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

在第一次测试中，左右侧耳蜗植入儿童均表现出听觉皮层区域对声音的典型血流动力学反应，氧合血红蛋白（oxyhemoglobin，HbO） 浓度变化比正常听力（normal hearing，NH）成人更高（图1 C）。正常成人的皮层对于（图1 D）噪声诱发的反应大于语音，特别是在颞叶前端，与人工耳蜗植入儿童的反应和发育模式不一致，有时甚至相反。为了检查植入侧对听觉皮层发育的影响，该研究后期分析侧重于耳蜗植入儿童对声音刺激的发展变化。

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

紧接着，为了检验右半球对非语言处理的优势的假设，研究者进一步比较了左右侧植入儿童对音乐作为信号和噪声的血流动力学反应（图 1 A）。 颞叶前端的神经活动无明显变化（图4 B），但顶颞侧裂区域左右植入儿童则表现出在不同条件下的不同激活模式（图4 C）。这种差异主要体现在噪声的变化，左侧植入组的噪声反应减弱。

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

CI植入后的听觉言语行为表现使用三种量表的总分进行评估。行为表现在两次测试之间有所增加，但左右侧植入组间无明显差异。多变量回归分析发现，第一次测试的右侧颞叶前端对信号的反应可预测第一次测试的行为表现（图7 B）。而第一次到第二次测试的左侧颞叶前端噪声诱发的反应的发育变化能很好地预测第二次的听觉言语的行为表现（图7 C）。

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）

文章结论与讨论，启发与展望

总之，该研究探讨了左右侧人工耳蜗植入对语前聋儿童早期听觉皮层功能发育的影响（图8）。耳蜗植入儿童皮层对语音的神经反应在观察期内不受植入侧影响。但是，左侧植入儿童表现出比右侧植入儿童更好信号-噪声的区分。在耳蜗使用一周后双侧顶颞侧裂区的噪声反应降低，到使用一半个月后，两半球的颞叶前端中噪声处理存在更大的发展，说明左侧植入优势首先出现在顶颞侧裂区中，然后随着听觉经验的增加扩展到颞叶前端，表明两个听觉处理通路的成熟顺序。此外，左侧植入儿童显示出右半球优势，但右侧植入则没有左半球优势，并且优势仅在非语音条件下出现。研究者认为至少在早期康复阶段，左侧植入比右侧植入对幼儿的神经发育具有优势。鉴于潜在的临床意义，应在更大的人工耳蜗植入人群和更长的观察期内进一步研究人工耳蜗植入侧的发育影响。

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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[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.

[2] Deguine, O., S. Garcia de Quevedo, B. Fraysse, X. Cormary, A. Uziel, and J. F. Demonet. 1995. 'Criteria for selecting the side for cochlear implantation', Ann Otol Rhinol Laryngol Suppl, 166: 403-6.

[3] Zimmerman-Phillips, S, MJ Osberger, and AM Robbins. 1997. 'Infant-toddler: meaningful auditory integration scale (IT-MAIS)', Sylmar, Advanced Bionics Corporation.

[4] Al-shawi, Yazeed, Tamer A. Mesallam, Rayan Alfallaj, Turki Aldrees, Nouf Albakheet, Moath Alshawi, Tahani Alotaibi, and Ashwag Algahtani. 2020. 'Inter-rater Reliability and Validity of the Arabic Version of Categories of Auditory Performance-II (CAP-II) Among Children With Cochlear Implant', Otology & Neurotology, 41: e597-e602.

[5] Allen, M Clare, Thomas P Nikolopoulos, and Gerard M O'Donoghue. 1998. 'Speech intelligibility in children after cochlear implanation', Otology & Neurotology, 19: 742-46.

[6] Hickok, G., and D. Poeppel. 2007. 'The cortical organization of speech processing', Nat Rev Neurosci, 8: 393-402.

[7] Rauschecker, J. P., and S. K. Scott. 2009. 'Maps and streams in the auditory cortex: nonhuman primates illuminate human speech processing', Nat Neurosci, 12: 718-24.

制版︱王思珍

本文完