Cortex, 2022)
两次测试间的皮层反应的发育变化如图6 A所示。颞叶前端的发育变化随刺激条件而变化且左侧植入组对信号反应比右侧植入组有更大的发展(图6 B)。而顶颞侧裂区则没有观察到左右侧植入组间的差异(图6 C)。
图6 在耳蜗使用后数周至数月的人工耳蜗儿童对非语言声音加工的皮层发展
(图源:Wang et al., Cereb Cortex, 2022)
神经-行为关系分析
图7 左右侧耳蜗植入儿童的行为改善与神经-行为的关联
(图源:Wang et al., Cereb Cortex, 2022)
图8 左右侧耳蜗植入儿童从激活数周至数月的皮层加工总结
(图源:Wang et al., Cereb Cortex, 2022)
原文链接:https://doi.org/10.1093/cercor/bhac025
本研究由听觉发育研究团队共同完成。王宇洋(第2排左4)与吴美云(第1排左2)为共同第一作者,刘玉和(第1排左4)与张语轩(第1排左5)为共同通讯作者。
(照片提供自听觉发育研究团队)
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【2】多模态磁共振脑网络分析入门班(线上:2022.4.6~4.16)
【3】单细胞测序与空间转录组学数据分析研讨会 (2022.4.2-3 腾讯在线会议)
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[1] Kraaijenga, V. J. C., T. C. Derksen, I. Stegeman, and A. L. Smit. 2018. 'The effect of side of implantation on unilateral cochlear implant performance in patients with prelingual and postlingual sensorineural hearing loss: A systematic review', Clin Otolaryngol, 43: 440-49.
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制版︱王思珍
本文完