Автор: Альтман Я.А. Таваркиладзе Г.А.
Теги: оториноларингология медицина аудиология
ISBN: 5-93189-023-8
Год: 2003
Текст
Руководство по аудиологии
Я.А. Альтман
Г. А. Таварткиладзе
HANDBOOK ON AUDIOLOGY
Ya. A. Altman, G. A. Tavartkiladze
DM К Press
Moscow, 2003
РУКОВОДСТВО ПО АУДИОЛОГИИ
Я.А. Альтман, Г.А. Таварткиладзе
ДМК Пресс
Москва, 2003
DDK 30 .4
A зХ
Алы ман Я. A
Таварiкиладзе Г. A
A 58 Руководство по аудиологии -M. ДМК Пресс, 2003 -360 c: ил.
ISBN 5-93189-023-8
Книга посвящена вопросам экспериментальной и клинической аудиологии, методам исследования слуховой системы и реабилитации нарушений слуха. На современном уровне изложены основные I3KOI юмерности деятельности слуховой системы в норме, основные данные по акустике, акустической метрике, электроакустике и приборному обеспечению аудиологического обследования пациентов Подробно и июжены структурные и функциональные характеристики периферического и центрального отделов слуховой системы, теоретические положения по психофизике и психоакустике, электрофизиологии слуховой сис1смы животных и человека. В разделах, посвященных клиническим аспектам аудиологии, рассматриваются психофизические и объективные меюды исследования слуха, а также вопросы реабилитации больных с lyioyxocTbio и глухотой. Приведены исчерпывающие сведения об лудиологической семиотике различных форм тугоухости.
Предназначена для врачей сурдологов-оториноларингологов, о!оненрологов, невропатологов, аудиологов, психологов, сурдопедагогов.
Все права защищены. Никакая часть этой книги не может быть воспроизведена в любой форме или любыми средствами, электронными или механическими, включая фотографирование, магнитную запись или иные средства копирования или сохранения информации без письменного ра )рсшения авторов.
ISBN 5-93189-023-8
©ДМК Пресс, 2003
ПРЕДИСЛОВИЕ.
( момента выхода последнего отечественного руководства по iVHiioiioiни прошло сорок лет (В.ФУндриц и соавт., Руководство по < ипппческои аудиологии - М., Медгиз - 1962. - 324 с.). В последующи |||<и.| продолжали появляться главы в учебниках и руководствах, где О1НСНЫ1ЫС вопросы аудиологии рассматривались с разной степенью ho'iiioiи Вместе с тем. за последние десятилетия были достигну!ы чромпые успехи в исследовании слуховой функции в норме, а также при клиническом анализе (диагностике) нарушений слуховой функции у iHiniaiux с помощью различных аппаратных методов обследования. )то obi юяюльство побудило нас попытаться систематически изложив ш повцые достижения современной аудиологии.
Под аудиологией (audlre - слух (лат.), logos - слово, учение (греч.)) в широком смысле слова, с учетом семантического значения термина, i 'BUiycT понимать науку о слухе в целом. Вместе с тем, по мере расширения 1Н.НП1Й о слухе в качестве самостоятельных дисциплин выделяю! ряд <юиа< гей изучения слуховой функции. Перечислим основные из них. Во первых, это часть экспериментальной психологии - психоакус гика, in г целующая разрешающие способности слуховой системы при действии Р । тих классов звуковых сигналов. Во-вторых, это собственно фи шология глуха, включающая в себя представления о функциональной анатомии (Духовой системы и о механизмах деятельности структур и элементов п рпферического и центральных её отделов при действии звука. Наряду с ними основными разделами исследования слуховой функции, можно выделить сравнительную физиологию слуха, рассматривающую особенности различных слуховых систем в животном мире и ряд других ппнасгей, отдельное место среди которых занимает аудиология. Насколько нам известно, этот термин был предложен во второй половине 40-х годов прошлого века. В настоящее время аудиология теоретически базируется на ц<м гижениях психоакустики и физиологии слуха человека в норме с другой стороны, положения психоакустики и физиологии слуха и< пользуются аудиологией при диагностике нарушений слуховой функции р.кпой этиологии, формируя при этом семиотику поражений слуховой системы при патологии. Кроме того, в круг вопросов, рассматриваемых аудиологией, входит также реабилитация слуховой функции при ра (личных патологических состояниях и после определенных воздействии па слуховую систему.
Таким образом, аудиология представляет собой клиническую область шаний, основанную на теории психоакустики и физиологии слуха и вырабатывающую на этой базе представления об этиологии, патогенезе, дифференциальной диагностике и реабилитации нарушений слуха при рл (личных формах патологии слуховой системы. При этом следуе! отметить, что семиотика в аудиологии, в основном, описывает симпто
м;нику нарушений периферического отдела слуховой системы и ряд синдромов ретрокохлеарной патологии. Заметим также, что обычно рассмотрение нарушений слуховой функции при центральных поражениях мо новых структур входит в задачу другой отдельной области медицины, а именно - отоневрологии, как части общей неврологии и, в определенной мере, оториноларингологии.
В полном соответствии с приведенным выше определением аудиологии пас юящее руководство включает в себя две части.
Первая часть описывает основные закономерности деятельности снуховой системы в норме. В качестве вводной главы к первой части приведены основные данные по акустике, акустической метрике, »)1ск1роакустике и по приборному обеспечению аудиологического обследования пациентов.
Вюрая глава подробно излагает структурные и функциональные характеристики периферического отдела слуховой системы, начиная от ушной раковины и заканчивая слуховым нервом.
В третьей главе приведены основные теоретические положения по психофизике и данные психоакустики с рассмотрением различительных < пособностей слуховой системы человека.
Четвертая глава излагает общую схему анатомии путей и центров еиуховой системы, а также данные о нарушениях слуховой функции при повреждении центральных отделов слуховой системы.
Пятая глава посвящена рассмотрению характеристик слуховых вы 1вапных потенциалов животных и человека. И, наконец, ыключительная глава, шестая, первой части излагает данные по ,1К1Ивности одиночных нейронов различных центров слухового проводящего пути при действии звуковых сигналов разного класса, формируя представления о механизмах кодирования этих сигналов в гнуховой системе.
Вторая часть посвящена клиническим аспектам аудиологии и подразделяется на три раздела. В первом и втором разделах рассматриваются психофизические и объективные методы исследования с пуха, а третий - посвящен реабилитации больных с тугоухостью и глухотой.
В седьмой главе изложены данные по поведенческой аудиометрии, включающие описание камертональных проб, тональной и речевой пороговой и надпороговой аудиометрии. Отдельно представлена аудиометрия у детей и принципы маскировки при проведении аудиометрии.
Восьмая глава посвящена акустической импедансометрии. В ней рассматриваются принципы тимпанометрии, акустической рефлексо-мприи и методы исследования функции слуховой трубы.
I
Во втором pa(деле предсшвлепы объективные меюды исследования слуха, включающие pcincipaiiHio различных классов слуховых вы (ванных по1енциалов и отоакустической эмиссии, аудиологическую семиошку ра (личных форм тугоухости, а также принципы аудиоло) ическою скрининга. Так, в девятой главе приводятся принципы wieKipo-кохлеографии, а также регистрации коротко-, средне- и длиннолатен|пых слуховых вызванных потенциалов. Десятая глава посвящена регисграции ра (личных классов отоакустической эмиссии, в том числе спои тиной и вызванной отоакустической эмиссии (задержанной, на частоте продуктов искажения и на частоте стимуляции). В одиннадцатой главе приводяicb чанные по аудиологической семиотике различных форм тугоухое)и, подробно дается аудиометрическая, импсдансометрическая и >лектрофизиологическая характеристика кондуктивной, сенсопевралыюй и ретрокохлеарной форм тугоухости, а также аудиторных нейрона i ий.
В двенадцатой главе подробно рассматриваются принципы аудиолош ческого скрининга, основанного на регистрации задержанной вы (ванной оюакустической эмиссиии и коротколатентных слуховых вы (ванных потенциалов.
Третий раздел посвящен реабилитации больных с тугоухостью и ।духотой и включает две главы. В тринадцатой главе подробно рассматриваются принципы кохлеарной имплантации, даются физиологическое обоснование метода, показания и противопока (ания к имплантации, описываются принципы отбора больных, методики предоперационного обследования, стратегии кодирования речи, рас сматриваются факторы, определяющие эффективность кохлеарной имплантации.
В четырнадцатой главе подробно изложены принципы >лек |роакустической коррекции слуха при различных формах тугоухое!и, рассматриваются технические характеристики слуховых аппаратов, принципы выбора паратметров пртезирования и оценки его эффект ив пости, отдельно рассматриваются принципы бинаурального слухо протезирования, а также показания и противопоказания к нему.
Насколько нам удалась попытка изложения современного состояния аудиологии - судить читателю. Авторы будут весьма благодарны за все (амечания, сделанные как по отдельным разделам книги, так и по книге в целом.
Я. А. Альтман
Г.А.Таварткиладзе
к
ОГЛАВЛЕНИЕ
ЧА( ТЬ 1. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ АУДИОЛОГИИ........ 15
I НАВА 1. НАЧАЛЬНЫЕ СВЕДЕНИЯ ПО АКУСТИКЕ И ЭЛЕКТРО АКУСТИКЕ................................ 17
1.1. ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ В АКУСТИКЕ.......... 17
1.2. ОСНОВНЫЕ ЭЛЕКТРОАКУСТИЧЕСКИЕ 11РИБОРЫ, ИСПОЛЬЗУЕМЫЕ ПРИ
АУДИОЛОГИЧЕСКОМ ОБСЛЕДОВАНИИ............21
1 НАВА 2. АНАТОМИЯ И ФИЗИОЛОГИЯ НАРУЖНОГО, СРЕДНЕГО И ВНУТРЕННЕГО УХА........................31
2.1. ФУНКЦИОНАЛЬНАЯ АНАТОМИЯ.............31
Наружное ухо...........................31
Среднее ухо............................34
Внутреннее ухо.........................40
2.2. МЕХАНИКА УЛИТКИ.....................48
2.3. МОТИЛЬНОСТЬ ВОЛОСКОВЫХ КЛЕТОК.......56
2.4. ОТО АКУСТИЧЕСКАЯ ЭМИССИЯ............57
2.5. ИННЕРВАЦИЯ УЛИТКИ. СТРУКТУРА СЛУХОВОГО НЕРВА.....................................58
Афферентная иннервация.................58
Эфферентная иннервация................ 59
Электрофизиология улитки...............61
Ствол слухового нерва..................65
1 НАВА 3. 11СИХОАКУСТИКА.........................73
3.1. ВВОДНЫЕ ЗАМЕЧАНИЯ ................73
3.2. МЕТОДИКА ИЗМЕРЕНИЯ СЛУХОВЫХ ПОРОГОВ .... 74
3.3. ГРОМКОСТЬ.........................80
3.4. ВЫСОТА............................85
3.5. МАСКИРОВКА........................87
3.6. ВРЕМЕННАЯ СУММАЦИЯ И СЛУХОВАЯ АДАПТАЦИЯ .............................90
3.7. ПРОСТРАНСТВЕННЫЙ СЛУХ.............92
I НАВА 4. СТРОЕНИЕ ПУТЕЙ И ЦЕНТРОВ СЛУХОВОЙ СИСТЕМЫ. ПОВРЕЖДЕНИЯ СЛУХОВЫХ ЦЕНТРОВ И СЛУХОВАЯ ФУНКЦИЯ..................... 100
4.1. строение: слуховой СИСТЕМЫ...... 100
<)
4.2. IIАРУШЕНИЕ СЛУХОВОЙ «ПУНКЦИИ ПРИ 11ОВРЕЖДЕНИИ ЦЕ11ТРЛЛЫ1ЫХ ОТДЕЛОВ СЛУХОВОЙ СИСТЕМЫ................ IOS
11овреждепие центральных отделов слуховой еис icmu у животных........................... КГ'
11ораженне центральных отделов слуховой ciicicmm у человека............................ ЮК
I HAHAS. СЛУХОВЫЕ ВЫЗВАННЫЕ ПОТЕНЦИАЛЫ ЖИВОТНЫХ И ЧЕЛОВЕКА.................................. I I I
5.1. ВЫЗВАННЫЕ 1ЮТЕНЦИАЛЫ СЛУХОВОЙ СИСТЕМЫ ЖИВОТНЫХ........................... Ill
5.2. СЛУХОВЫЕ ВЫЗВАННЫЕ ПОТЕНЦИАЛЫ ЧЕЛОВЕКА................................. 1’0
Кохлешрамма.............................. 1’1
Коротколатентные слуховые вызванные потенциалы (КСВП)................................... Г'
Суммарный синхронизированный ответ........ I И
Среднелатентные слуховые вызванные потенциалы (ССВП)....................... I
Длинполатептпые слуховые вызванные потенциалы (ДСВП)...................... I V/
I НАВА 6. ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ АКТИВНОСТЬ НЕЙРОНОВ СЛУХОВЫХ ЦЕНТРОВ.................................... 146
6.1. CHOI 1ТАННАЯ АКТИ ВНОСТЬ........... 14/
6.2. УЗОР РАЗРЯДА....................... 149
6.3. АНАЛИЗ ИНТЕНСИВНОСТИ ЗВУКА.......... Ь ’
6.4. AI1АЛИЗ ЧАСТОТЫ ЗВУКА................ I к <
6.5. АНАЛИЗ ДЛИТЕЛЬНОСТИ СИГНАЛА........ Г'К
6.6. АНАЛИЗ СИГНАЛОВ, ИЗМЕНЯЮЩИХСЯ
ВО ВРЕМ ЕН И........................ Г'*)
6.7. AI1АЛИЗ ПРОСТРАНСТВЕННОГО ПОЛОЖЕНИЯ
ИСТОЧНИКА ЗВУКА...................... 161
ЧАС1Ь2. КЛИНИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ АУДИОЛОГИИ............. 166
1’ \ 1ДГЛ 1.
I К 11Х( )<1>ИЗИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ СЛУХА..... I6S
I НАВА /. ПОВЕДЕНЧЕСКАЯ АУДИОМЕТРИЯ.................. 16Х
7.1. KAMEPTOI1АЛЫ1ОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ......... 16Х
7.2. ТОНАЛЬНАЯ ПОРОГОВАЯ АУДИОМЕТРИЯ. . . 164 Воздушное звуконроведенпе............... 1/0
Kociносзвуконроведенпе .............. 1/1
К)
Маскировка....................... 173
Лудиомегрическая характеристика различных форм тугоухости ...................... 174
7.3. НАДПОРОГОВАЯ АУДИОМЕТРИЯ....... 177
7.4. РЕЧЕВАЯ АУДИОМЕТРИЯ............ 179
7.5. АУДИОМЕТРИЯ У ДЕТЕЙ............ 181
I ПАВА 8 АКУСТИЧЕСКАЯ ИМПЕДАНСОМЕТРИЯ......... 184
8.1. ТИМПАНОМЕТРИЯ.................. 188
8.2. АКУСТИЧЕСКАЯ РЕФДЕКСОМЕТРИЯ.... 190
8.3. ИССЛЕДОВАНИЕ ВЕНТИЛЯЦИОННОЙ ФУНКЦИИ СЛУХОВОЙ ТРУБЫ............. 195
РА 1ДЕЛ 2. ОБЪЕКТИВНЫЕ МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ СЛУХА......... 199
I ЛАВА 9 СЛУХОВЫЕ ВЫЗВАННЫЕ ПОТЕНЦИАЛЫ........ 199
9.1.ЭЛЕКТРОКОХЛЕОГРАФИЯ..............201
9.2. КОРОТКОЛАТЕНТНЫЙ СВП............207
9.3. СРЕДНЕЛАТЕНТНЫЙ СВП.............210
9.4. ДЛИННОЛАТЕНТНЫЙ СВП............ 212
I НАВА 10. О ГОА КУСТИЧЕСКАЯ ЭМИССИЯ.......... 215
10.1. СПОНТАННАЯ ОАЭ.................216
10.2. ЗАДЕРЖАННАЯ ВЫЗВАННАЯ ОАЭ......217
10.3. ОАЭ НА ЧАСТОТЕ ПРОДУКТОВ ИСКАЖЕНИЯ.220
10.4. ОАЭ НА ЧАСТОТЕ СТИМУЛЯЦИИ......222
I ПАВА 11. АУДИОЛОГИЧЕСКАЯ СЕМИОТИКА РАЗЛИЧНЫХ ФОРМ ТУГОУХОСТИ.............................. 224
11.1. КОНДУКТИВНАЯ ТУГОУХОСТЬ........224
11.2. СЕНСОНЕВРАЛЬНАЯ ТУГОУХОСТЬ.....229
Сепсопевральпая тугоухость, не сопровождающаяся гидропсом лабиринта.*.............230
Эндолимфатический гидропс........ 231
11.3. РЕТРОКОХЛЕАРНАЯ ПАТОЛОГИЯ......235
11.4 АУДИТОРНЫЕ НЕЙРОПАТИИ...........240
I НАВА I?.. АУДИОЛОГИЧЕСКИЙ СКРИНИНГ ПУТЕМ
РЕГИСТРАЦИИ ЗАДЕРЖАННОЙ ВЫЗВАННОЙ
О ГОА КУСТИ ЧЕСКОЙ ЭМИССИИ И КОРОТКОЛАТЕНТНЫХ СВП................ 243
РА 1Д1'Л 3.
PI АЫ1ЛИТАЦИЯ БОЛЬНЫХ С ТУГОУХОСТЬЮ И ГЛУХОТОЙ.....249
I НАВА 13 КОХЛЕАРНАЯ ИМПЛАНТАЦИЯ ............. 249
11
13 l. ФИЗИОЛОГИЧЕСКОЕОБОСНОВАН! IE
МЕТОДА КОХЛЕАРНОЙ ИМПЛАНТАЦИИ ................... ’•!')
I (ормальпая улшка.................. ’Л
1 Отологическая улитка............... ’з I
13.2. КОМПОНЕНТЫ СИСТЕМЫ КОХЛЕАРНОЙ
ИМНЛАН ТАЦИИ.........................’Л
Внешние компоненты..................’38
Внутренние компоненты.............. ?з8
13.3. ХАРАКТЕРИСТИКА МПОГОКАНАЛЫ1ЫХ
СИСТЕМ КОХЛЕАРНОЙ ИМПЛАНТАЦИИ...... ’зо
13.4. СТРАТЕГИИ КОДИРОВАНИЯ РЕЧИ...... ’(>1
13.5. ПСИХОФИЗИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРНО ГИКИ . ’(> I
13.6. ЗНАЧЕНИЕ ПАРАМЕТРОВ НАСТРОЙКИ
РЕЧЕВОГО ПРОЦЕССОРА ДЛЯ РЕАБИЛИ ГАЦНН
БОЛЬНЫХ......................... ’(>.
13.7. ГЛУХОТА ..................... ’(./
13.8. СРАВНЕНИЕ ВОЗМОЖНОСТЕЙ
СЛУХОПРОТЕЗИРОВАНИЯ И КОХЛЕАРНОЙ
ИМПЛАНТАЦИИ .................... ’/()
13.9. ФАКТОРЫ, ОПРЕДЕЛЯЮЩИЕ
ЭФФЕКТИВ1ЮСТЬ KOXJ1EAPI1ОЙ
ИМПЛАНТАЦИИ......................... ’/I
Возраст, в котором возникла глухота. ’ /1
Текущий возраст..................... ’ / ’
Длительность глухоты ............... ’ /'
13.10. ОТБОР КАНДИДАТОВ НА КОХЛЕАРНУЮ
ИМПЛАНТАЦИЮ. МЕТОДИКИ
ПРЕДОПЕРАЦИОПНОГООБСЛЕДОВАНИЯ '/\
Аудпологичсское исследование и весгибуломш рпя . ’ / (
Промон гориальное тестирование...... ’ / /
Компьютерная и магнитно-резонансная iomoi рафия .’ /8
13.11 ФАКТОРЫ, ОПРЕДЕЛЯЮЩИЕ СТЕН ГЛ Б
УЛУЧШЕНИЯ СЛУХОВОГО ВОСПРИЯ ТИЯ
1ЮСЛЕКОХЛЕАРНОЙ ИМПЛАНТАЦИИ......... 1 /о
13.12. ПОКАЗАНИЯ И ПРОТИВОПОКАЗАНИЯ
К КОХЛЕАРНОЙ ИМПЛАНТАЦИИ............ ’80
13.13. ХИРУРГИЧЕСКИЙ ЭТАП КОХЛЕАРНОЙ ИМПЛАНТАЦИИ.......................... ’81
11од1 оювка больного................ ’81
Ра ipe । ....................... ’8 ’
I?
Масюидотомия и задняя тимпанотомия.......283
Подготовка ложа для приемника-стимулятора и формирования перешейка между ним и мастоидальной полостью.................284
Кохлеостомия.............................285
Введение электродов......................285
Тестирование импланта....................286
Стабилизация импланта ...................287
Закрытие и ушивание раны.................287
13.14. ПОДКЛЮЧЕНИЕ РЕЧЕВОГО ПРОЦЕССОРА И
СУРДОПЕДАГОГИЧЕСКАЯ РЕАБИЛИТАЦИЯ.........287
I ЛАВА 14. СЛУХОПРОТЕЗИРОВАНИЕ..........................291
14.1. ТИПЫ СЛУХОВЫХ АППАРАТОВ .................291
14.2. ПОДРАЗДЕЛЕНИЕ СЛУХОВЫХ АППАРАТОВ
В СООТВЕТСТВИИ С ПРИНЦИПАМИ ДЕЙСТВИЯ........292
14.3. ХАРАКТЕРИСТИКИ СЛУХОВЫХ АППАРАТОВ........294
Источники питания...........................294
Преобразователи ............................295
Усилители...................................295
Регулировки ................................296
Ограничивающие системы......................297
Электроакустические искажения, влияющие па характеристики слухового аппарата........304
Шум слухового аппарата......................306
Обратная связь..............................306
14.4. АКУСТИЧЕСКИЕ ФАКТОРЫ, ВЛИЯЮЩИЕ НА ХАРАКТЕРИСТИКИ СЛУХОВОГО АППАРАТА.............. 306
14.5. СИСТЕМА УШНОГО ВКЛАДЫША................. 306
14.6. ТЕХНИЧЕСКИЕ СТАНДАРТЫ'.................. 311
Измерительная аппаратура и используемые подходы... 311
Акустический вход.................................311
Акустический выход......................... 312
Описательные характеристики слухового аппарата....312
Ав коматические системы для измерения параметров
слухового аппарата................................ 315
14.7. ВЫБОР ПАРАМЕТРОВ ЭЛЕКТРОАКУСТИЧЕСКОЙ КОРРЕКЦИИ И ОЦЕНКА ЕЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ............ 319
11редписапие и верификация амплитудно-частотных
характеристик: функциональное и вносимое усиление. 323
11
Определение и верификация максимально! о выхода слухового annapaia............................... 1 О
Верификация УЗД1190.............................. I IS
Использование тестирования в камере связи при выборе параметров коррекции.................. I 18
Верификация результатов коррекции при использовании измерений в реальном ухе... < V)
I IporoKOJi измерений ............................ 140
14.8. СЛУХОПРОТЕЗИРОВАНИЕ У ДЕТЕЙ ................. »4‘)
Этапы слухопротезирования........................... )
14.9. БИНАУРАЛЬНОЕ СЛУХОПРОТЕЗИРОВАНИЕ........... 1з|
Преимущества бинаурального слуха............... Is ’
Бинауральное протезирование больных c iyroyxocibio шумовой этиологии.............................. I' 1
Симметричное снижение слуха........................ Ь|
Бинауральное усиление при асимметричной Tyroyxoci и .. 1з < Показания и противопоказания к бинауральному слухопротезированию............................... Is/
ЧАСТЬ 1.
ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ АУДИОЛОГИИ.
[Тичи п.иыс < <.<•<)<•////« mi <ih r< тике и nichiiiiXKtK r< //////.<
17
I ИЛНЛ I.
НАЧАЛЬНЫЕ СВЕДЕНИЯ ПО АКУСТИКЕ И ‘>.11ЕК ГРО АКУСТИКЕ.
I. I. < И I1ОВНЫЕ ПОНЯТИЯ В АКУСТИКЕ.
К.ikим бы методом исследования не пользовались при аудиологическом hiyn пни слуховой функции, существенными являются представления об • и ионных физических характеристиках звуковых сигналов. Ниже будут iipi iu пшлены лишь самые основные понятия акустики и электроакустики. |и|||)||||И1елы1ые сведения могут быть найдены в кратком списке ин- р.пуры, приведенном в конце раздела.
Табл. 1.1.
1|ычения скорости распространения звуковой волны при разной । с мпера гуре
11 мIu-p.i 1 vp.i крал) Удельное акустическое сопротивление (кг/м2/с) Скорость распространения звука (м/с)
0 428 331
20 418 343
1пук в природе распространяется в виде изменяющегося во времени шнмущения упругой среды. Колебательные движения частиц такой упругой среды, возникающие под воздействием звука, называются туковыми колебаниями, а пространство распространения звуковых колебаний создает звуковое поле. Если среда, в которой распространяются туковые колебания, является жидкой или газообразной, то частицы в этих гредах колеблются вдоль линии распространения звука и поэтому их принято рассматривать как продольные колебания. При распространении тука в твердых телах, наряду с продольными колебаниями, наблюдаются и поперечные звуковые колебания. Естественно, что распространение колебаний в среде должно иметь какое-либо направление. Это направление называется звуковым лучом, а поверхность, соединяющую все смежные точки звуковой волны с одинаковой фазой колебаний, принято называть фронтом звуковой волны. Кроме того, звуковые волны в различных средах распространяются с различной скоростью. При этом необходимо учитывать, что значение скорости определяется плотностью среды, в которой распространяется звуковая волна. Сведения о значениях
’ JiK<tiN»K 4286
I X I‘\'kui,<k)< lilh<> m> <iv<)ll<> III.‘Illi
iijioi пости звуковой среды весьма существенны, так как эта плотность со тает определенное акустическое сопротивление распространению туковой волны. На скорость распространения звуковой волны влияет 1ЯКЖС температура среды: при повышении температуры среды скорость распрос транения звуковой волны возрастает (см. табл. 1.1).
Основными для аудиологического обследования физическими характеристиками звука являются его интенсивность и частота. Именно по ному они будут рассмотрены более подробно.
Для перехода к физической характеристике интенсивности звука вначале необходимо рассмотреть ряд других параметров звуковых сигналов, имеющих отношение к их интенсивности.
Звуковое давление - p(t) - характеризует силу, действующую на площадь, расположенную перпендикулярно к движению частиц. В системе СИ туковое давление измеряется в Ньютонах. Ньютон - это сила, придающая массе в I кг ускорение в 1 м/с за 1 с и действующая на 1 квадратный метр, сокращенно Н/м2. 1
В литературе приводятся и другие единицы измерения звукового давления. Ниже представлено соотношение основных используемых слипиц:
111/м-’ 10 дин/см2=10 мкбар (микробар).
Энергия акустических колебаний (Е) характеризует энергию частиц, движущихся под действием звукового давления (измеряется в джоулях -Дж).
()iнесение энергии на единицу площади характеризует акустическую плотность, измеряемую в Дж/м2. Собственно интенсивность звуковых колебаний определяется как мощность или плотность акустического потока ia единицу времени, т.е. Дж/м2/с или Вт/м2.
Человек и животные воспринимают весьма большой диапазон звуковых давлений (от 0,0002 до 200 мкбар). Поэтому для удобства измерения принято пользоваться относительными величинами, а именно, десятичной инн п.нуралыюй шкалами логарифмов. Звуковое давление измеряется в децибелах и белах (1Б = 10 дБ), если используются логарифмы с десятичным основанием. Иногда (довольно редко) звуковое давление измеряется в неперах (1Нп = 8,67 дБ); в этом случае используются натуральные лоырифмы, т.е. логарифмы не с десятичными (как в случае с Б и дБ), а с двоичным основанием.
()д| тки следует учесть, что оценка в белах и децибелах была принята как но1арифмическая мера отношения мощностей. Между тем, мощность и пн1енсивность пропорциональны квадрату звукового давления. Поэтому для перехода к интенсивности звука устанавливаются следующие hi ношения:
1 ( 'ouiacno cbcicmc СИ, если при обозначении какой-либо единицы и (мерения luiioni.iyeicii имя собеIвенное, ю единица пииются с вплавной буквы.
I lll'lll Ibllbh < lb ih-lllhl Illi </Л I < IIIHKl U >h’bin/lllllh\< lllllbi Г>
N(li) lg(l/l„) lg(l”/l”(1) 2lg(l’/l,„)
N(ali)--l()lg(l/lo)- IOIg(l>2/P2o) 20lg(P/I»,),
|дс N - интенсивность или звуковое давление (!’) в белах (Б) или лецибелах (дБ), 1() и Р() - условно принимаемые уровни огсзеза |||||енсивпости и звукового давления. Обычно уровнем отсчета звуковою иавления (часто в литературе используется сокращение "УЗД", oi начальных букв слов "уровень звукового давления", а в английском я зыке используется аббревиатура - "SPL" (от идентичного выражения "Sound Ггеччиге Level") считается 2x10 s Н/м2. Соотношения УЗД с друз ими спиницами измерения интенсивности звука выглядит следующим <>нра зом:
2xl0~s Н/м2=2х10-4 дин/см2=2х10-4 мкбар
Рассмотрим теперь акустические характеристики частоты звуковых «inналов. В большинстве случаев для обследования слуховой функции используют гармонические звуковые сигналы.
Гармонический звуковой сигнал (иначе синусоидальный сигнал или чистый тон), обладающий также начальной фазой включения тонального сиз пала (<1>,,), помимо звукового давления, характеризуется такой важной физической характеристикой как длина волны. Все гармонические звуковые сигналы (или чистые тоны) обладают периодичное! 1>ю (з.е., периодом Т). В этом случае длина звуковой волны определяется как рассюяние между соседними фронтами волны при одинаковой фа зс । опсбапий и вычисляется по формуле:
.1 с х Т,
зде с - скорость распространения звуковых колебаний (обычно м/с), I их периодичность. При этом частота звуковых колебаний (1) соотззетсi вусз з|юрмуле:
I J/T.
Частоту тона оценивают количеством звуковых колебаний зз секунду п выражают зз герцах (сокращенно - Гц). Исходя из диана- юна воспринимаемых человеком частот звуковых колебаний, часзогы в ni.'iiii зоне 20 - 20000 Гц называют звуковыми, более низкие частоты (I’< 20 I и) на \\лпл\т инфразвуками, аболее высокие (f > 20000 Гц) - ультразвуками.
В свою очередь, чисто из практических соображений, диана юн звуковых частот иногда условно делят на низкие - ниже 500 Гц, средние •00 4000 Гц и высокие - 4000 Гц и выше. Заметим, что для обозначения звуковых колебаний от 1000 Гц и выше часто пользуются обозначением । inioicpH, сокращенно кГц.
( хемазичеекие изображения сигналов, наиболее часто иеполз.зуемых в >i < перимензах, приведет»! парис. 1.1.
20
Руководство по аудиологии
При наличии в сигнале нескольких тонов (многокомпонентный тональный сигнал), которые при этом могут обладать разной амплитудой, звуковой сигнал описывается частотным спектром.
Частотный спектр представляет собой совокупность амплитуд частотных составляющих (рис. 1.1,6). Разложение любого многокомпонентного сигнала на его гармонические составляющие (отдельные тоны) называется разложением по Фурье или Фурьеразложением.
Форма колебания Спектр
Рис. 1 1. Схематическое изображение формы и спектра ряда звуковых сигналов, используемых при аудиологических исследованиях.
1 - тональный сигнал; 2 - короткий звуковой импульс (щелчок); 3 -шумовой сигнал; 4 - короткая тональная посылка; 5 - амплитудно-модулированный сигнал (Т - период амплитудной модуляции); 6 - частотно-модулированный сигнал.
Если в звуковом сигнале представлено много разных частот (в идеале все частоты звукового спектра), то возникает, так называемый, шумовой сигнал (рис. 1.1,3).
Одним из методов аудиологического обследования больных является акустическая импедансометрия. Поэтому рассмотрим более подробно еще одну физическую характеристику звуковых сигналов.
Начальные сведения по акустике и электроакустике
21
Хорошо известно, что при распространении в средах разные виды >~гии встречают определенное сопротивление. Выше указывалось, что тллое же сопротивление встречает и акустическая энергия при |ространении звуковых волн в акустических системах. Из следующего изложения (см. гл. 2) станет очевидным, что .рические отделы слуховой системы, т.е. наружное и среднее ухо, и.являют собой с физической точки зрения типичные акустические пл, а именно, акустические приемники звука. Поэтому и необходимо тотрение существа и характеристик акустического сопротивления с эм прохождения звуковых сигналов через периферические отделы «-Аловой системы.
Комплексное акустическое сопротивление или акустический импеданс детяется как общее сопротивление прохождению акустической • ~ии в акустических системах. Акустический импеданс представляет собой отношение комплексных амплитуд звукового давления к • ггетьной объемной скорости и описывается формулой:
Za = ReZa + ilmZa
В этом уравнении ReZa представляет собой активное акустическое пивгение (иначе его называют истинным или резистивным ротивлением), которое связано диссипацией энергии в самой К этической системе. Под диссипацией энергии понимают ее рассеивание ход энергии упорядоченных процессов (какой, например, является Н -етическая энергия звуковых волн) в энергию неупорядоченных ессов (в конечном итоге - в теплоту). Вторая часть уравнения ilmZa Ш мнимая часть) получила название реактивного акустического явления, которое обусловлено силами инерции или силами -гости, податливости или гибкости. Схематическое сопоставление жхквного и реактивного акустических сопротивлений с более широко местными аналогами в механике представлено на рис. 1.2.
Ниже (главы 1.2, 2 и 8) будет подробно изложена процедура 0EC едования акустического импеданса среднего уха при ряде . таенных для аудиологического обследования измерений (сщаланометрия, импедансометрия).
1.2. ОСНОВНЫЕ ЭЛЕКТРОАКУСТИЧЕСКИЕ ПРИБОРЫ, ИСПОЛЬЗУЕМЫЕ ПРИ АУДИОЛОГИЧЕСКОМ ОБСЛЕДОВАНИИ.
Обычно непосредственным источником звука (т.е. излучателем) при Ьяюлогическом обследовании являются головные телефоны. Как »1£ито. в таком обследовании используются электромагнитные
22
Руководство по аудиологии
телефоны. Основной принцип действия телефона состоит в следующем. В телефоне существует постоянный магнитный поток, создаваемый постоянным магнитом. Электрические колебания от любого генератора звука создают переменный магнитный поток. Совокупность постоянного и переменного магнитных потоков вызывает колебания диафрагмы телефона. Эти колебания диафрагмы и создают звуковые колебания, воспринимаемые ухом наблюдателя при прослушивании телефона.
АКУСТИЧЕСКАЯ СИСТЕМА
МЕХАНИЧЕСКАЯ СИСТЕМА
ПОДАТЛИВОСТЬ
ПРОСТРАНСТВО
АКУСТИЧЕСКАЯ ЭНЕРГИЯ
МЕХАНИЧЕСКАЯ ЭНЕРГИЯ
Рис. 1.2. Сравнительная характеристика акустических и механических систем при сопротивлении силе внешнего воздействия.
При пользовании телефонами исключительно важными являются сведения об их амплитудно-частотной характеристике (часто пользуются сокращением "АЧХ"). Данная характеристика описывает амплитуды излучаемых тональных сигналов при их одинаковой интенсивности на разных частотах (рис. 1.3,а). Важность сведений об амплитудно-частотной характеристике иллюстрируется следующим примером. Допустим диапазон воспроизводимых телефоном частот (прямое следствие его
Начальные сведения по акустике и электроакустике
23
амплитудно-частотной характеристики) равен 100-4000 Гц. Заметим, что такие амплитудно-частотные характеристики были весьма типичными для выпускавшихся прежде телефонов, (в настоящее время телефоны имеют значительно более широкие АЧХ). Совершенно очевидно, что подача на такие телефоны синусоидальных электрических колебаний от звукового генератора с частотой, например, 8000 Гц для тестирования восприятия человеком высоких частот, бессмысленно, так как телефон с указанными выше характеристиками эту частоту в виде звуковых колебаний не воспроизведет.
Обычно, хорошей амлитудно-частотной характеристикой принято считать характеристику, если различия в ней не превышают величин рядка +3 дБ в диапазоне тестируемых частот. При наличии больших - ^равномерностей этой характеристики желательно на используемые частоты, попадающие на соответствующие неравномерности, вводить необходимые поправки по интенсивности. Например, если в амплитудно-частотной характеристике на частоте 1000 Гц имеется западение, равное 8 дБ. то при тестировании слуха на этой частоте звуковой сигнал необходимо пилить на эту же величину.
Таким образом, информация об амплитудно-частотной характеристике телефонов приобретает существенное значение, так как при больших различиях амплитуд воспроизведения звукового сигнала на разных частотах .ти вследствие конструктивных ограничений телефона, последний не воспроизводит с одинаковой амплитудой (или вообще не воспроизводит) различные частоты, подаваемые на его вход с выхода генератора. В этом случае нарушение восприятия обследуемым может происходить не из-за тех ли иных нарушений слуховой функции, а в результате несоответствия генерируемого звуковым генератором сигнала и реально воспроизводимого телефоном уровня звукового давления. Частотные характеристики телефонов обычно указываются в заводском паспорте. Вместе с тем, до начала работы и в процессе ее выполнения, весьма желательной является проверка амплитудно-частотных характеристик телефонов. Способы калибровки телефонов изложены ниже.
Следующей характеристикой, которую необходимо учитывать при работе с головными телефонами, является их амплитудная характеристика, которая оценивает амплитуду звукового давления на определенной фиксированной частоте при разном напряжении сигнала на входе телефона. Напомним, что при измерении АЧХ меняется частота сигналов рн определенной фиксированной их амплитуде. Таким образом, различие амплитудно-частотной и амплитудной характеристик состоит в том, что в первом случае фиксировано входное напряжение тона и меняется частота сигнала, а во втором случае фиксирована частота сигнала, а меняется ходное напряжение.
24
Руководство по аудиологии
В идеальном случае амплитудная характеристика должна быть линейной. Это означает, что определенному приращению напряжения на входных клеммах телефона должно соответствовать определенное приращение выходного звукового давления генерируемого телефоном, одинаковое во всем диапазоне подаваемых напряжений. Естественно, что при такой прямой пропорциональности точки отдельных измерений на графике зависимости звукового давления (ось ординат) от уровня напряжения электрического тока на входе телефонов (ось абсцисс) аппроксимируются прямой, в идеальном случае расположенной под углом 45 градусов к абсциссе и ординате (рис. 1.3,6,1). Однако может наблюдаться и определенная нелинейность в амплитудной характеристике излучателей (рис. 1.3,б,2). В этом случае необходимо вводить соответствующие коррективы при подаче входного напряжения на телефон, чтобы получить нужное звуковое давление.
дБ 80] л
& g бо о
X и 5 40 н
0Н-------------------------1-----------—
100 1000 1000
Рис. 1.3. Амплитудно-частотная (а) и амплитудная (б) характеристики излучателя. В "а" - по оси абсцисс - (логарифмическая шкала) - частота сигнала подаваемого на излучатель; в "б” - амплитуда входного напряжения подаваемого на телефон. По оси ординат интенсивность излучаемого сигнала. 1 - линейная ("идеальная"); 2 - нелинейная амплитудно-частотная (а) и амплитудная (б) характеристики.
Начальные сведения по акустике и электроакустике
25
ри использовании в аудиологической практике ряда тестов (так тывагмые бинауральные тесты) звуковые стимулы подаются через два шых телефона на оба уха. В случае использования двух головных ронов (при одновременном или последовательном включении I vobmx сигналов на каждый из телефонов) существенным является
-тво их амплитудно-частотной характеристик. Значительное различие жжх характеристик может привести в аудиологическом обследовании к "Сфавильному суждению о нарушениях слуха в одном из ушей, либо о тлениях бинаурального слуха (см. гл. 3.7).
В аудиологической практике, как правило, используют несколько зных типов сигналов - тональные сигналы (чистые тоны), шумовые । сигналы, короткие звуковые щелчки и речевые сигналы (см. рис. 1.1) Для тучения этих звуковых сигналов используют разные типы приборов. Так, i~i получения тональных сигналов используется семейство генераторов ~ьных сигналов (обычная маркировка отечественных приборов - ГЗ -•г начальных букв "генератор звуковой"), генераторы шумовых сигналов чкировка ГШН - "генератор шума низкочастотный") и генераторы глтульсов (ГИ).
Регулировка интенсивности звука осуществляется прибором, лучившим название аттенюатора. Аттенюатор представляет собой набор сопротивлений, ослабляющих электрическую амплитуду сигнала следовательно, и сам звуковой сигнал) и отградуированный в десятках и единицах дБ (иногда в десятых дБ). Значительно реже и вполне мерно используются аттенюаторы, отградуированные в неперах (Нп). •.тенюаторы включаются последовательно между генератором звука и сдефонами.
Отметим, что все перечисленные выше приборы (генераторы тонов, /ча, коротких импульсов), как правило, имеют встроенные аттенюаторы, помощью которых можно регулировать интенсивность звуковых лггналов.
Если таких встроенных аттенюаторов нет, то весьма важным моментом, эрый необходимо учитывать аудиологу при тестировании слуха с мощью оценки обследуемым звуковых сигналов, является согласование тротивлений между звуковым генератором, аттенюатором и телефонами. Ншример, если входное сопротивления аттенюатора выше выходного зотивления звукового генератора, то реально интенсивность звукового . гнала будет ниже, чем та, которая была предъявлена на вход слуховой слстемы. Поэтому при отсутствии такого согласования можно допустить п лбки в оценке абсолютных значений, в основном интенсивности, гъявляемых сигналов со всеми вытекающими отсюда погрешностями енки слуховой функции.
26
Руководство по аудиологии
Важно отметить, что во всех аудиологических кабинетах имеются приборы, получившие название аудиометров. В настоящее время их насчитывается десятки типов, многие из них оснащены специализированными компьютерами с фиксированными программами, позволяющими обрабатывать полученные данные. Основное назначение аудиометров -измерить пороги слышимости (см. гл. 3) тональных звуковых сигналов у обследуемого на разных частотах. Поэтому главными их компонентами являются генераторы тона, шума, аттенюаторы, а также прилагающиеся телефоны. Кроме того, современные аудиометры оснащены печатающими устройствами (принтерами), позволяющими получать информацию о состоянии слуховой функции на бланках, отпечатанных соответствующим образом (аудиограммах).
Рис. 1.4. Схематическое изображение искуственного уха: 1 - тестируемый телефон;
2 - объем, моделирующий объем наружного уха; 3 - измерительный микрофон.
Рассмотрим процедуру проверки амплитудно-частотных характеристик телефона. Помимо начальной проверки амплитудно-частотных характеристик телефонов (даже в случае наличия заводского паспорта с этими данными такую проверку желательно осуществить), по мере пользования телефонами могут возникнуть те или иные изменения в этих характеристиках. Поэтому такую проверку при регулярном пользовании телефонами рекомендуется проводить не реже одного раза в 2-3 месяца. Для
Начальные сведения по акустике и электроакустике
27
• гибровки телефонов используют соответствующие комплекты а_тпаэатуры. Схематическое изображение искусственного уха представлено - рис 1 4.
Использование искусственного уха требует некоторых разъяснений. Цело в том, что при использовании головных телефонов, с акустической точки зрения, последние работают на замкнутый объем. Имеется в виду •мкнутый объем, создаваемый мембраной головного телефона, —гллегающей к ушной раковине, с одной стороны, и ушной раковиной, -л ружным слуховым проходом и замыкающей его барабанной перепонкой, другой. Искусственное ухо физически моделирует эту ситуацию: объем камеры равен 6 см3, что в среднем должно соответствовать указанному титле замкнутому объему между диафрагмой телефона и барабанной донкой.
В камеру искусственного уха помещается тестируемый телефон, после СТО помещения остается указанный выше объем, равный 6 см3. Замыкает ПЭТ объем измерительный микрофон с известными амплитудно-хтотными характеристиками, близкими к линейным. Далее на разных частотах производится измерение звукового давления, излучаемого В сфоном при разных частотах тонального сигнала, после чего выходной стонал выводится на соответствующее регистрирующее устройство (экран тографа, самописец).
При рассмотрении электроакустических приборов необходимо | _”ить еще одно обстоятельство. Иногда бывает необходимо ждю.тьзовать короткие тональные сигналы (например, длительностью до I 300 мс). В случае использования таких коротких тональных сигналов кодный процесс (момент их включения и выключения) создает кий спектр, а при их малой длительности (10-30 мс) приближает эту короткую тональную посылку к короткому звуковому щелчку, который же характеризуется достаточно широким спектром. Для снятия этих •: желательных эффектов используют специальные электронные ключи, а аюшие короткую тональную посылку из непрерывного, создаваемого 1 говератором тона. Такие ключи обеспечивают включение тональной ркыаки в нулевую или всегда одинаковую фазу тона. Включение . ьной посылки в нулевую или всегда одинаковую фазу тона енно сужает спектр звукового сигнала при его включении, т.е. ижает его к чистому тону. Кроме того, неизбежно имеющиеся . годные процессы при этом всегда идентичны. Для того чтобы стью исключить такой переходный процесс с помощью упомянутых иных ключей создают определенное время нарастания и спада [•слитуды сигнала, что минимизирует спектральные искажения при его ЕВОЧ ении.
Значительную роль в аудиологических исследованиях играет не только I у ный, но и костный путь проведения звука. Костный путь
28
Руководство ио аудиологии
проведения легко обнаруживается при вибрации приложенного к костям черепа звучащих камертонов. Ими широко пользовались в 19-м веке и до середины прошлого столетия. В результате такой стимуляции возникает отчетливое слуховое ощущение. В настоящее время для вызова слухового ощущения при костном проведении звука, наряду с камертонами, пользуются вибраторами. Вибраторы представляют собой устройства, возбуждаемые приложенным к ним синусоидально изменяющимся напряжением разной частоты, что и вызывает слуховое ощущение разной высоты. Отметим, что вибраторы (они должны входить в комплектацию аудиометров), которые прикладываются, как правило, к сосцевидному отростку для появления слухового ощущения, также нуждаются в калибровке. Обычный способ калибровки вибратора состоит в сопоставлении порога слухового ощущения с порогами слышимости, определеными у тех же испытуемых при воздушном способе подведения звуков (субъективный метод калибровки), или в использовании аналога черепа с соответствующей выходной частью, так называемого искусственного мастоида, выпускаемого некоторыми зарубежными фирмами (например, фирмой Брюль и Къер, Дания (Bruel & Kjaer)).
Основные физиологические механизмы, определяющие возникновение слухового ощущения при стимуляции вибраторами (т.е. при костной проводимости), будут рассмотрены ниже (гл. 2).
Предыдущий раздел этой главы завершался изложением основных физических характеристик акустического импеданса. Предваряя последующее изложение (часть 2), отметим, что измерение акустического импеданса играет существенную роль при оценке функционирования звукопроводящей системы среднего уха (барабанная перепонка - цепь слуховых косточек) и деятельности мышц среднего уха при действии звуковых сигналов.
Как видно из рис. 1.5, в измерениях тимпанограммы используются три основных подсистемы (три типа приборов):
1) калиброванный воздушный насос, варьирующий точно измеряемое давление воздуха в наружном слуховом проходе;
2) отградуированная и регулируемая электроакустическая система, состоящая из генератора звука, аттенюатора и звукового излучателя (обозначена как "источник звука" на рис. 1.5) для подачи в наружный слуховой проход звуковых сигналов;
3) отградуированная электроакустическая система (микрофон -анализатор, обозначена как "микрофон" на рис. 1.5), измеряющая звуковое давление в наружном слуховом проходе после предъявления звукового сигнала подсистемой "2".
Выходы первых 2 подсистем и вход третьей подсистемы монтируются в оконечное устройство. Принципиальным при этом является герметическое
Начальные сведения по акустике и электроакустике
29
закрытие наружного слухового прохода оконечным устройством с вмонтированными в него подсистемами приборов. Основной результат измерения состоит в сопоставлении амплитуды звукового сигнала генерирующей звук системы с результатом измерения звукового давления икрофоном 3-й подсистемы. Такое измерение путем несложных, обычно аппаратурных, преобразований позволяет определить акустическое сопротивление системы* среднего уха. В общем виде, тип пропорциональности между тест-сигналом, развивающим звуковое давление в наружном слуховом проходе, и акустическим сопротивлением барабанной перепонки и структур среднего уха имеет диагностическое значение при оценке состояния системы среднего уха в норме и патологии (см. гл. 8).
Рис. 1 5.Схематическое изображение трех подсистем, предназначенных для измерения акустического импеданса.
В заключение укажем, что к настоящему времени имеется большое количество разных типов импедансометров, включающих в себя не только отградуированные все 3 подсистемы измерения акустического импеданса, но и их программное компьютерное сопровождение с определением типа нарушений (если таковые имеются) в тимпанограммах. Кроме того, в этих нстемах предусмотрено графическое выведение информации на лвухкоординатные самописцы или на специализированные принтеры по соответствующим программам компьютерного обеспечения импедан-
летра. Очевидно, что калибровка таких систем может проводиться только специализированных учреждениях.
30 Руководство по аудиологии
РЕКОМЕНДУЕМАЯ ЛИТЕРАТУРА
1. Иофе В.К. Электроакустика// М., Связьиздат, 1954.
2. Ковалгин Ю.Б., Борисенко А.В., Бензель Г.С. Акустические основы стереофонии// М., Связь, 1978.
3. Скучик Е. Основы электроакустики// М., Мир, 1976.
4. Yost W.A. Fundamentals of Hearing. An Introduction// 3rd Ed.- Academic Press, Inc., 1994.
Анатомия и физиология наружного, среднего и внутреннего уха
31
ГЛАВА 2.
АНАТОМИЯ И ФИЗИОЛОГИЯ НАРУЖНОГО, СРЕДНЕГО И ВНУТРЕННЕГО УХА.
2.1. ФУНКЦИОНАЛЬНАЯ АНАТОМИЯ.
На рис. 2.1 представлен поперечный разрез периферического отдела слуховой системы, который подразделяется на наружное, среднее и внутреннее ухо.
Рис. 2.1. Поперечный разрез периферического отдела слуховой системы.
Наружное ухо.
Наружное ухо состоит из двух основных компонентов: ушной раковины и наружного слухового прохода. Оно выполняет различные функции. Прежде всего, длинный (2,5 см) и узкий (5-7 мм) наружный слуховой проход выполняет защитную функцию.
Во-вторых, наружное ухо (ушная раковина и наружный слуховой проход) имеют собственную резонансную частоту. Так, наружный слуховой проход у взрослых имеет резонансную частоту, равную приблизительно 2500 Гц, в то время как ушная раковина - равную 5000 Гц. Это обеспечивает усиление поступающих звуков каждой из этих структур на их резонансной частоте до 10-12 дБ. Усиление или увеличение в уровне звукового давления за счет наружного уха может быть продемонстрировано гипотетическим
32
Руководство по аудиологии
экспериментом. Используя два миниатюрных микрофона, при расположении одного у ушной раковины, а другого - у барабанной перепонки, можно определить этот эффект. При предъявлении чистых тонов различной частоты интенсивностью, равной 70 дБ УЗД (при измерении микрофоном, расположенным у ушной раковины), на уровне барабанной перепонки будут определены уровни, представленные на рис. 2.2. Так, на частотах ниже 1400 Гц у барабанной перепонки определяется УЗД, равный 73 дБ. Эта величина лишь на 3 дБ выше уровня, измеряемого у ушной раковины. При повышении частоты эффект усиления значительно увеличивается и достигает максимальной величины, равной 17 дБ, на частоте 2500 Гц. Функция, обозначенная сплошной линией на рис. 2.2, отражает роль наружного уха в качестве резонатора или усилителя высокочастотных звуков.
Частота (кГц) '
Рис. 2.2. Расчетные изменения звукового давления, создаваемого источником, расположенным в свободном звуковом поле, в месте измерения: ушная раковина, наружный слуховой проход, барабанная перепонка (результирующая кривая) (по Shaw, 1974).
Резонанс наружного уха, представленный на рис. 2.2 сплошной линией, был определен при расположении источника звука непосредственно перед исследуемым на уровне глаз. При поднимании источника звука над головой
Анатомия и физиология наружного, среднего и внутреннего уха
33
завал на частоте 10 кГц смещается в сторону высоких частот, а пик кривой резонанса расширяется и перекрывает больший частотный диапазон, что отображено пунктирными линиями на рис. 2.3. При этом каждая линия отображает различные углы смешения источника звука. Таким образом, наружное ухо обеспечивает "кодирование” смещения объекта в вертикальной плоскости, выраженное в амплитуде спектра звука и, особенно, на частотах выше 3000 Гц.
Частота (кГц)
Рис. 2.3. Зависимость усиления высокочастотных звуков наружным ухом от изменения положения источника звука (объяснения в тексте) (по Shaw, 1974).
Кроме того, четко продемонстрировано, что частотнозависимое повышение УЗД при измерении в свободном звуковом поле и у барабанной перепонки обусловлено в основном эффектами ушной раковины и наружного слухового прохода.
И, наконец, наружное ухо выполняет также локализационную функцию. Расположение ушной раковины обеспечивает наиболее эффективное восприятие звуков от источников, расположенных перед исследуемым. Ослабление же интенсивности звуков, исходящих от источника, расположенного позади испытуемого, и лежит в основе локализации. И, прежде всего, это относится к звукам высоких частот, имеющих короткие длины волн.
Таким образом, к основным функциям наружного уха относятся:
1. защитная;
2. усиление высокочастотных звуков;
1ака>.*К 4286
34
Руководство по аудиологии
3. определение смещения источника звука в вертикальной плоскости;
4. локализация источника звука.
Среднее ухо.
Среднее ухо состоит из барабанной полости, клеток сосцевидного отростка, барабанной перепонки, слуховых косточек, слуховой трубы. У человека барабанная перепонка имеет коническую форму с эллиптическими контурами и площадью около 85 мм2 (лишь 55 мм2 из которых подвержены воздействию звуковой волны). Большая часть барабанной перепонки, pars tensa, состоит из радиальных и циркулярных коллагеновых волокон. При этом центральный фиброзный слой является наиболее важным в структурном отношении. С помощью метода голографии было установлено, что барабанная перепонка колеблется не как единое целое. Ее колебания неравномерно распределены по ее площади. В частности, между частотами 600 и 1500 Гц имеются два выраженных участка максимального смещения (максимальной амплитуды) колебаний. Функциональное значение неравномерного распределения колебаний по поверхности барабанной перепонки продолжает изучаться.
Амплитуда колебаний барабанной перепонки при максимальной интенсивности звука по данным, полученным голографическим методом, равна 2x10 5 см, в то время как при пороговой интенсивности стимула она равна 109 см (измерения Дж. Бекеши). Колебательные движения барабанной перепонки достаточно сложны и неоднородны. Так, наибольшая амплитуда колебаний при стимуляции тоном частотой 2 кГц имеет место ниже umbo. При стимуляции низкочастотными звуками точка максимального смещения соответствует задневерхнему отделу барабанной перепонки. Характер колебательных движений усложняется при увеличении частоты и интенсивности звука.
Между барабанной перепонкой и внутренним ухом располагаются три косточки: молоточек, наковальня и стремя. Непосредственно с перепонкой соединяется рукоятка молоточка, в то время как головка его находится в контакте с наковальней. Длинный отросток наковальни, а, именно, его лентикулярный отросток, соединяется с головкой стремени. Стремя, самая маленькая косточка у человека, состоит из головки, двух ножек и подножной пластинки, располагающейся в окне преддверия и фиксирующейся в нем при помощи аннулярной связки. Таким образом, непосредственная связь барабанной перепонки с внутренним ухом осуществляется через цепь трех слуховых косточек. К среднему уху относятся также две мышцы, располагающиеся в барабанной полости: мышца, натягивающая барабанную перепонку (т.tensor tympani) и имеющая длину до 25 мм, и стременная мышца (т.stapedius), длина которой не превышает 6 мм. Сухожилие стременной мышцы прикрепляется к головке стремени.
-i атомия и физио чогия наружного, среднего и внутреннего уха
35
eiM, что акустический стимул, достигнувший барабанной , может передаваться через среднее ухо к внутреннему уху тремя 1) путем костного звукопроведения через кости черепа твенно к внутреннему уху, минуя среднее ухо; (2) через пространство среднего уха и (3) через цепь слуховых косточек, продемонстрировано ниже, наиболее эффективным является ъ звукопроведения. Однако, обязательным условием при этом эавнивание давления в барабанной полости с атмосферным, что »а|ппествляется при нормальном функционировании среднего уха через а- «. -еву или слуховую трубу. У взрослых слуховая труба направлена I* ». что обеспечивает эвакуацию жидкостей из среднего уха в Мйкжлку. Таким образом, слуховая труба осуществляет две основные Г - 1 во-первых, через нее выравнивается давление воздуха по обе В барабанной перепонки, что является обязательным условием для В льной вибрации барабанной перепонки, и, во-вторых, слуховая фмба обеспечивает дренажную функцию.
Kie указывалось, что звуковая энергия передается от барабанной ки через цепь слуховых косточек (подножную пластинку стремени) еннему уху. Однако, если предположить, что звук передается дственно через воздух к жидкостям внутреннего уха, необходимо о большей величине сопротивления жидкостей внутреннего уха, ению с воздухом. Каково же значение косточек? Если представить людей, пытающихся общаться, когда один находится в воде, а футов на берегу, то следует иметь в виду, что порядка 99,9% звуковой - л будут потеряны. Это означает, что около 99,9% энергии будут I — <ены и лишь 0,1% звуковой энергии достигнет жидкой среды.
НЕ генная потеря соответствует снижению звуковой энергии фиблнзительно на 30 дБ. Возможные потери компенсируются средним •пса* • осредством двух следующих механизмов.
как было отмечено выше, эффективной в плане передачи звуковой а»-- является поверхность барабанной перепонки, площадью в 55 мм2. _ ко же подножной пластинки стремени, находящейся в непосред-рЕ - эм контакте с внутренним ухом, составляет около 3,2 мм2. Давление в *.? быть определено как сила, приложенная к единице площади. И, если а . приложенная к барабанной перепонке, равна силе, достигающей в._- хной пластинки стремени, то давление у подножной пластинки - ни будет больше звукового давления, измеренного у барабанной жре-понки. Это означает, что различие в площадях барабанной перепонки • иодножной пластинки стремени обеспечивает усиление давления, »т*. иного у подножной пластинки, в 17 раз (55/3,2), что в децибелах х» ггетствует 24,6 дБ. Таким образом, если при непосредственной передаче В воздушной среды в жидкостную теряются около 30 дБ, то благодаря религиям в площадях поверхности барабанной перепонки и подножной - . ки стремени отмеченная потеря компенсируется на 25 дБ.
36
Руководство по аудиологии
30
ф s
20 -
10
0
-10
-23
0.03 0.1 0.3 1 3 10
Частота (кГц)
Рис. 2.4. Передаточная функция среднего уха, демонстрирующая увеличение давления в жидкостях внутреннего уха, по сравнению с давлением на барабанную перепонку, на различных частотах, выраженная в дБ (по von Nedzelnitsky, 1980).
Передача энергии от барабанной перепонки к подножной пластинке стремени зависит от функционирования слуховых косточек. Косточки действуют подобно рычажной системе, что, прежде всего, определяется тем, что длина головки и шейки молоточка больше длины длинного отростка наковальни. Эффект же рычажной системы косточек соответствует 1,3. Дополнительное усиление энергии, поступающей к подножной пластинке стремени, обусловливается конической формой барабанной перепонки, что при ее вибрации сопровождается увеличением усилий, приложенных к молоточку, в 2 раза. Все изложенное выше свидетельствует о том, что энергия, приложенная к барабанной перепонке, при достижении подножной пластинки стремени усиливается в 17x1,3x2=44,2 раза, что соответствует 33 дБ. Однако, безусловно, усиление, имеющее место между барабанной перепонкой и подножной пластинкой, зависит от частоты стимуляции. Так, из рис. 2.4 следует, что на частоте 2500 Гц увеличение давления соответствует 30 дБ и выше. Выше этой частоты коэффициент усиления уменьшается. Кроме того, следует подчеркнуть, что отмеченные выше резонансный диапазон раковины и наружного слухового прохода обусловливают достоверное усиление в широком частотном диапазоне, что весьма существенно для восприятия звуков, подобных речи.
Неотъемлемой частью рычажной системы среднего уха (цепи слуховых косточек) являются мышцы среднего уха, которые, обычно находятся в состоянии натяжения. Однако при предъявлении звука интенсивностью в
Анатомия и физиология наружного, среднего и внутреннего уха
37
80 дБ по отношению к порогу слуховой чувствительности (ПЧ) происходит рефлекторное сокращение стременной мышцы. При этом звуковая энергия, передаваемая через цепь слуховых косточек, ослабляется. Величина этого ослабления составляет 0,6-0,7 дБ на каждый децибел увеличения интенсивности стимула над порогом акустического рефлекса (около 80 дБ ПЧ). Ослабление составляет от 10 до 30 дБ для громких звуков и более выражено на частотах ниже 2 кГц, т.е. имеет частотную зависимость. Время рефлекторного сокращения (латентный период рефлекса) колеблется от минимальных значений, равных 10 мс, при предъявлении высокоинтенсивных звуков, до 150 мс - при стимуляции звуками относительно низкой интенсивности.
Другой функцией мышц среднего уха является ограничение искажений (нелинейностей). Это обеспечивается как наличием эластических связок слуховых косточек, так и непосредственным сокращением мышц. С анатомических позиций интересно отметить, что мышцы располагаются в узких костных каналах. Это предотвращает вибрацию мышц при стимуляции. В противном случае имели бы место гармонические искажения, которые передавались бы к внутреннему уху.
Движения слуховых косточек неодинаковы на различных частотах и уровнях интенсивности стимуляции. Благодаря размерам головки молоточка и тела наковальни их масса равномерно распределена вдоль оси, проходящей через две большие связки молоточка и короткого отростка наковальни. На средних уровнях интенсивности цепь слуховых косточек движется таким образом, что подножная пластинка стремени совершает колебания вокруг оси, мысленно проведенной вертикально через заднюю ножку стремени, подобно дверям. Передняя часть подножной пластинки входит и выходит из улитки подобно пистону. Подобные движения возможны благодаря асимметричной длине аннулярной связки стремени. На очень низких частотах (ниже 150 Гц) и на очень высоких интенсивностях характер вращательных движений резко изменяется. Так новая ось вращения становится перпендикулярной отмеченной выше вертикальной оси. Движения стремени приобретают качательный характер: оно колеблется подобно детским качелям. Это выражается тем, что когда одна половина подножной пластинки погружается в улитку, другая движется в противоположном направлении. В результате этого гасятся перемещения жидкостей внутреннего уха. На очень высоких уровнях интенсивности стимуляции и частотах, превышающих 150 Гц, подножная пластинка стремени осуществляет одновременно вращения вокруг обеих осей.
Благодаря столь сложным ротационным движениям дальнейшее повышение уровня стимуляции сопровождается лишь незначительными движениями жидкостей внутреннего уха. Именно эти сложные движения стремени и защищают внутреннее ухо от чрезмерной стимуляции. Однако в
38
Руководство по аудиологии
экспериментах на кошках было продемонстрировано, что стремя совершает пистонообразные движения при стимуляции низкими частотами даже при интенсивности 130 дБ УЗД. При 150 дБ УЗД добавляются вращательные движения. Однако, учитывая то, что мы сегодня имеем дело с тугоухостью, обусловленной воздействием производственного шума, можно заключить, что ухо человека не обладает истинно адекватными защитными механизмами.
При изложении основных свойств акустических сигналов (гл. 1.1) в качестве существенной их характеристики был рассмотрен акустический импеданс. Физические свойства акустического сопротивления или импеданса проявляется в полной мере в функционировании среднего уха. Импеданс или акустическое сопротивление среднего уха складывается из компонентов, обусловленных жидкостями, косточками, мышцами и связками среднего уха. Составными частями его являются резистентность (истинное акустическое сопротивление) и реактивность (или реактивное акустическое сопротивление). Основным резистивным компонентом среднего уха является сопротивление, оказываемое жидкостями внутреннего уха подножной пластинке стремени. Сопротивление, возникающее при смещении подвижных частей, также следует учитывать, однако величина его значительно меньше. Следует помнить, что резистивный компонент импеданса не зависит от частоты стимуляции, в отличие от реактивного компонента. Реактивность определяется двумя составляющими. Первая - это масса структур среднего уха. Она оказывает влияние, прежде всего на высокие частоты, что выражается в увеличении импеданса, обусловленного реактивностью массы при повышении частоты стимуляции. Вторая составляющая - свойства сокращения и растяжения мышц и связок среднего уха. Когда мы говорим о том, что пружина легко растягивается, мы имеем в виду, что она податлива, Если же пружина растягивается с трудом, мы говорим о ее жесткости. Эти характеристики вносят наибольший вклад при низких частотах стимуляции (ниже 1 кГц). На средних частотах (1-2 кГц) оба реактивных компонента подавляют друг друга, и в импедансе среднего уха преобладает резистивный компонент.
Одним из способов измерения импеданса среднего уха является использование электроакустического моста (см. гл. 8). Если система среднего уха достаточно жестка, давление в полости будет выше, чем при высокой податливости структур (когда звук абсорбируется барабанной перепонкой). Таким образом, звуковое давление, измеренное при помощи микрофона, может быть использовано для изучения свойств среднего уха. Часто импеданс среднего уха, измеренный при помощи электроакустического моста, выражается в единицах податливости. Это объясняется тем, что импеданс, как правило, измеряется на низких частотах (220 Гц), и в большинстве случаев измеряются лишь свойства сокращения и растяжения мышц и связок среднего уха. Итак, чем выше
Анатомия и физиология наружного, среднего и внутреннего уха
39
податливость, тем меньше импеданс и тем легче работает система.
При сокращении мышц среднего уха вся система становится менее податливой (т.е. более жесткой). С эволюционных позиций нет ничего странного в том, что при выходе из воды на сушу для нивелирования различий в сопротивлении жидкостей и структур внутреннего уха и воздушных полостей среднего уха эволюция предусмотрела передаточное звено, а именно цепь слуховых косточек. Однако, какими же путями передается звуковая энергия к внутреннему уху при отсутствии слуховых косточек? Прежде всего, внутреннее ухо стимулируется непосредственно вибрациями воздуха в полости среднего уха. И опять-таки, из-за больших различий в импедансе жидкостей и структур внутреннего уха и воздуха жидкости смещаются лишь незначительно. Кроме того, при непосредственной стимуляции внутреннего уха посредством изменений звукового давления в среднем ухе, имеет место дополнительное ослабление передаваемой энергии за счет того, что одновременно задействуются оба входа к внутреннему уху (окно преддверия и окно улитки), а на некоторых частотах звуковое давление передается также и в фазе. Учитывая то, что окно улитки и окно преддверия расположены по разные стороны от основной мембраны, положительное давление, приложенное к мембране окна улитки, будет сопровождаться отклонением основной мембраны в одну сторону, а давление, приложенное к подножной пластинке стремени -отклонением основной мембраны в противоположную сторону. При приложении к обоим окнам одновременно одинакового давления основная мембрана не будет перемещаться, что само по себе исключает восприятие звуков. Снижение слуха, равное 60 дБ, часто определяется у больных, у которых отсутствуют слуховые косточки. Таким образом, следующей функцией среднего уха является обеспечение пути передачи стимула к овальному окну преддверия, что, в свою очередь, обеспечивает смещения мембраны окна улитки, соответствующие колебаниям давления во внутреннем ухе.
Другим путем стимуляции внутреннего уха является костное проведение звука, при котором изменения акустического давления вызывают вибрации костей черепа (прежде всего височной кости), и эти вибрации передаются непосредственно к жидкостям внутреннего уха. Из-за колоссальных различий в импедансе костей и воздуха стимуляция внутреннего уха за счет костного проведения не может рассматриваться как важная составляющая часть нормального слухового восприятия. Однако, если источник вибраций прикладывается непосредственно к черепу, внутренне ухо стимулируется за счет проведения звуков через кости черепа. Различия в импедансе костей и жидкостей внутреннего уха весьма незначительны, что способствует частичной передаче звука. Измерение слухового восприятия при костном проведении звуков имеет большое практическое значение при патологии среднего уха.
40
Руководство по аудиологии
Внутреннее ухо.
Прогресс в изучении анатомии внутреннего уха определился развитием методов микроскопии и, в частности, трансмиссионной и сканирующей электронной микроскопии.
Полукружные
Рис. 2.5. Костный лабиринт
Внутреннее ухо млекопитающих состоит из ряда мембранозных мешков и протоков (формирующих мембранозный лабиринт), заключенных в костную капсулу (костный лабиринт), расположенную, в свою очередь, в твердой височной кости. Костный лабиринт, как это показано на рис. 2.5, подразделяется на три основные части: полукружные каналы, преддверие и улитку. В двух первых образованиях расположена периферическая часть вестибулярного анализатора, в улитке же расположен периферический отдел слухового анализатора. Улитка у человека имеет 2 3/4 завитка. Самый большой завиток - это основной завиток, самый маленький - верхушечный завиток. К структурам внутреннего уха также относятся овальное окно, в котором расположена подножная пластинка стремени, и круглое окно. Улитка слепо заканчивается в третьем завитке. Центральная ось ее называется модиолюсом.
На рис. 2.6 представлен поперечный разрез улитки, из которого следует, что улитка подразделена на три отдела: лестницу преддверия, а также барабанную и срединную лестницы. Спиральный канал улитки имеет длину 35 мм и частично разделяется по всему длиннику тонкой костной спиральной пластинкой, отходящей от модиолюса (osseus spiralis lamina) (рис. 2.6.). Продолжает ее, основная мембрана (membrana basilaris) соединяющаяся с наружной костной стенкой улитки у спиральной связки, завершая тем самым разделение канала (за исключением небольшого отверстия у верхушки улитки, называемого helicotrema). Лестница преддверия простирается от овального окна, расположенного в преддверии, до helicotrema. Барабанная лестница простирается от круглого окна и также до helicotrema. Спиральная связка, являясь соединяющим
Анатомия и физиология наружного, среднего и внутреннего уха
41
звеном между основной мембраной и костной стенкой улитки, поддерживает в то же время и сосудистую полоску. Большая часть спиральной связки состоит из редких фиброзных соединений, кровеносных сосудов и клеток соединительной ткани (фиброцитов). Зоны же, расположенные вблизи от спиральной связки и спирального выступа, включают больше клеточных структур, а также большие митохондрии. Спиральный выступ отделяется от эндолимфатического пространства слоем эпителиальных клеток.
Рейсснерова мембрана
покровная мембрана
лестница преддверия (перилимфа)
спиральная связка
пограничные клетки внутренней бороздки
сосудистая полоска
спиральный сосуд
улитковый нерв
костная спиральная пластинка
тимпанальны
слой основная мембрана
habenula perforata барабанная лестница
" „г.а
Гензена
туннель
Корти
срединная лестница
(эндолимфа)
ретикулярная пластинка
фалангеальный отросток
клетки Гензена
клепсиДейтвреа (перилимфа)
внутренняя спиральная
спиральный выступ
Рис. 2.6. Поперечный разрез улитки (обозначения в тексте).
От костной спиральной пластинки кверху в диагональном направлении отходит тонкая Рейсснерова мембрана, прикрепляемая к наружной стенке улитки несколько выше основной мембраны. Она простирается вдоль всего длинника улитки и соединяется с основной мембраной у helicotrema. Таким образом, формируется улитковый ход {ductus cochlearis) или, срединная лестница, ограниченный сверху Рейсснеровой мембраной, снизу -основной мембраной, и снаружи - сосудистой полоской. Сосудистая полоска - это основная сосудистая зона улитки. Она имеет три основных слоя: маргинальный слой темных клеток (хромофилы), средний слой светлых клеток (хромофобы), а также основной слой. В пределах этих слоев проходит сеть артериол. Поверхностный слой полоски формируется исключительно из больших маргинальных клеток, которые содержат множество митохондрий и ядра которых расположены вблизи к эндолимфатической поверхности. Маргинальные клетки составляют основную часть сосудистой полоски. Они имеют пальцеобразные отростки, обеспечивающие тесную связь с аналогичными отростками клеток срединного слоя. Базальные клетки прикрепляются к спиральной связке,
42
Руководство по аудиологии
имеют плоскую форму и длинные отростки, проникающие в маргинальный и срединный слои. Цитоплазма базальных клеток аналогична цитоплазме фиброцитов спиральной связки. Кровоснабжение сосудистой полоски осуществляется спиральной модиолярной артерией через сосуды, проходящие через лестницу преддверия к латеральной стенке улитки. Собирающие венулы, расположенные в стенке барабанной лестницы, направляют кровь в спиральную модиолярную вену. Сосудистая полоска осуществляет основной метаболический контроль улитки.
Барабанная лестница и лестница преддверия содержат жидкость, называемую перилимфой, в то время как срединная лестница содержит эндолимфу. Ионный состав эндолимфы соответствует составу, определяемому внутри клетки, и характеризуется высоким содержанием калия и низкой концентрацией натрия. Например, у человека концентрация Na равна 16 мМ; К - 144,2 мМ; С1 -114 мэкв/л. Перилимфа, наоборот, содержит высокие концентрации натрия и низкие концентрации калия (учеловекаКа - 138 мМ, К- 10,7 мМ, О - 118,5 мэкв/л) что по составу соответствует экстрацеллюлярной или спинномозговой жидкостям. Поддержание отмеченных различий в ионном составе эндо- и перилимфы обеспечивается наличием в мембранозном лабиринте эпителиальных пластов, имеющих множество плотных, герметичных соединений.
Рис 2.7. Схематическое отображение размеры основной мембраны (а) и лестниц улитки (б) человека (пояснения в тексте) (по Fletcher, 1953).
Большая часть основной мембраны состоит из радиальных волокон диаметром 18-25 мкм, формирующих компактный однородный слой, заключенный в гомогенную основную субстанцию. Структура основной мембраны существенно отличается от основания улитки к верхушке. У основания - волокна и покровный слой (со стороны барабанной лестницы) расположены более часто, по сравнению с верхушкой. Кроме того, в то время как костная капсула улитки уменьшается по направлению к
Анатомия и физиология нарулсного, среднего и внутреннего уха
43
верхушке, основная мембрана при этом расширяется (см. рис. 2.7). Так у основания улитки основная мембрана имеет ширину 0,16 мм, в то время как у helicotrema ширина ее достигает 0,52 мм. Отмеченный структурный фактор лежит в основе градиента жесткости вдоль длинника улитки, определяющий распространение бегущей волны и способствующий пассивной механической настройке основной мембраны.
Рис. 2.8. Физические характеристики основной мембраны. Поперечные разрезы органа Корти у основания (а) и верхушки (б) свидетельствуют о различиях в ширине и толщине основной мембраны, (в) и (г) - сканирующие электронные микрофотограммы основной мембраны (вид со стороны барабанной лестницы) у основания и верхушки улитки (д) Суммарные физические характеристики основной мембраны человека.
Измерение различных характеристик основной мембраны легло в основу модели мембраны, предложенной Бекеши, описавшего в своей гипотезе слухового восприятия сложный паттерн ее движений. Из его гипотезы следует, что основная мембрана человека представляет собой толстый слой плотно расположенных волокон длиной порядка 34 мм, направленных от основания к helicotrema. Основная мембрана у верхушки шире, более мягкая и без какого-либо натяжения. Базальный конец ее уже,
44
Руководство по аудиологии
более жесткий, чем апикальный, может находиться в состоянии некоторого натяжения. Перечисленные факты представляют определенный интерес при рассмотрении вибраторных характеристик мембраны в ответ на акустическую стимуляцию.
Рис. 2.9. Схематическое изображение поперечного разреза срединной лестницы улитки (органа Корти).
Рис. 2.10. Световая микрофотограмма поперечного разреза органа Корти шиншилы: ВВК- внутренние волосковые клетки; НВК - наружные волосковые клетки; НСК, ВСК - наружные и внутренние столбовые клетки; ТК - туннель Корти; ОС - основная мембрана; ТС - тимпанальный слой клеток ниже основной мембраны; Д, Г - опорные клетки Дейтерса и Гензена; ПМ - покровная мембрана; ПГ - полоска Гензена; КВБ - клетки внутренней бороздки; РВТ-радиальное нервное волокно туннеля.
Таким образом, градиент жесткости основной мембраны обусловлен различиями в ширине ее, которая увеличивается по направлению к верхушке, толщине, которая уменьшается по направлению к верхушке, и
Анатомия и физиология наружного, среднего и внутреннего уха
45
анатомическим строением мембраны. Эти факторы продемонстрированы на рис.2.8. Справа представлена базальная часть мембраны, слева -верхушечная. На сканирующих электронномикрограммах продемонстрирована структура основной мембраны со стороны барабанной лестницы. Четко определяются отличия в толщине и частоте расположения радиальных волокон между основанием и верхушкой.
В срединной лестнице на основной мембране расположен орган Корти (см. рис. 2.9 и 2.10). Наружные и внутренние столбовые клетки формируют внутренний туннель Корти, заполненный жидкостью, называемой кортилимфой. Кнутри от внутренних столбов располагается один ряд внутренних волосковых клеток (ВВК), а кнаружи от наружных столбов -три ряда клеток меньшего размера, называемых наружными волосковыми клетками (НВК), и опорные клетки.
Рис. 2.11. Сканирующая электронномикрограмма, иллюстрирующая опорную структуру органа Корти, состоящую из клеток Дейтерса (Д) и их фалангеальных отростков (ФО) (опорная система наружного третьего ряда НВК (НВКЗ)). Фалангеальные отростки, отходящие от верхушки клеток Дейтерса, формируют часть ретикулярной пластинки у верхушки волосковых клеток. Стереоцилии (Сц) располагаются над ретикулярной пластинкой (по I.Hunter-Duvar).
Клетки Дейтерса и Гензена поддерживают НВК сбоку; аналогичную функцию, но по отношению к ВВК, выполняют пограничные клетки внутренней бороздки. Второй тип фиксации волосковых клеток осуществляется ретикулярной пластинкой, которая удерживает верхние концы волосковых клеток, обеспечивая их ориентацию. Наконец, третий тип
46
Руководство по аудиологии
осуществляется также клетками Дейтерса, но расположенными ниже волосковых клеток: одна клетка Дейтерса приходится на одну волосковую клетку.
Верхний конец цилиндрической клетки Дейтерса имеет чашеобразную поверхность, на которой и располагается волосковая клетка. От этой же поверхности отходит к поверхности органа Корти тонкий отросток, формирующий фалангеальный отросток и часть ретикулярной пластинки (рис. 2.11). Эти клетки Дейтерса и фалангеальные отростки и формируют основной вертикальный опорный механизм для волосковых клеток.
Рис. 2 12 А. Трансмиссионная электрономикрофотограмма ВВК. Стереоцилии (Сц) ВВК проецируются в срединную лестницу (СЛ), а их основание погружено в кутикулярную пластинку (КП). Н - ядро ВВК, ВСП - нервные волокна внутреннего спирального узла; ВСК, НСК - внутренние и наружные столбовые клетки туннеля Корти (ТК); НО - нервные окончания; ОМ - основная мембрана
Б. Трансмиссионная электрономикрофотограмма НВК Определяется четкое различие в форме НВК и ВВК. НВК располагается на углубленной поверхности клетки Дейтерса (Д). У основания НВК определяются эфферентные нервные волокна (Э). Пространство между НВК называется Нуэлевым пространством (НП) В пределах его определяются фалангеальные отростки (ФО)
Форма НВК и ВВК существенно отличается (см. рис. 2.12А и 2. 12Б). Верхняя поверхность каждой ВВК покрыта кутикулярной мембраной, в которую погружены стереоцилии. Каждая ВВК имеет около 40 волосков, выстроенных в два или более рядов U-образной формы (рис. 2.13).
Анатомия и физиология наружного, среднего и внутреннего уха
47
Свободным от кутикулярной пластинки остается лишь небольшой участок поверхности клетки, где и располагается базальное тело или измененная киноцилия. Базальное тело расположено у наружного края ВВК, в удалении от модиолюса.
Верхняя поверхность НВК содержит около 150 стереоцилий, расположенных в трех или более рядах V- или W-образной формы на каждой НВК (рис. 2.13).
Рис. 2.13 Сканирующая электрономикрограмма верхушки органа Корти после удаления покровной мембраны. Четко определяются один ряд ВВК и три ряда НВК. Между НВК и ВВК видны головки внутренних столбовых клеток (ВСК). Между верхушками рядов НВК определяются верхушки фалангеальных отростков (ФО). Опорные клетки Дейтерса (Д) и Гензена (Г) располагаются у наружного края. W-образная ориентация ресничек НВК наклонена по отношению к ВВК. При этом наклон различен для каждого ряда НВК (по I.Hunter-Duvar).
Верхушки самых длинных волосков НВК (в ряду, удаленном от модиолюса) находятся в контакте с гелеобразной покровной мембраной, которая может быть описана как бесклеточный матрикс, состоящий из золокон, фибрилл и гомогенной субстанции. Она простирается от спирального выступа к наружному краю ретикулярной пластинки. Толщина покровной мембраны увеличивается от основания улитки к верхушке. Основная часть мембраны состоит из волокон диаметром 10-13 нм, исходящих от внутренней зоны и идущих под углом 30° к верхушечному завитку улитки. По направлению к наружным краям покровной мембраны волокна распространяются в продольном направлении. Средняя длина стереоцилий зависит от положения НВК вдоль длинника улитки. Так, у верхушки их длина достигает 8 мкм, в то время как у основания - не превышает 2 мкм.
48
Руководство по аудиологии
Количество же стереоцилий уменьшается по направлению от основания к верхушке. Каждая стереоцилия имеет форму булавы, которая расширяется от основания (у кутикулярной пластинки -130 нм) к верхушке (320 нм). Между стереоцилиями существует мощная сеть перекрестов, таким образом, большое количество горизонтальных соединений связывают стереоцилии, расположенные как в одном и том же, так и в разных рядах НВК (латерально и ниже верхушки). Кроме того, от верхушки более короткой стереоцилии НВК отходит тонкий отросток, соединяющийся с более длинной стереоцилией следующего ряда НВК (рис. 2.14).
Рис. 2 14. Схема структуры стереоцилий и их связей. ПС - перекрестные соединения; КП - кутикулярная пластинка; С - соединение в пределах ряда; К - корень; Сц - стереоцилия; ПМ - покровная мембрана.
Каждая стереоцилия покрыта тонкой плазматической мембраной, под которой расположен цилиндрический конус, содержащий длинные волокна, направленные вдоль длинника волоска. Эти волокна состоят из актина и других структурных протеинов, находящихся в кристаллообразном состоянии и придающих ригидность стереопилиям.
2.2. МЕХАНИКА УЛИТКИ.
Акустическая энергия передается к внутреннему уху через вибраторные движения подножной пластинки стремени. Дальнейшее преобразование механической энергии происходит за счет очень важной части слухового процесса, а именно, за счет механики улитки внутреннего уха.
Краткая схема основной последовательности операций в улитке внутреннего уха, состоит в переходе от колебаний стремечка у овального
Анатомия и физиология наружного, среднего и внутреннего уха
49
окна к колебаниям жидкостных сред улитки, затем к колебаниям базилярной мембраны, смещениям расположенных на ней рецепторов, возбуждению рецепторных клеток (возникновению в них рецепторных потенциалов), в результате чего возбуждаются окончания волокон слухового нерва. Следует отметить, что наши знания о трансдукционных процессах в улитке все еще остаются несовершенными. И, хотя основные теоретические представления о работе улитки внутреннего уха были сформулированы еще Г. Гельмгольцем (перевод Warren R.M., Warren R., 1968) (принцип "места", см. ниже), а подтверждающие эти представления экспериментальные данные были получены несколько десятилетий назад, в частности, Бекеши (механика улитки) и Даллосом (электрофизиология х литки), лишь только сейчас существующие пробелы были заполнены новыми сведениями, хотя все еще остается много открытых вопросов.
а НАПРАВЛЕНИЕ РАСПРОСТРАНЕНИЯ ВОЛНЫ
Рис 2.15. Мгновенная характеристика бегущей волны вдоль основной мембраны: (а) характеристика мембраны при теоретическом представлении ее в виде резиновой мембраны; (б) отображение вибраций основной мембраны при учете фиксации ее с обоих концов, что выражается в поперечных и радиальных колебаниях (по Tonndorf, 1960).
Изменение эластичности мембраны круглого окна или длины улиткового канала не оказывают влияния на вибрационную характеристику основной мембраны (равно как и изменение положения стремени или замена жидкости). Из сказанного следует, что вибрационные свойства зависят, прежде всего, непосредственно от характеристик основной мембраны, а именно, от ее эластичности и ширины. Кроме того, они определяются состоянием внутреннего уха. Незначительные изменения или повреждения внутреннего уха ведут к достоверным изменениям в биомеханике улитки. Принципиальным моментом при колебаниях основной мембраны является то, что каждый локальный участок основной мембраны колеблется с частотой, соответствующей частоте стимула. Другими словами, максимум колебаний основной мембраны при действии
. ЧК42Я6
50
Руководство по аудиологии
разных частот тонального сигнала находится в разных местах основной мембраны, что и является реализацией принципа "места", сформулированного Г.Гельмгольцем. В последующем изложении эти явления в улитке внутреннего уха будут рассмотрены более подробно.
Как уже было отмечено выше, основная мембрана расширяется по направлению от стремени к helicotrema, равно как и то, что она становится менее натянутой. Иными словами, истинная частота вибраций основной мембраны понижается по направлению к helicotrema. Учитывая различия в жесткости, как уже отмечалось, максимальная амплитуда вибраций при стимуляции различными частотами возникает в различных точках вдоль основной мембраны. Ответом основной мембраны является бегущая волна, распространяющаяся к верхушке.
На рис. 2.15 приведены две мгновенные характеристики бегущей волны. Верхний рисунок представляет более реалистичную характеристику, по сравнению с обычно изображаемой картиной (нижний), так как основная мембрана отображена имеющей две точки фиксации и, соответственно, колеблющейся в ответ на звуковую стимуляцию как в поперечном (медиальном), так и в продольном направлении. Дополнительная информация представлена на рис. 2.16.
Рис. 2.16. Четыре мгновенные характеристики бегущей волны. Огибающая (сплошная линия) построена соединением всех точек максимальной амплитуды (по Ranke, 1942).
Приведенные мгновенные временные характеристики свидетельствуют о том, что одна часть основной мембраны может быть смещена в сторону барабанной лестницы, в то время как другая (активированная) часть - в противоположном направлении. Отмеченная динамика отображена и на рис. 2.15. Эти различия в направлении перемещения основной мембраны могут быть рассмотрены как результат локальных различий в фазе между вибрационными характеристиками двух частей мембраны. Это локальное различие в фазе более выражено в верхушечной части.
Анатомия и физиология наружного, среднего и внутреннего уха
51
Из приведенных рисунков следует, что волна, распространяющаяся в сторону верхушки, равно как и ее огибающая, достигают максимума, а к ,ч резко уменьшаются в области основной мембраны, соответствующей стоте стимуляции.
Эти важные экспериментальные результаты, впервые полученные и санные Бекеши, как уже указывалось, явились подтверждением иннипа "места" при .частотном анализе улитки. В одной серии • спериментов Бекеши открывал окно улитки и непосредственно - . Ъиодал и измерял огибающую бегущей волны.
Рис 2.17. Мгновенные характеристики и огибающие бегущей волны, определенные на трех различных частотах. Обратите внимание на то, что точка максимального смещения основной мембраны расположена у верхушки при стимуляции низкой частотой, в то время как при стимуляции высокой частотой она локализуется у основания. При этом низкие частоты наряду с верхушечной областью стимулируют и основание улитки, в то время как высокие частоты - лишь основание (по Zemlin, 1968).
На рис. 2.17 схематически представлены улитка и огибающие бегущей волны, возникшей в ответ на стимулы трех различных частот. Мгновенная форма волны продемонстрирована также для каждого конкретного случая. Для самой низкой частоты (60 Гц) максимальное смещение огибающей соответствует верхушке улитки, в то время как для высокой частоты (2 кГц) оно соответствует основанию.
Как следует из рис. 2.17, низкие частоты наряду с верхушечной областью улитки стимулируют и ее базальные отделы, в то время как смешения основной мембраны, обусловленные высокочастотной
52
Руководство по аудиологии
стимуляцией, ограничиваются лишь базальным отделом улитки. При этом распространения бегущей волны от максимального смещения основной мембраны в сторону верхушки при стимуляции высокими частотами не происходит, в то время как при всех частотах стимуляции вовлеченной оказывается часть основной мембраны, расположенная у основания улитки.
Таким образом, можно заключить, что бегущая волна всегда берет начало от основания улитки (вызывается вибраторными колебаниями подножной пластинки стремени) и распространяется к верхушке.
Рис. 2 18 (А) Огибающие бегущей волны для четырех различных частот. (Б) Сдвиг фазы в градусах между смещением стремени и участка основной мембраны. При расчете периода синусоидальной волны и величины сдвига фазы можно рассчитать время, необходимое бегущей волне для достижения определенной точки на основной мембране (по von Bekesy, 1947).
Если измерить фазовые соотношения между вибрациями стремени и отдельных участков вдоль основной мембраны при стимуляции различными частотами, можно рассчитать время, необходимое для прохождения бегущей волны до определенного участка на основной мембране. На рис. 2.18 показан сдвиг фазы между точкой на мембране (горизонтальная ось) и смещением стремени. Например, тон частотой в 200 Гц вызывает вибрацию, смещающуюся по фазе при движениях стремени, на расстоянии 20 мм от основания стремени. На расстоянии 27 мм вибрация, вызванная тоном, частотой 200 Гц, смещена по фазе на 180°, по отношению к стремени. Так как тон частотой 200 Гц имеет период, равный 5 мс, сдвиг фазы, равный 180°, означает, что вибрация участка, расположенного на расстоянии 27 мм от стремени, возникает через 2,5 мс (что соответствует полупериоду) после смещения стремени. Это означает, что задержка между смещением у основания улитки и ее верхушки сопровождается при стимуляции различными частотами различным
Анатомия и физиоюгия наружного, среднего и внутреннего уха
53
сдвигом фазы вдоль улитковой перегородки. Учитывая же, что временная задержка (между основанием и верхушкой) является величиной относительно постоянной, сдвиг фазы зависит от частоты стимуляции. Кроме того, величина смещения основной мембраны увеличивается при повышении интенсивности стимуляции. Бекеши продемонстрировал, что высокочастотный срез огибающей вибраторных движений локализуется у верхушки при использовании низкочастотных стимулов, в то время как при высокочастотной стимуляции он четко фиксирован у основания.
Таким образом, основными характеристиками основной мембраны являются:
1) Базальный отдел основной мембраны оптимально отвечает на высокочастотную стимуляцию, хотя реагирует также и на стимуляцию низкими частотами. Апикальный отдел основной мембраны реагирует только на низкочастотную стимуляцию.
2) Между началом движения стремени и вибрацией апикального отдела основной мембраны существует временная задержка. Это ведет к тому, что высокочастотная стимуляция вызывает максимальное смещение в базальном отделе основной мембраны. Низкочастотные стимулы до стимуляции апикальной части приводят в состояние вибрации базальный отдел основной мембраны, хотя амплитуда его смещения и невелика. Высокочастотные же стимулы вызывают максимальное смещение базального отдела улитковой перегородки, в то время как апикальный отдел остается интактным.
При постоянной стимуляции средней интенсивности максимальное смещение определенных участков основной мембраны может быть вызвано лишь одной частотой, хотя более низкочастотные стимулы также могут вызывать вибрацию этого участка, однако, меньшую по величине.
Таким образом, каждый участок (локус) основной мембраны может быть рассмотрен как фильтр с крутым высокочастотным срезом. Это означает, что каждый конкретный участок улитковой перегородки пропускает лишь частоты, ниже частоты, соответствующей данному участку. Однако, исходя из того, что эффективное смещение данного участка мембраны стимулами низких частот уменьшается по мере снижения частоты, можно говорить и о плавном низкочастотном срезе фильтра. Из этого следует, что каждый участок основной мембраны функционирует как полосовой фильтр.
Применение методики, основанной на регистрации эффекта Мёссбауэра, показало, что при использовании различных частот и интенсивностей для вызывания смещения основной мембраны в улитке шиншиллы на определенную величину (1,9x10 scm) минимальная интенсивность, вызывающая это смещение, соответствовала 8350 Гц. Это означает, что для достижения аналогичного смещения при использовании
54
Руководство по аудио погии
тонов более низких и высоких частот необходимо увеличение интенсивности.
Измерения биомеханического ответа внутреннего уха могут быть осуществлены различными способами. Смещения различных участков основной мембраны могут быть измерены при использовании фиксированных интенсивностей стимуляции, как это продемонстрировано нами ранее. Если же критерием избирается постоянная величина смещения основной мембраны, то при использовании различных частот и интенсивностей стимуляции может быть получена, так называемая, настроечная кривая основ-ной мембраны, которая в данном случае должна рассматриваться как кривая изочувствительности. Возможно также измерение смещений основной мембраны в фиксированной точке при стимуляции тонами различных частот, но одинаковой интенсивности. Однако при всех способах измерений при выборе интенсивности необходимо учитывать фактор передаточной функции наружного и среднего уха.
Смещения основной мембраны не являются линейными. Известно, что многие системы при стимуляции функционируют нелинейно, в результате чего ими продуцируются нелинейные продукты искажения, такие как гармоники и разностные тоны.
/,(13 33) 100, I /2(16 66)
100 дБ I
1
OS 10 15 20
Рис 2.19. Спектр амплитуды вибраций основной мембраны шиншиллы, стимулируемый комплексом, состоящим из двух тонов (f| = 13,33 кГц и f2= 16,66 кГц). Амплитуды выражены в единицах скорости (мкм/с) смешения, измеряемого при помоши лазерной интерферометрии (по Ruggero et al., 1992).
На рис. 2.19 отображена вибрация’ основной мембраны в ответ на двухтоновый комплекс, состоящий из двух тонов равной амплитуды с частотами 13,33 и 16,66 кГц. Спектр амплитуды смещения основной мембраны включает обе частоты, присутствующие в комплексном стимуле, что означает, что в смещении основной мембраны присутствуют частоты обоих стимулирующих тонов. Однако имеет место также и вибрация на частоте 10 кГц, частоте, отсутствующей в стимуле. 10 кГц являются частотой нелинейного тона, называемого кубическим разностным тоном и имеющего частоту, равную 2f| - f2 (т.е., 2x13,33 кГц - 16,66 кГц = 10,00 кГц).
Анатомия и физиология наружного, среднего и внутреннего уха
55
Четкая информация о смещениях основной мембраны и органа Корти крайне необходима для понимания связи между нервным и биомеханическим ответами. При этом если между ними существуют определенные различия, необходимо предполагать наличие некоторого дополнительного механизма, обеспечивающего преобразование биомеханического ответа в нервный ответ.
точка крепления
покровной мембраны _ покровная мембрана
спиральный выступ А Й НВК положение в покое
rods of Corti f\ уОу vSy vQy основная мембрана
---------------------() -
точка крепления
Б костная спиральная основной мембраны спиральная связка
пластинка
Рис. 2.20. Схематическое отображение режущих сил, возникающих между волосковой клеткой и покровной мембраной, в результате смещения основной мембраны. (А) Режущая сила, возникающая при смещении основной мембраны в сторону лестницы преддверия. (Б) Связь между волосковыми клетками и покровной мембраной при отсутствии стимуляции. (В) Режущие силы, возникающие в направлении, противоположном указанному на рис. (А). Считается, что смещение волосков вызывает активацию нейронов у основания волосковых клеток (по Zemlin, 1968).
Волосковые клетки стимулируются за счет сгибания стереоцилий. Покровная мембрана, расположенная в верхней части органа Корти, колеблется одновременно со смещением основной мембраны. Однако, колебания эти существенно отличаются, в основе чего лежат различия в их структуре и фиксации. Как это продемонстрировано на рис. 2.20, покровная мембрана с одной стороны прикрепляется к спиральной полоске, в то время как модиолярный конец основной мембраны прикрепляется к костной спиральной пластинке. При смещении основной и покровной мембран, колебания их происходят вокруг различных осей, что ведет к возникновению режущих движений, воспринимаемых через стереоцилии и вызывающих, предположительно, стимуляцию нервных окончаний у основания НВК. Происходит деполяризация волосковой
56
Руководство по аудиологии
клетки и возникновение генераторного потенциала. Итак, следует подчеркнуть еще раз, что, механическая энергия преобразуется в электромеханическую активность за счет сгибания стереоцилий. На рис. 2.21 детально отображена структура стереоцилий и связей между ними. Считается, что передача и преобразование энергии происходит у верхушки волосковой клетки в области стереоцилий.
Рис. 2.21. Микрофотограмма стереоцилий и соединяющих их мостиков (обозначены стрелками). В правом верхнем углу под большим увеличением представлены соединительные мостики у верхушки стереоцилии (по Osborn et al., 1988)
Из экспериментов на изолированных волосковых клетках при дозированном перемещении стереоцилий при помощи микропипетки и регистрации электрической активности внутри и вне клетки следует, что верхушка волосковой клетки или область у основания наиболее коротких стереоцилий и является наиболее вероятным местом преобразования энергии.
2.3. МОТИЛЬНОСТЬ ВОЛОСКОВЫХ КЛЕТОК.
Итак, мы описали изменения, имеющие место в органе Корти при подаче звука, как пассивную реакцию тканей на вибрацию. Однако реакция НВК на звук является активным ответом, выражающимся в удлинении и сокращении НВК. ВВК не обладают этим свойством, называемым мотильностью.
Изменение размера НВК и, прежде всего, ее длины происходит в двух различных временных шкалах: это быстрая мотильность (изменения, проявляющиеся в пределах 0,15-0,2 мс после предъявления стимула), которая может осуществляться в соответствии с периодами звуковой стимуляции на многих частотах, и медленная мотильность (медленные
Анатомия и физиология наружного, среднего и внутреннего уха
57
.вменения в длине НВК, имеющие место через несколько секунд после стимуляции), которая может отражать некоторые медленные биохимические процессы, такие как те, которые происходят при сокращении мышц.
сокращение
удлинение
Рис. 2.22. А - Микрофотограмма, демонстрирующая изменения длины НВК, вызванные электрической стимуляцией; Б - схема эксперимента.
Известно, что НВК содержат некоторые протеины (актины), необходимые для сокращения мышцы, и могут удлиняться и сокращаться в соответствии с теми же принципами (рис. 2.22). И, хотя все еще неизвестно, какую роль играет мотильность НВК в трансдукционных процессах улитки, мотильность лежит в основе изменения основных структур внутреннего уха. Исходя из того, что НВК посредством стереоцилий контачат с покровной мембраной, изменения в длине НВК могут сопровождаться изменениями в связях между покровной и основной мембранами.
2.4. ОТОАКУСТИЧЕСКАЯ ЭМИССИЯ.
В 1978 г. английский ученый Kemp впервые описал феномен, получивший название "отоакустическая эмиссия”, который представляет собой звуки, регистрируемые в наружном слуховом проходе и отражает активные процессы, происходящие в улитке (см. гл. 10). Мотильность НВК, а также способность улитки к спонтанному или вызванному излучению звука, свидетельствуют о том, что во внутреннем ухе имеют место активные процессы. При этом мотильность НВК и лежит в основе генерации отоакустической эмиссии. Это означает, что, когда звук достигает улитки, структуры внутреннего уха не только отвечают непосредственной вибрацией на звуковую стимуляцию, но и некоторые структуры (а именно, НВК) при этом продуцируют собственный ответ. Наличие подобных активных процессов, возможно, необходимо для объяснения очень низкой чувствительности внутреннего уха к звуковой стимуляции и высокой способности к определению частоты звука.
58
Руководство по аудиологии
2.5. ИННЕРВАЦИЯ УЛИТКИ. СТРУКТУРА СЛУХОВОГО НЕРВА.
Иннервация улитки осуществляется афферентной системой, включающей нейроны, передающие информацию к центральной нервной системе, а также эфферентными нейронами, обеспечивающими нисходящий контроль улитки и автономных нервных волокон.
Афферентная иннервация.
Биполярные клеточные тела афферентных нейронов располагаются в спиральном ганглии. Их периферическая часть проходит в орган Корти и иннервирует сенсорные клетки, в то время как их центральный аксон формирует слуховой нерв и оканчивается в улитковых ядрах. Центральные аксоны за пределами habenula perforata имеют миелиновую оболочку (в пределах органа Корти миелиновая оболочка отсутствует). Биполярные клетки спирального ганглия также покрыты миелиновым слоем, исключающим электрический контакт между нейронами.
Рис. 2.23. Распределение афферентных и эфферентных волокон в улитке. HP -habenula perforata, BP - внутренние радиальные волокна (тип 1); НС -наружные спиральные волокна (Тип 2).
На рис. 2.23 приведена схема иннервации улитки млекопитающих. Афферентные нейроны включают два основных типа волокон: внутренние радиальные волокна (Тип 1), иннервирующие исключительно ВВК и составляющие подавляющее большинство афферентов (85-95%), и наружные спиральные волокна (Тип 2), иннервирующие НВК. Последние составляют около 5-15% от общего количества афферентных нейронов. Каждое радиальное волокно оканчивается на основании одной или двух ВВК и через отверстие в habenula perforata (костная спиральная пластинка)
Анатомия и физиология наружного, среднего и внутреннего уха
59
направляются к модиолюсу. Так, у кошки имеется около 45000-50000 афферентных волокон, 95% которых иннервируют 2600 ВВК. Таким образом, каждая ВВК может получать иннервацию от 16-20 радиальных волокон (рис. 2.24). Из экстраполяции приведенных данных следует, что у человека около 8 радиальных волокон иннервируют 1-2 ВВК.
Рис. 2.24. Горизонтальная схема афферентной иннервации органа Корти.
Наружные спиральные волокна (Тип 2) в базальной части улитки иннервируют наружный ряд НВК. По направлению к верхушке улитки они осуществляют иннервацию среднего и внутреннего рядов НВК. Наружные спиральные волокна пересекают туннель Корти и спиралевидно направляются в сторону основания на протяжении 0,5-0,7 мм до окончания их приблизительно на 10 НВК. Афферентные нервные окончания занимают лишь очень незначительную часть основания НВК. Эфферентные окончания превалируют в основном в нижних завитках улитки. При этом следует отметить, что синаптическая специализация афферентных окончаний менее развита в отношении НВК.
Эфферентная иннервация.
Основным источником эфферентной иннервации является ствол мозга и, в частности, верхнеоливарный комплекс (см. также гл. 4), дающий начало оливокохлеарному пучку. Ипсилатеральный верхнеоливарный комплекс дает начало, так называемому, неперекрестному оливокохлеарному пучку, в то время как из контралатеральной оливы исходит перекрестный оливокохлеарный пучок. Оливокохлерный пучок проходит вместе с вестибулярным нервом. В пределах модиолюса эфференты формируют интраганглионарный спиральный узел, от которого отходят ветви к habenula perforata. Эфференты к НВК (исходящие в основном от
60
Руководство по аудиологии
перекрестного оливокохлеарного пучка) пересекают туннель Корти в верхней его части. Плотность инервации уменьшается от основания к верхушке улитки. Эфференты, иннервирующие ВВК, формируют внутренний спиральный узел и вступают преимущественно в синаптический контакт с афферентными дендритами. Кроме того, следует отметить, что ВВК, в основном, иннервируются эфферентными волокнами, исходящими от латеральных отделов оливокохлеарного комплекса (латеральная система), в то время как НВК иннервируются волокнами, исходящими от медиальных отделов (медиальная система) (рис. 2.25).
Левая стерона
11ра®ая сторона
Рис. 2.25. Распределение соединений оливокохлеарного пучка во внутреннем ухе. Перекрестные медиальные оливокохлеарные волокна (26% волокон у кошки) непосредственно осуществляют синаптический контакт на НВК по направлению к основанию контралатеральной улитки. Неперекрестные латеральные оливокохлеарные волокна (48%) осуществляют синаптический контакт с афферентами Типа 1, направляющимися от ипсилатеральных ВВК, расположенных в апикальных отделах. Неперекрестные медиальные (11 %) и перекрестные латеральные (15%) оливокохлеарные волокна составляют лишь небольшую часть волокон оливокохлеарного пучка (по Warr, 1992).
В пределах спирального ганглия и костной спиральной пластинки имеется сплетение немиелинизированных нервных волокон, исходящих из верхнего шейного ганглия. Данный адренергический, симпатический нервный путь в основном связан с вазомоторным контролем зоны спирального ганглия. Однако, некоторые волокна оканчиваются непосредственно на немиелинизированных афферентных нейронах вблизи habenula perforata. Указанная симпатическия иннервация отсутствует в органе Корти и в сосудистой полоске.
Анатомия и физиология наружного, среднего и внутреннего уха
61
Электрофизиология улитки.
Начало изучению потенциалов улитки было положено в 1929 г. Wever и Bray. Потенциалы, зарегистрированные ими (в частности, микрофонный потенциал и составной потенциал действия слухового нерва), представляли собой суммарную активность многих сенсорных элементов. В настоящем разделе основной акцент сделан на результатах последних исследований, относящихся, в частности, к постоянным потенциалам улитки и ее ионному составу.
Выше указывалось, что лестница преддверия и барабанная лестница содержат перилимфу, состав которой соответствует составу внеклеточной жидкости и содержит высокие концентрации ионов натрия и низкие ионов калия: 140 мМ и 7 мМ, соответственно. Срединная лестница заполнена эндолимфой, в которой концентрация натрия соответствует примерно 2 мМ, а калия может достигать 150 мМ, что свидетельствует о соответствии ее состава внутриклеточной жидкости. Структуры, ограничивающие эндолимфатическое пространство - ретикулярная пластинка, латеральная стриальная стенка и Рейсснерова мембрана - не способствующие ионному обмену, обеспечивают стабильность ионных концентраций.
Электрический потенциал в барабанной лестнице аналогичен потенциалу, определяемому при помощи электрода, расположенного на расстоянии от улитки в любой другой точке тела и может быть определен как равный 0 мВ. В лестнице преддверия потенциал также близок к нулю. Однако в срединной лестнице определяется высокий положительный потенциал, равный 80 мВ, и называемый эндолимфатическим потенциалом. В пределах волосковых клеток улитки определяется отрицательный потенциал, равный -40 мВ, типичный и для остальных нервных клеток. Перечисленные потенциалы представлены на схематическом разрезе улитки.
Источником положительного эндолимфатического потенциала и высоких концентраций калия в эндолимфе является сосудистая полоска. Одна из гипотез об их генезе предполагает, что маргинальные клетки сосудистой полоски имеют К+-АТФ-азные ионные насосы, обеспечивающие непосредственный ввод ионов калия в эндолимфатическое пространство. Другим объяснением является то, что маргинальные клетки аккумулируют ионы калия и имеют положительный потенциал, равный или больший, чем эндолимфатический потенциал, и то, что ионы калия диффундируют в срединную лестницу (Dallos, 1987).
Очевидно, что поддержание эндолимфатического потенциала требует наличия метаболических процессов, обеспечивающих, в частности, функционирование ионного насоса. Сама же система чрезвычайно чувствительна к всевозможным инсультам улитки (гипоксия, ототоксические препараты).
62
Руководство по аудиологии
Рис. 2.26. Теория улиткового преобразования Дэвиса - теория батареи. Сосудистая полоска обеспечивает положительный эндолимфатический потенциал в срединной лестнице. ВК имеют отрицательный потенциал покоя. Верхняя поверхность ВК (апикальная мембрана и/или поверхность стереоцилий) функционируют как переменное сопротивление, меняющееся при механическом смещении стереоцилий. Изменения сопротивления модулируют ток в ВК, что сопровождается деполяризацией, ведущей к освобождения трансмиттера в афферентном синапсе ВК.
На рис. 2.26 генератор положительного эндолимфатического потенциала в сосудистой полоске представлен в виде батареи. Внутриклеточный потенциал ВК также представлен в виде батареи (Davis, 1965). Потенциал срединной лестницы, равный +80 мВ, и потенциал ВК, равный -40 мВ, в результате обеспечивают различие в напряжении по обе стороны апикальной мембраны ВК, равное 120 мВ. Данная мембрана может рассматриваться как переменное сопротивление, модулируемое механическими отклонениями стереоцилий. При отсутствии стимуляции через мембрану проходит небольшой ток за счет разницы потенциалов вокруг нее. Следует отметить, что основные ионные каналы, возможно, не являются специфичными для каких-либо определенных ионов (Hudspeth, Corey, 1977).
Отклонение стереоцилий к базальному телу ВК сопровождается увеличением ионного тока (снижением сопротивления мембраны) за счет открытия ионных каналов. Внутриклеточный мембранный потенциал равен -40 мВ, т.е. имеет место избыток отрицательного заряда кнутри от клеточной мембраны. Повышенный поток положительных ионов в ВК вызывает снижение данного отрицательного заряда и ведет к деполяризации клетки. Иными словами, мембранный потенциал снижается до 0 мВ (Crysdale, Stable, 1972). При отклонении стереоцилий в сторону от базального тела ВК уменьшение положительных ионов
Анатомия и физиология наружного, среднего и внутреннего уха
63
сопровождается повышением отрицательного заряда и гиперполяризацией. До последнего времени все еще оставался открытым вопрос, в каком месте апикальной зоны ВК локализуются ионные каналы. Однако последние данные позволяют предположить, что механочувствительные ионные каналы локализуются непосредственно в стереоцилиях.
Рецепторный потенциал ВК. Зависимость между отклонением стереоцилий и рецепторным потенциалом может изучаться на различных типах ВК (Hudspeth, Corey, 1977 - на мешочке лягушки-быка (bullfrog); Sellick, 1979 - на ВВК улитки морских свинок). Однако следует отметить, что во всех случаях связь эта нелинейна. Это может быть объяснено тем, что, во-первых, увеличение отклонения стереоцилий в любом направлении ведет к тому, что потенциал достигает насыщения, и, во-вторых, существует асимметрия, заключающаяся в том, что для конкретного отклонения стереоцилий деполяризационные изменения больше, чем гиперполяризационные. Одним из следствий такой асимметрии является то, что при синусоидальном входе рецепторный потенциал ВК будет иметь деполяризацию сети дополнительно к переменным изменениям напряжения, соответствующим форме волны на входе. Данные компоненты называются постоянными (DC) и переменными (АС) компонентами рецепторного потенциала.
Рис. 2.27. Рецепторный потенциал ВК улитки в ответ на тональные посылки частотой 0,3; 1 и 3 кГц (по Russell, Sellick, 1977).
На рис. 2.27 представлена запись рецепторного потенциала ВВК на тональные посылки частотой 300 Гц, 1 кГц и 3 кГц. Асимметрия ответа очевидна уже при стимуляции частотой 300 Гц: деполяризация преобладает над гиперполяризацией. На более высоких частотах стимуляции
64
Руководство по аудиологии
DC-компонент более очевиден, что в основном обусловлено шунтированием высокочастотных изменений (заземлением) за счет емкости стенки ВК.
Данный эффект фильтрации на мембрану ВК имеет важное значение для последующего кодирования частоты звука. Лишь низкие частоты звука (ниже 3-4 кГц) продуцируют достоверный АС-ответ в ВК. Таким образом, временные аспекты звуков, частотой выше 3-4 кГц, исключаются на уровне рецепторной клетки и, как результат, отсутствует фазозависимое временное кодирование частоты на высоких частотах звука.
Рис. 2.28. Частотная настройка ВВК улитки морской свинки, (а) Внутриклеточная запись при предъявлении тональных посылок от 1 до 23 кГц (УЗД указан у каждой кривой). Основной ответ представляет собой DC-потенциал на каждую тональную посылку, (б) Настроечная кривая изопотенциалов ВВК (по Russel, Sellick, 1977).
На рис. 2.28 представлены постоянные рецепторные потенциалы ВВК млекопитающих в ответ на тональные посылки меняющейся частоты (от 1 до 23 кГц), предъявляемые на различных уровнях интенсивности шагом в 10 дБ. На низких уровнях стимуляции потенциал ВК вызывается лишь в узком диапазоне частот стимуляции; на более высоких уровнях интенсивности клетка отвечает на более широкий диапазон частот, в частности, ниже, чем узкий частотный диапазон, к которому клетка наиболее чувствительна. В правой ч'асти рис. 2.28 DC-компонент рецепторного потенциала представлен как функция частоты стимуляции. Эти кривые, называемые настроечными кривыми, отражают комбинации частоты и интенсивности, необходимые для продуцирования деполяризации клетки, равной 2, 5 или 10 мВ. Приведенные результаты свидетельствуют об острой настройке ВК, хотя природа данного свойства ВК до настоящего времени дискутируется. Подавляющее большинство данных свидетельствует о том, что острая настройка является отражением механизмов функционирования ВК. В частности, об этом свидетельствуют
Анатомия и физиология наружного, среднего и внутреннего уха
65
данные, полученные на низших позвоночных (Weiss et all., 1974; Fettiplace, Crawford, 1980; Lewis, Hudspeth, 1983), указывающие на то, что настройка ВК не зависит от настройки основной мембраны. И, хотя механизм острой настройки все еще остается неясным, основное внимание фокусировалось на стереоцилиях, а также (в соответствии со старой теорией) на том, что их длина и другие размеры могут являться физической основой резонансной системы. И, действительно, у ряда низших позвоночных определяется корреляция между центральной (характеристической) частотой настроечных кривых клетки и длиной стереоцилий (Weiss et all., 1974). Кроме того, хорошо известен факт, что длина стереоцилий существенно меняется от базального конца улитки к апикальному концу.
Деполяризация В К ведет к высвобождению нейротрансмиттера в афферентном синапсе (типичный синапс, по структуре аналогичный синапсам центральной нервной системы), что сопровождается генерацией потенциала действия. Как считается, нейротрансмиттером является один из моноаминов. Механизм его высвобождения, предполагается, одинаков с механизмом, имеющим место в других синапсах, где деполяризация пресинаптической области вызывает инфлюкс ионов кальция, который, в свою очередь, контролирует экзоцитоз синаптических пузырьков, содержащих нейротрансмиттер.
При отсутствии стимуляции некоторое освобождение нейротрансмиттера обусловлено спонтанной активностью волокон слухового нерва. Гиперполяризация волосковых клеток ведет к снижению в высвобождении нейротрансмиттера. Таким образом, для низкочастотного рецепторного АС-потенциала (результат низкочастотной стимуляции) лишь только фаза деполяризации вызывает высвобождение нейротрансмиттера и повышение скорости разрядов в нервных волокнах. Для DC рецепторного потенциала (в результате высокочастотной стимуляции) нейротрансмиттер высвобождается в течение DC-деполяризации. Скорость высвобождения не является постоянной величиной, однако, снижается со временем, что, возможно, связано с эффектом истощения. Данный факт должен учитываться при изучении адаптации ответов волокон слухового нерва.
Ствол слухового нерва.
Анатомия волокон ствола слухового нерва может быть представлена следующим образом:
1. Афферентные волокна:
а) Радиальные волокна (Тип 1), исходящие от ВВК;
б) Наружные спиральные волокна (Тип 2), исходящие от НВК.
2. Эфферентные волокна:
а) Латеральные волокна оливокохлеарного пучка, исходящие от
4 Заказ ¥• К 4286
66
Руководство по аудиологии
латеральных зон оливокохлеарного комплекса, которые представлены как неперекрестными волокнами, исходящими от того же самого латерального оливокохлеарного комплекса, так и перекрестными волокнами, исходящими от противоположного латерального оливарного комплекса;
б) волокна медиального оливарного комплекса, исходящие от медиальных зон этого комплекса, которые представлены как неперекрестными волокнами оливокохлеарного пучка, берущими начало от того же медиального оливарного комплекса, так и перекрестными волокнами, исходящими от контралатерального оливокохлеарного комплекса.
Как было отмечено ранее, большинство афферентных нейронов оканчиваются на внутренних волосковых клетках, и нет никаких оснований для предположения о том, что до достижения ими улитковых ядер они вступают в синаптические контакты друг с другом или другими нейронами. Из этого следует, что электрофизиологическая активность большинства волокон отражает потенциалы ВВК.
Как эфферентные, так и афферентные волокна лишены миелиновой оболочки на протяжении от органа Корти до habenula perforata. Они упорядоченно выходят из улитки через отверстия в habenula perforata, образуя переплетенный пучок в пределах модиолюса. Как уже отмечалось, ствол слухового нерва организован таким образом, что высокочастотные волокна располагаются по наружной поверхности, в то время как волокна с низкими характеристическими частотами образуют сердцевину ствола слухового нерва. Иными словами, организация ствола слухового нерва соответствует частотному распределению вдоль длинника улитки (т.е. основной мембраны). Подобное распределение или привязка частоты звуковой волны к месту максимальной активности в пределах анатомической структуры определяется как кохлеотопическая или тонотопическая организация (Lorente de No, 1933; Sando, 1965). Данное свойство является основным анатомическим свойством слуховой системы от улитки до слуховой коры.
Первые регистрации от кохлеарных ядер у кошки были произведены Galambos и Davis (1943, 1948), а от отдельных волокон слухового нерва -Tasaki (1954) и проложены Katsuki с соавт. (1958). Существенно расширились знания об электрофизиологии слухового нерва после внедрения контролируемой акустической стимуляции и современного количественного анализа (Kiang et al., 1965; Rose et al., 1967; Brugge et al., 1969; Evans, 1972). В большинстве работ использовались микроэлектродные отведения на уровне внутреннего слухового прохода при использовании подхода через заднюю черепную ямку, хотя некоторыми авторами использовались и отведения непосредственно от нейронов спирального ганглия. Как в одном, так и в другом случае регистрируемый сигнал
Анатомия и физиология наружного, среднего и внутреннего уха
67
представлял собой спайки потенциала действия, распространяемые к центральным отделам слуховой системы. Практически все работы по изучению активности волокон слухового нерва проводились на анестезированных животных. В этих условиях эффекты рефлексов мышц среднего уха и влияние эфферентов минимальны или практически отсутствуют.
Потенциалы действия, генерируемые волокнами слухового нерва, подчиняются закону "все - или ничего”. Это значит, что амплитуда их при активации не изменяется. Если волокно возбуждается в ответ на стимуляцию, то оно всегда реагирует в равной степени и достигает 100% амплитуды. Учитывая то, что разряды волокна слухового нерва по длительности, от достижения максимальной амплитуды до возвращения к состоянию покоя, не превышают 1-2 мс, они, как правило, рассматриваются как спайки нервной активности, регистрируемые при помощи микроэлектродов. При этом может быть зарегистрирована спонтанная активность волокон даже без акустической стимуляции со скоростью разрядов от <1 спайка в секунду до >100 спайков в секунду 'Kiang et al., 1965; Evans, 1972; Manley, Robertson, 1976). Минимальная интенсивность звука, обеспечивающая повышение скорости разрядов до определенного критерия (20%-ное повышение), - это порог волокна для определенной частоты стимуляции.
На основании спонтанной скорости разрядов различают три группы волокон слухового нерва: с низкой (менее 0,5 спайков в с), средней (от 0,5 до 18 спайков в с) и высокой скоростью разрядов (свыше 18 спайков в с) 'Liberman, 1978). Наиболее чувствительные нейроны, т.е. нейроны с наименьшими порогами ответа, - это нейроны с высокой спонтанной скоростью разрядов.
Спонтанный разряд волокна слухового нерва, вероятнее всего, является результатом высвобождения нейротрансмиттера из синапса ВК. Причина наличия волокон с различной спонтанной активностью до конца не ясна, хотя и имеется анатомическое подтверждение того, что 60% внутренних радиальных волокон имеют больший размер и большую плотность митохондрий, по сравнению с другими, что и может быть причиной более высоких спонтанных скоростей разрядов (Liberman, 1980).
В ответ на акустическую стимуляцию рецепторные потенциалы ВК модулируют высвобождение нейротрансмиттеров в синапсах ВК. Это сопровождается постсинаптической деполяризацией мембран улитковых афферентов, ведущей к передаче потенциалов действия по аксонам к центральным отделам.
При повышении интенсивности стимуляции амплитуда ответа волокна не изменяется, так как она достигает максимальных значений уже на пороге. Тем не менее, скорость разрядов волокна повышается с
68
Руководство по аудиочогии
интенсивностью стимуляции, что продемонстрировано на рис. 2.29. Из рисунка следует, что скорость разрядов (спайков) отдельного волокна слухового нерва повышается практически линейно при повышении интенсивности стимуляции над уровнем спонтанной активности до достижения максимума, что соответствует 30-40 дБ над порогом. Соответственно, отдельное волокно способно кодировать интенсивность на основании изменения скорости разрядов лишь в ограниченном диапазоне интенсивностей. Каждое волокно слухового нерва оптимальным образом отвечает лишь на ограниченный диапазон частот, что, прежде всего, зависит от места вдоль улитковой перегородки, от которого берет начало волокно. На каждый отдельный тон ответ волокна всегда является ответом возбуждения и выражается в повышении средней скорости разрядов над уровнем спонтанной активности.
Рис. 2.29 Функция вход/выхода отдельного волокна слухового нерва. При повышении интенсивности стимуляции скорость разрядов волокна повышается, однако, лишь в ограниченном диапазоне интенсивностей: 30-40 дБ. ~
На рис. 2.30,а скорость разрядов волокна слухового нерва кошки при тональной стимуляции представлена вертикальными столбиками, имеющими различную длину. Каждый столбик отражает частоту стимуляции (абсцисса) и ее интенсивность (ордината). Вне зоны ответа имеет место спонтанная активность. На рис. 2.30,в и 2. 30,г приведенные данные представлены как функции изоскорости и изоинтенсивности, соответственно.
На рис. 2.30,в внешняя кривая представляет собой пороговую границу ответа волокна, т.е. комбинации частоты и интенсивности, которые обеспечивают повышение средней скорости разрядов над уровнем спонтанной активности (величина которого несколько ниже 10 спайков в секунду). Эта кривая является частотно-пороговой или настроечной кривой волокна слухового нерва. Остальные кривые изоскорости, представленные на рис. 2.30,в, отражают надпороговь е ответы нейронов.
Анатомия и физиология наружного, среднего и внутреннего уха
69
При интенсивности, близкой к минимальному порогу, волокно обычно отвечает лишь на одну частоту - характеристическую частоту волокна. Во юкна с высокими характеристическими частотами берут начало от волосковых клеток основания улитки, в то время как волокна с низкими характеристическими частотами берут начало от верхушки улитки.
to СП дики
rt9i>bi|4h№|lti I
30
ТО
50
300
200
100
60 60
° 20
ЯITEI (СИВ! ГОСТЬ TOf IA -дБ)
ДИНАМИЧЕСКИ*' ** ДИАПАЗСР
6 7 8 9Ю ЧАСТОТА ТОНА (кГц)
Рис. 2.30. Функция частота/интенсивность ответа отдельного волокна слухового нерва, (а) - "карта" частотного ответа. Высота каждого вертикального столбика отражает усредненное число спайков, вызванных стимулом, длительностью 50 мс, на частоте и интенсивности, величина которых представлена центром каждого столбика, (б) - Вертикальный "разрез" (функция скорость/интенсивность) данных, представленных на рис. А, на частотах, отображенных сплошной, точечной и пунктирной линиями, (в) -кривые изоскорости, (г) - кривые изоинтенсивности.
На рис. 2.31 представлены настроечные кривые, имеющие различные характеристические частоты. При отображении на логарифмической шкале настроечные кривые волокон с высокими характеристическими частотами имеют круто настроенную верхушку с низким порогом, а также высокопороговое плато на частотах, ниже характеристической частоты. Для волокон с более низкими характеристическими частотами различие между верхушечной частью кривой и плато сглаживается, и кривая принимает более симметричную форму. Для высокочастотных волокон характерен высокочастотный срез верхушечной части до 600 дБ на октаву, в то время как низкочастотная часть кривой не превышает 50-200 дБ/окт. Низко- и высокочастотный наклон настроечных кривых низкочастотных волокон (<
70
Руководство по аудиологии
2 кГц) не превышает 10-60дБ/окт.
Каждое волокно слухового нерва действует подобно узкополосному полосовому фильтру, частотная селективность которого может быть определена путем измерения ширины настроечной кривой. В частности, используется измерение ширины кривой при 10 дБ над минимальным порогом, что выражается как фактор Q. Таким образом, величина Q,o дЬ определяется как частное от деления величины характеристической частоты на ширину настроечной кривой, соответствующую уровню в 10 дБ. Чем больше величина Q|0 дБ, тем острее настройка волокна.
Рис. 2.31. Настроечные свойства афферентных волокон, исходящих от нормальной улитки, (а) - Настроечные кривые, определенные у морской свинки с нормальной функцией улитки, (б) Крутизна настройки (Qn>Jb) ответов нормальных волокон слухового нерва (заштрихованные символы) и данные, определенные у животных с патологией (незаштрихованные символы. Значения Q10 ]Ь представлены как функция характеристической частоты каждого нейрона. Незаштрихованными кружками отражены значения, определенные у животных с эндолимфатическим гидропсом. Незаштрихованными треугольниками представлены результаты, определенные у животных, леченных канамицином, у которых регистрация производилась от нейронов, исходящих из зон улитки, в которых повреждение НВК превышало 90%.
На рис. 2.31 Б. значения Q,o дБ представлены как функция характеристической частоты улитковых волокон морской свинки.
Анатомия и физиология наружного, среднего и внутреннего уха
71
Заштрихованными символами представлены данные, полученные у нормальных животных. Как правило, несколько более высокие значения пределялись у кошек (Kiang et al., 1965; Evans, 1975; Liberman, 1978) и при пересчете значений для волокон слухового нерва человека (Harrison, Aran, Frre, 1981).
Определенный смысл представляет оценка верхушечной и пологой ''хвостовой") части настроечной кривой, т.к. функционально эти области цтичаются. Например, в результате метаболического инсульта (гипоксия, прием ототоксических препаратов) пороги их изменяются независимо: :рхушечная часть кривой более уязвима. При акустической травме пороги пологой части настроечной кривой иногда понижаются, в то время как порог верхушки повышается (Liberman, Kiang, 1978).
До настоящего момента мы приводили описание ответов волокон слухового нерва на различные парадигмы акустической стимуляции, основываясь на параметрах стимуляции. Однако существует и другой подход, заключающийся в измерении ответов большой популяции волокон и определении пространственного распределения ответов вдоль тонотопической сети улитковых волокон (Harrison, 1988). Было продемонстрировано (Pfeiffer, Kim, 1975), что динамический диапазон волокон связан со спонтанной активностью, а именно, нейроны с высокой спонтанной скоростью разрядов имеют тенденцию к более узкому динамическому диапазону, по сравнению с нейронами с низкими спонтанными скоростями (Evans, Palmer, 1980).
Временная информация также кодируется волокнами слухового нерва. Волокно всегда реагирует разрядом на соответствующий участок стимула, а именно, на положительный пик его. Однако волокно реагирует не на каждый пик звуковой волны. При измерении межспайкового интервала можно получить картину, свидетельствующую о том, что наиболее часто регистрируются интервалы, соответствующие периоду звуковой волны. Иными словами, волокно слухового нерва способно кодировать период звуковой волны. Таким образом, если имеется информация о значении периода волны, соответственно, можно судить и о частоте стимула. Т.е., волокно кодирует частоту стимуляции в соответствии с временной характеристикой разрядов. Однако, это справедливо для волокон с характеристическими частотами ниже 5 кГц.
Электрическая активность слухового нерва может быть также зарегистрирована и в отдалении от слухового нерва (дальнеполевой потенциал). В этом случае, однако, потенциалы действия не являются активностью отдельного волокна, а отражают суммарный ответ большого количества нервных волокон.
72 Руководство по аудиологии
РЕКОМЕНДУЕМАЯ ЛИТЕРАТУРА.
1. Альтман Я.А. Слуховая система/ Руководоство.- Л.,"Наука", 1990.
2. Таварткиладзе Г.А., Гвелесиани Т.Г. Клиническая аудиология.-М, 2003.
3. Хечинашвили С.Н. Вопросы аудиологии
4. Beagley Н.А. Audiology and Audiological Medicine/Ed.-Oxford University Press, 1981.-V.1.
5. Dallos P., Popper A.N., Fay R.R. The Cochlea// Springer Handbook of Auditory Research/Ed.: R.R.Fay, A.N.Popper.-Springer, 1996.
6. Harrison R.V. The Biology of the Ear
7. Yost W.A. Fundamentals of Hearing. An Introduction// 3rd Ed.- Academic Press, Inc., 1994.
Психоакустика
73
ГЛАВА 3.
ПСИХОАКУСТИКА.
3.1. ВВОДНЫЕ ЗАМЕЧАНИЯ.
Значительная часть измерений при аудиологическом обследовании больных основывается на предъявлении им набора звуковых сигналов и получении от обследуемых речевого отчета относительно обнаружения ими этих сигналов, а также о сходстве или различии предъявленных стимулов. Теоретические основы проведения указанного выше аудиологического обследования больных определяются областью знаний, получившей название психоакустики. Психоакустика является частью более широкой области экспериментальной психологии, а именно психофизики (термин введен впервые Г. Фехнером в середине XIX века).
Психофизика устанавливает закономерные отношения между физическими характеристиками стимула любой сенсорной модальности и ощущением, которое этот стимул вызывает у наблюдателя. Еще в 1834 г. немецким ученым Э. Вебером было установлено, что величина, на которую сенсорный стимул должен быть увеличен или уменьшен, для того, чтобы различие между двумя стимулами было обнаружено наблюдателем, является постоянной частью используемой в эксперименте величины стимула:
AS = cS,
где AS воспринимаемое наблюдателем приращение (убывание) величины стимула, S - величина стимула, на которой проводится измерение, с - постоянный коэффициент.
Немецким ученым Г.Фехнером в 1860 г. с использованием уравнения, предложеного Э. Вебером, было предложено следующее соотношение величин сенсорного стимула и величины ощущения:
R = k log (S/b),
где R величина ощущения, к - постоянный коэффициент пропорциональности, S - величина ощущения, b - величина стимула на абсолютном пороге (см. ниже) восприятия сигнала. По имени этих ученых, являющихся основоположниками психофизики, это уравнение получило название логарифмического закона Вебера-Фехнера.
Психоакустика как часть психофизики, также подчиняющаяся ее законам, устанавливает отношения между физическими характеристиками звуковых сигналов и слуховыми ощущениями. При этом психоакустика является непременным разделом физиологии слуха, так как характеризует возможности слуховой системы по обнаружению звуковых сигналов и
74
Руководство по аудиологии
различению их свойств. Основные и общие задачи психофизики в целом, и психоакустики, в частности, состоят в измерении абсолютных и разностных порогов восприятия предъявляемых наблюдателю сигналов.
Абсолютный порог характеризуется переходом от минимального физического значения внешнего сенсорного стимула (например, звукового) к состоянию сенсорной системы, обеспечивающему его обнаружение (т.е. к слуховому ощущению).
Дифференциальный порог представляет собой количественную меру перехода от одной величины ощущения к едва обнаруживаемой другой его величине (будь то нарастание величины ощущения или его уменьшение) при соответствующем изменении физических характеристик стимула. Именно Г. Фехнером в середине XIX века были разработаны в общем виде три процедуры для измерения этих двух видов порогов при исследовании различных сенсорных систем, которыми широко пользуются в настоящее время:
а) метод границ;
б) метод установки;
в) метод постоянных стимулов.
Мы рассмотрим приложение этих методов к установлению абсолютного слухового порога. При этом нужно иметь в виду, что любой из этих методов может быть использован не только при определении абсолютных слуховых порогов, но и при измерении дифференциальных порогов в условиях предъявления наблюдателю разных классов и параметров звуковых сигналов.
3.2. МЕТОДИКА ИЗМЕРЕНИЯ СЛУХОВЫХ ПОРОГОВ.
Метод границ. Это наиболее распространенный метод измерения абсолютных слуховых порогов на разных частотах. Оценка обнаружения слуховой системой тонов разной частоты и определение количественных значений этого обнаружения, обеспечивается построением аудиограммы. Аудиограмма представляет собой кривую зависимости абсолютных порогов слышимости от частоты звукового сигнала.
Рассмотрим измерения при оценке порога обнаружения звукового сигнала как основу измерения аудиограммы человека. Испытуемому предъявляется сигнал определенной интенсивности. В случае его обнаружения обследуемым, интенсивность сигнала уменьшается до тех пор, пока испытуемый сообщает по речевому отчету или какой-либо двигательной реакцией (например, нажатием кнопки), что сигнал продолжает им восприниматься. При отсутствии такого подтверждения (т.е. при указании на то, что сигнал более не воспринимается)
Психоакустика
75
интенсивность стимула вновь увеличивается до тех пор, пока сигнал вновь уверенно не воспринят. Затем интенсивность вновь уменьшается и увеличивается, и после трех-четырех изменений интенсивности и усреднении результатов этих трех-четырех измерений выносится суждение о так называемом абсолютном пороге на данной частоте сигнала.
Следует иметь в виду, что порог (а, строго говоря, результат любого психоакустического измерения) является понятием статистическим. Это означает, что его значения могут варьировать от одного предъявления стимула к другому, и поэтому определение величины порога требует многократного предъявления звуковых стимулов и их последующего усреднения. При такой процедуре достигается значение наиболее близкое к истинному значению измеряемой величины.
Рис. 3.1. Психометрическая функция измерения абсолютного порога слышимости. По оси абсцисс - уровень звукового давления в дБ; по оси ординат % ответов - "сигнал обнаружен". Штриховой линией обозначена вероятность обнаружения сигнала равная 0.5, принятая за абсолютный порог слышимости (процент ответов наружения звукового сигнала равен 50), так и уровень интенсивности, при которой этот порог зафиксирован.
При методе установки, в отличие от предыдущего метода, изменение измеряемого параметра сигнала регулируется самим обследуемым. Другими словами, обследуемый получает инструкцию, если исходить из примера, приведенного в таблице 3.1, четыре раза на самом себе провести измерения порога обнаружения звукового сигнала. При этом вся основная процедура измерения, изложенная при описании метода границ, сохраняется той же.
76
Руководство по аудиологии
Наконец, последний классический метод измерения порогов, метод постоянных стимулов, не предполагает направленного увеличения или уменьшения измеряемого параметра сигнала, как это происходит при использовании двух предыдущих методов. Разные значения измеряемого параметра представляются обследующим лицом в случайном порядке (обычно используют 10 разных значений измеряемого параметра сигнала) и повторяют их многократно (например, каждую интенсивность по 10 раз).
Оценка порога обнаружения сигнала или порога различения одного сигнала от другого предполагает критерий, который может выбрать сам экспериментатор. Например, интенсивность считают пороговой, если обследуемый в 75% ответов отвечает "слышу". Однако обычно за критерий порога выбирают процент правильных ответов, равный 50% (рис. 3.1). Заметим, что характер представленной кривой обычно называют "психометрической функцией ", так как она весьма типична для обширного класса психофизических измерений на человеке, независимо от сенсорной модальности (зрение, обоняние, вкус) оцениваемого сигнала.
Рассмотрим еще один метод психоакустической оценки параметров звуковых сигналов, близкий к классическим методам и получивший название метода шкалирования. Необходимость рассмотрения этого метода определяется тем, что при количественном измерении ряда субъективных характеристик восприятия звуковых сигналов (например, при построении шкалы восприятия высоты тона) используется именно метод шкалирования. Суть метода близка к методу установки: испытуемые сами регулируют какой-либо из параметров предъявленного звукового сигнала. Однако, в отличие от метода установки, обследующее лицо предъявляет испытуемому какой-либо сигнал (эталон) и просит его установить измеряемый параметр звука, численно отличающийся от эталона. Так, испытуемый получает инструкцию установить измеряемый параметр в 2 раза больше (процедура обозначается как мультипликация) или в 2 раза меньше (процедура фракционирования), чем этот же параметр в эталонном сигнале. Например, тон частотой 1000 Гц обладает определенным субъективным коррелятом восприятия, обозначаемым как высота тона (см. ниже гл. 3.4). Согласно инструкции, испытуемый должен увеличить воспринимаемую им субъективно высоту тона (а не физическую частоту тона в Гц!) в два раза, по сравнению с высотой эталонного сигнала. Это увеличение в два раза, естественно, имеет в виду определенное увеличение физического значения частоты тона в Гц, которое учитывается на графике. Далее используются и другие эталонные значения частоты тона с использованием уже указанной выше инструкции. В результате проведенного измерения можно построить график зависимости субъективно воспринимаемой высоты тона от его физической частоты.
Следует отметить, что предложен еще ряд методов при оценке порогов обнаружения сигнала: адаптивные методы, методы метки, методы теории
Психоакустика
'll
статистических решений и др. Однако процедура их выполнения более сложна и громоздка и вряд ли дает при оценке слуховой функции в прикладных целях лучшие результаты, чем любой из рассмотренных выше классических методов.
Абсолютная слуховая чувствительность характеризуется как минимальная интенсивность звука, при которой вероятность его обнаружения равна 0,5. Эта интенсивность принята за порог слышимости или абсолютный порог слышимости.
Частота, кГц
Рис. 3.2. Аппроксимированная зависимость порога обнаружения тонального сигнала от его частоты у нормально слышащего обследуемого.
По оси абсцисс - частота тонального сигнала в кГц; по оси ординат -интенсивность звука в дБ.
Оказалось, что пороги слышимости зависят от частоты сигнала. Наибольшая чувствительность у человека наблюдается на частотах 1-4 кГц (рис. 3.2). Слух человека воспринимает частоты в диапазоне примерно от 20 Гц до 20 кГц. Начиная с 35-40 лет, происходит повышение порогов слышимости на высоких частотах. На основании измерений среднего абсолютного порога слышимости, проведенных на больших группах здоровых молодых людей в разных странах, установлен стандарт на нулевой аудиометрический уровень ISO-R-389, и действует международный аудиометрический стандарт МЭК 645.
Кроме однокамерного может использоваться и трехкамерное искусственное ухо, удовлетворяющее требованиям стандарта МЭК 318.
78
Руководство по аудиологии
Нанесение на график результатов измерения абсолютного порога слышимости, при их совпадении с приведенными в таблице 3.1 данными, позволяет получить аудиограмму нормального слуха. Из таблицы 3.1. и рис. 3.2 отчетливо выступает один существенный факт: порог слышимости человека зависит от частоты звуковых сигналов.
Таблица 3.1
Стандарт нулевого аудиометрического уровня ISO-R-389
Частота, Гц Звуковое давление, развиваемое телефоном TDH39 с с амбушюром MX41/AR в стандартном однокамерном искусственном ухе объемом 6 см’, в дБ относительно уровня 2X10“^ Н/м1
125 45
250 25,5
500 11,5
1000 7
1500 6,5
2000 9
3000 10
4000 9,5
6000 15,5
8000 13
Как уже указывалось выше при рассмотрении электроакустической аппаратуры (см. гл. 1.2), при измерении аудиограммы используют специальные приборы - аудиометры. Довольно распространенным прибором в последние десятилетия являлся аудиометр Бекеши (предложен лауреатом Нобелевской премии Дж. Бекеши в 1947 году). Этот аудиометр был первым автоматическим (а вернее полуавтоматическим) прибором при регистрации аудиограммы. Его использование основано на изложенном выше методе установки. При этом изменение обследуемым интенсивности тональных сигналов разной частоты для их порогового восприятия или исчезновение их обнаружения (при уменьшении интенсивности звукового сигнала) регистрируется самописцем (рис. 3.3).
Отметим, что колебания кривой на рис. 3.3 отражают регулировку испытуемым интенсивности сигналов: от отчетливого воспринимаемого уровня до отсутствия этого восприятия. Имеются еще некоторые особенности при использовании аудиометра Бекеши. Так, тональные сигналы могут быть непрерывными или прерываться с частотой 2,5 раза в секунду. Автоматическое изменение интенсивности стимула происходит с шагом 5 дБ за секунду. В аудиометре Бекеши могут использоваться фиксированные частоты тонального сигнала, изменяющие шагами свое
Психоакустика
79
значение автоматически (например, 500, 1000, 2000 Гц и т.д.). С другой .тороны, при выполнении обследуемым той же процедуры измерения порогов могут использоваться тональные сигналы, частота которых непрерывно изменяет свое значение (например, частота меняется в диапазоне от 100 до 10000 Гц; так называемые частотномодулированные сигналы, см. рис. 1.1,6).
Частота, кГц
Рис. 3.3. Аудиограмма, зарегистрированная аудиометром Бекеши.
По оси абсцисс - частота тона в кГц; по оси ординат интенсивность тонального сигнала в дБ.
При необходимости измерения слуховой чувствительности у детей, для повышения эффективности измерения, используются так называемые "игровые методики". В этом случае, при правильном обнаружении ребенком тонального сигнала той или иной частоты, ему предъявляется какая-либо игрушка. Если процесс измерения аудиограмм у ребенка компьютеризован, на экране дисплея компьютера появляются различные зрительные изображения, вызывающие положительную эмоциональную реакцию.
Необходимо указать, что имеются также и другие методы измерения слуховой чувствительности, требующие значительно большего времени. Эти методы необходимы для оценки слуха у маленьких детей, когда невозможно получить речевой ответ или в неврологической клинике (например, при истерической глухоте). В порядке исторической справки
80
Руководство по аудиологии
укажем, что в этих целях ранее применялись методы, основанные на регистрации условнорефлекторных реакций (мигательной, зрачковой реакций), вегетативной реакции (кожногальванический рефлекс), реакции подавления a-ритма в ЭЭГ при действии звука и др.
В последние 20-30 лет широкое распространение получил метод определения слуховой чувствительности по регистрируемым от промонториальной стенки или ниши круглого окна потенциалам улитки и слухового нерва (метод электрокохлеографий), а также по слуховым вызванным потенциалам, регистрируемым с поверхности черепа и отражающим деятельность различных слуховых структур мозга (см. главу 5). В виду крайне малой амплитуды регистрируемых с поверхности черепа потенциалов (доли и единицы микровольт) эти методы требуют автоматического усреднения большого количества измерений. Однако, следует иметь в виду, что зарегистрированные потенциалы являются лишь электрофизиологическим эквивалентом порогов слышимости и обеспечивают косвенную оценку слуховой чувствительности.
Отметим также, что помимо абсолютного порога слышимости для слуховой системы человека выделяют еще один порог - порог болевого ощущения. Под ним понимается минимальная интенсивность звука, вызывающая ощущение боли в ушах. Принято считать, что это величина порядка 140 дБ над уровнем 2х 105 Н/м2.
3.3. ГРОМКОСТЬ.
Громкость является важным признаком звукового сигнала и субъективным коррелятом его физической интенсивности. Как и другие характеристики деятельности слуховой системы, громкость зависит от частоты тонального стимула. Это иллюстрируется кривыми равной громкости, которые показывают, какова должна быть интенсивность тонов разной частоты, чтобы они обладали равной громкостью (рис. 3.4). Для количественной оценки громкости при ряде психоакустических измерений используется сравнение с громкостью стандартного сигнала. В качестве стандартного сигнала обычно используется тон с частотой 1000 Гц.
Поэтому, за уровень громкости любого произвольного сигнала принимается уровень звукового давления этого произвольного сигнала, соответствующий уровню звукового давления равногромкого тона с частотой 1000 Гц. За единицу уровня громкости принимается фон. Так, если громкости данного звукового сигнала соответствует уровень равногромкого стандартного тона частотой 1000 Гц, равный 40 дБ, то уровень громкости оцениваемого сигнала равен 40 фонам.
Надпороговая зависимость громкости от частоты тонального сигнала хорошо иллюстрируется рис. 3.4. Так,’для равногромкого восприятия
Психоакустика
81
равного 40 фонам тонов 100 Гц, 3000 Гц и 12000 Гц их интенсивность должна составлять величины порядка 50дБ, 30 дБ и 70 дБ УЗД.
Рис. 3.4. Кривые равной громкости (международный стандарт).
По оси абсцисс - частота стимулирующего тона в кГц; по оси ординат -интенивность тона в дБ. Параметр кривых (цифры над кривыми) -громкость в фонах
Разрешающая способность механизма оценки громкости звуковых сигналов определяется дифференциальными или разностными порогами по интенсивности (сокращенно - ДП). ДП могут характеризоваться абсолютной величиной минимального приращения параметра стимула ("AdS"), который может быть воспринят. Такую величину обозначают как абсолютное значение дифференциального порога или абсолютный дифференциальный порог.
В других случаях оценки ДП их выражают в относительных единицах: отношением минимально различимого приращения параметра стимула к его исходному значению, обычно - "AS/S", где "S” значение сигнала, на котором производятся измерения. Ha-пример, ДП по интенсивности может быть обозначен как Al (абсолютное значение ДП) или Д1/1 (относительное значение ДП). Для выражения относительного значения ДП по интенсивности в дБ используются выражения 10 lg(AdI/I). В среднем диапазоне слышимых частот и при средних уровнях интенсивности ДП по интенсивности - ДП - 10 lg[(AdI/I] - равен 0,3-0,7 дБ. ДП по интенсивности практически не зависит от частоты стимула, однако, существенно зависит
6 Заказ .V> К-42К6
82
Руководство по аудио чогии
от уровня звукового давления различаемых стимулов - при его возрастании ДП уменьшается (рис. 3.5,а).
Рис. 3.5. Дифференциальные пороги по громкости (а) и феномен выравнивания громкости (б).
На "а" по оси абсцисс - интенсивность звука, на которой производится измерение ДП; по оси ординат - значение ДП, сплошная линия -аппроксимация измерений (крестики). На "б" по оси абсцисс - измерения при трех нарастающих интенсивностях маскирующего шума в дБ (кружки, квадраты, треугольники), по оси ординат - громкость в дБ.
Громкость существенно зависит и от ширины спектра звукового сигнала. При ширине полосы, не выходящей за пределы критической полосы (см. раздел гл. 3.5), при средних интенсивностях стимула,
Психоакустика
83
кость остается постоянной. Расширение спектра за пределы ijvi ической полосы приводит к падению громкости. Существенно влияют - громкость маскирующие шумы: на их фоне она оказывается меньше, чем «тишине (рис 3.5,6).
Как видно из рис 3.5,6, чем выше уровень маскирующего шума, тем _«сгрее растет громкость восприятия маскируемого звука при увеличении интенсивности. Феномен ускоренного нарастания громкости звука при маскировке получил название выравнивания громкости (перевод с английского термина "recruitment", введенного в 1937 г. американским аудиологом Е.Фоулером). Оценка вырав-нивания громкости является ’гачимым диагностическим критерием и наблюдается у больных при □крушении деятельности звуковоспринимающего аппарата улитки и без воздействия маскирующего шума, что будет представлено в соотвествующей главе второй части настоящего руководства (см. ниже).
Явление выравнивания громкости применяется также для эчирования ряда тестов при оценке нарушений слуховой функции каждого из ушей. Один из этих тестов адресован обспедованию одного из ушей и получил название монауральный баланс громкости. Сущность процедуры состоит в балансе восприятия громкости на одном ухе. Например, предъявляется тон какой-либо частоты комфортной чадпороговой интенсивности (например, 30 дБ УЗД), который, по предыдущей аудиологической оценке, по своему значению соответствовал нормальному порогу слышимости. Затем предъявляется тон другой частоты, такого уровня звукового давления, который должен быть по громкости примерно равен громкости первого, нормально воспринимаемого тона. В случае нарушения нормального восприятия громкости второго тона требуется изменение его интенсивности, чтобы уравнять его по громкости с первым тоном. Проведенная на разных частотах такая балансировка громкости позволяет оценить надпороговые нарушения в восприятии громкости, если таковые имеются.
Следующий тест с учетом оценки громкости получил название альтернативного бинаурального баланса громкости. Процедура выполнения этого теста абсолютно идентична первому тесту, за тем исключением, что один из тонов подается в одно ухо, а второй - в противоположное.
На основе феномена выравнивания громкости основан также тест, предложенный в 1949 г. американскими аудиологами Люшером и Цвислоцким и названный их именами (тест Люшера-Цвислоцкого). Одно время этот тест был достаточно популярен в аудиологической практике. При проведении этого теста вначале определяется ДП по интенсивности. Затем обследуемому дают слушать тон средней интенсивности (например, 40 дБ над порогом слышимости) с небольшой амплитудной модуляцией тона тоном более низкой частоты (т.е. амплитудномодулированный сигнал,
84
Руководство по аудиологии
см. рис. 1.1). Задача состоит в определении появления ощущения обследуемым пульсирующего тона при возрастании глубины амплитудномодулированного сигнала. При обнаружении очень малых значений восприятия глубины амплитудной модуляции, вызывающей ощущение пульсации тона, ниже, чем ДП по интенсивности у нормального испытуемого, предполагают наличие феномена выравнивания громкости. Впоследствии было предложено несколько модификаций этого теста. Следует также указать, что, по данным некоторых исследований, обследования с помощью теста Люшера-Цвислоцкого и тестов баланса громкости дают идентичные результаты.
Прямым продолжением использования в аудиологической практике теста Люшера-Цвислоцкого явился тест, предложенный в 1952 году Джергером и получивший название теста SISI (Short Increment Sensitivity Index - индекс малых приростов интенсивности). В отличие от амплитудной модуляции, длящейся все время предъявления тонального сигнала, при SISI-тесте, по мере действия постоянного тона с интенсивностью порядка 20 дБ над порогом слышимости, вводится кратковременное нарастание интенсивности. Параметры этого нарастания таковы: его амплитуда варьирует от 1 до 5 дБ, время нарастания и спада этого увеличения интенсивности - 50 мс, а длящаяся постоянная часть увеличения интенсивности - 200 мс (рис. 3.6). Обычная частота повторения инкремента - 1 раз в 5 сек. В зависимости от минимально определяемого значения амплитуды инкремента делают выводы о характере и степени нарушения слуховой функции.
5с
I 20 дБ
20 дБ
Рис. 3.6. Схема предъявления звукового сигнала при тесте SISI. Объяснения в тексте.
Психоакустика
85
3.4. ВЫСОТА.
Высота звуковых сигналов является субъективным признаком их частоты или периодичности. Высота тона определяется методами
1енного шкалирования (см. главу 3.2). При пропорциональном -шкалировании за единицу высоты тона был принят мел. Высота в 1000 мел соответствует высоте тона частотой 1000 Гц при определенной интенсивности над порогом слышимости.
Частота, Гц
Рис. 3.7. Дифференциальные пороги по частоте.
По оси абсцисс - частота тона, на которой проводятся измерения (Гц); по оси ординат - значение дифференциального порога в Гц.
Различение частоты тонов характеризуется ДП по частоте, который зависит от частоты звука. При средних частотах звуковых сигналов человек способен их различить, если они отличаются всего на 1-2 Гц (рис. 3.7). При увеличении интенсивности звука ДП по частоте уменьшается.
Исследование восприятия высоты звуковых сигналов человеком позволило обнаружить феномен абсолютного слуха. Под ним понимают
86
Руководство по аудиологии
способность человека к абсолютному узнаванию высоты, обозначенной каким-либо знаком (например, числом или нотным обозначением), в отсутствие звука сравнения. Наличие абсолютного слуха у человека рассматривается как свидетельство его высокой музыкальной одаренности.
Все изложенное касалось восприятия высоты чистых тонов. Между тем, в процессе жизнедеятельности человеку и животным приходится анализировать сложные по спектру сигналы. Некоторые особенности их оценки представляют существенный интерес, так как свидетельствуют об ограниченности представлений о частотном анализе в слуховой системе только по принципу "места" (см. главу 2).
Еще в середине XIX в. был сформулирован акустический закон Ома. Он гласит, что слуховая система осуществляет разложение сигнала, состоящего из многих частот, на ряд отдельных составляющих частот, каждой из которых соответствует свой субъективный коррелят высоты. Поэтому многокомпонентный сигнал воспринимается как многовысотный, если составляющие его частоты не имеют гармонических отношений (т.е. отношений целых чисел) и достаточно далеко отставлены друг от друга. Если же частоты сложного сигнала связаны гармоническим отношением, то воспринимается высота, соответствующая самой низкой его частоте, т.е. его первой (основной) гармонике. Акустический закон Ома и послужил основой для разработки принципа "места" в частотном анализе, преложенного Г. Гельмгольцем (см. главу 2).
В дальнейшем было установлено, что закон Ома не распространяется на многокомпонентный сигнал, если его составляющие сравнительно близки по частоте и не выходят за пределы определенной полосы частот, получившей название критической полосы (см. ниже раздел 3.5). В случае, если частоты многокомпонентного сигнала находятся в пределах критической полосы, его субъективная высота определяется некоторой средней частотой. Кроме того, при исследовании восприятия высоты сложных звуков был обнаружен еще один феномен, который не мог быть объяснен с точки зрения принципа "места". Этот феномен проявляется при восприятии ряда периодических сигналов - например, серии импульсов, амплитудномодулированных синусоидальных сигналов (см. рис. 1.1), шума с определенной частотой прерывания. При действии таких сигналов воспринимаются частоты, соответствующие частоте 1/Т, или 1/Т2, хотя в физических спектрах сигналов таких частот нет. Эти факты привели к предположению о том, что слуховая система измеряет периодическую составляющую сигнала, не имеющего физического эквивалента в его спектре, что, несомненно, противоречит принципу "места". По-видимому, такого рода измерение осуществляется в центральных отделах слуховой системы, где существует возможность синхронизации деятельности нервных элементов с частотой звуковых колебаний. Факт субъективного
Психоакустика
87
осприятия периодичности (определенной высоты) сигнала при отсутствии его спектре физически тональных составляющих обозначается не очень рачным термином "резидуе", являющимся обозначением при русском написании английского слова "residue" ("остаток"), а высота таких тгриодических сигналов получила название "высота периодичности" •английский термин - "periodicity pitch").
Отметим еще один феномен, наблюдающийся при предъявлении многокомпонентных тональных сигналов. В данном случае речь идет о црослушивании испытуемым одним ухом (т.е. монаурально) двух тонов, слегка отличающихся по частоте (например, тонов 1000 и 1004 Гц, соответственно тонов с частотами f, и f2). Особенность такого двухтонового стимула состоит в том, что такие два тона периодически либо будут совпадать по фазе, либо выходить из этого совпадения по фазе с частотой, равной разности между ними (f2-f|), т.е. в нашем примере это произойдет четыре раза в секунду. Совпадение и несовпадение по фазе создаст циклические изменения уровня звукового давления и особенности восприятия таких двух тонов как субъективное периодическое изменение громкости сигнала. Это периодическое изменение качества восприятия получило название биений.
Кроме того, при изменении частотного соотношения между двумя тонами (f| и f2) и соотношения уровня их интенсивности наблюдатель начинает воспринимать дополнительные гармоники (тоны, высота которых отличается от предъявленных тонов, в целое число раз) и комбинационные иразностные тоны (наир., тоны с частотой f(+f2, f2-f|, 2frf2 и др.). Такое искажение восприятия происходит в результате нелинейности внутреннего уха как анализатора частот. Более подробные сведения об этой нелинейности и ее проявлениях можно найти в специальной психоакустической литературе.
3.5. МАСКИРОВКА.
Из бытовых наблюдений хорошо известно, что при наличии одновременно звучащих нескольких источников звука бывает труднее воспринять один из звуков, на который и обращено внимание наблюдателя. Ухудшение слышимости человеком одних звуков в присутствии других называется маскировкой. Сигнал, подлежащий обнаружению в условиях маскировки, называется маскируемым, а сигнал, мешающий восприятию, -маскирующим сигналом или маскером.
По способу предъявления звуковых сигналов различают несколько видов маскировки. Так, если маскер предъявляется одновременно с маскируемым сигналом, имеет место одновременная маскировка. Если маскер предшествует по времени маскируемому сигналу, то такой вид
88
Руководство по аудиологии
маскировки называется предшествующей (последовательной) маскировкой. При большой интенсивности или длительности "маскируемого" относительно маскера при последовательной маскировке возникает особый ее случай. Маскирующим эффектом начинает обладать более поздний (более сильный или более длительный) звуковой сигнал. Поэтому маскирующее действие более позднего по времени звукового сигнала на предшествующий сигнал получило название обратной маскировки. В зависимости от того, предъявляются ли маскирующий и маскируемый сигналы в одно ухо или же маскируемый и маскирующий сигналы предъявляются в разные уши обследуемого выделяют, соответственно, монауральную и бинауральную маскировку. В настоящем разделе речь будет идти только о монауральной маскировке, а вопросы, связанные с бинауральной маскировкой будут рассмотрены в разделе 3.7 настоящей главы.
Рис. 3.8. Зависимость эффекта маскировки от частоты маскирующего и маскируемого тонов.
По оси абсцисс частоты маскирующих тонов в Гц; по оси ординат уровни их интенсивности в дБ. 1-5 -частоты маскируемых тонов 0 4, 0.8, 1.6, 3,2 и 6,4 кГц, соотв. Интенсивность маскируемых тонов постоянна - 30 дБ над порогом. Кривая при обозначениях "порог" и стрелка - абсолютный порог слышимости.
За меру маскировки принимается повышение порога обнаружения маскируемого сигнала в дБ относительно порога обнаружения этого сигнала в тишине. Максимальный эффект маскировки наблюдается при частотах маскера, близких к частоте маскируемого сигнала (рис. 3.8).
Кривые маскировки несимметричны-. Наклон кривых маскировки в сторону высоких частот (правые части кривых, см. рис. 3.8) может оказаться
Психоакустика
89
от?иь крутым (до 280 дБ на октаву), в то время как наклон в сторону низких встрт значительно более пологий (до 60 дБ на октаву). Исследование •?- - маскировки привело к предположениям, имеющим принпи-^вкзьное значение для теории частотного анализа, осуществляемого эй системой. При ряде допущений кривые маскировки можно гривать как характеристику частотноизбирательных элементов cyt вой системы, которые близки по своей форме к аналогичным Хс-к’еристикам базилярной мембраны (гл. 2 и 6.4).
Частота, Гц
Рис. 3.9. Зависимость ширины критической полосы от частоты тона.
По оси абсцисс - частота тона, на котором производится измерение критической полосы, Гц; По оси ординат - ширина критической полосы, Гц
Исследование маскировки позволило подойти к оценке частотно-гзбирательных свойств слуха в другом плане и сформулировать концепцию критических полос. Так, при маскировке тона узкополосным шумом расширение полосы частот маскера приводит к возрастанию эффекта маскировки только до определенной ширины полосы маскирующего шума, дальнейшее ее расширение не изменяет порога маскировки. Ширина полосы маскирующего шума, за пределами которой порог маскировки перестает возрастать, получила название критической полосы. Величина
90
Руководство по аудиологии
критических полос зависит от частоты маскируемого тона: чем последняя выше, тем больше ширина критической полосы (рис. 3.9). Концепция критических полос предполагает принципиально различные механизмы частотного анализа в пределах критической полосы и за ее пределами.
3.6. ВРЕМЕННАЯ СУММАЦИЯ И СЛУХОВАЯ АДАПТАЦИЯ.
Рассмотрим некоторые слуховые феномены, связанные с временем предъявления звуковых сигналов. Выше уже подробно рассматривались значения абсолютного слухового порога. Однако это рассмотрение было проведено без учета длительности предъявленного слушателю звукового сигнала. Вместе с тем, абсолютный порог слышимости зависит от временных характеристик звукового стимула. Так, при увеличении длительности сигнала до некоторой критической величины (порядка 200 мс), этот порог значительно снижается, после чего дальнейшее возрастание длительности неэффективно (рис. 3.10). Величину временного интервала действия стимула, после которой дальнейшего возрастание его длительности не сказывается больше на значении порога, называют критическим временем пороговой суммации (рис. 3.10, t кр.).
дБ
Рис. 3.10. Зависимость порога слышимости от длительности сигнала
По оси абсцисс - длительность тонального сигнала в мс. По оси ординат -порог слышимости, в дБ Результаты аппроксимированы отрезками двух прямых, "t кр” соответствует вертикальной черточке и обозначает критическое время суммации.
Увеличение длительности сигнала повышает точность работы слуховой системы при измерении ДП по частоте и интенсивности: например, на частоте 1000 ГЦ ДП по частоте уменьшается примерно от 100 до 1-10 Гц при увеличении длительности тона от 1 до 100 мс. Эти свойства слуха следует иметь в виду при аудиологических измерениях: в какой-либо серии измерений, где меняется один из параметров стимула, длительность стимула должна сохраняться постоянной.
Психоакустика
91
При длительном действии звуковых сигналов определенной интенсивности наблюдаются определенные изменения слуховой функции. Одно из таких изменений характеризуется явлением адаптации. Под слуховой аптацией понимают повышение порогов слышимости или уровня воспринимаемой громкости, которые наблюдаются после длительного (секунды и минуты) действия звука средней или большой надпороговой интенсивности (до 130 дБ) и которое длится секунды и более.
80
5 70 X о н
« 60 X 2
ф g 50 х х ш
g. 40 О
30
Время, мин
Рис. 3 11 Адаптация громкости.
По оси абсцисс - время в мин. "а" - измерение громкости до адаптации, "б" - адаптационный период, "в" - изменение воспринимаемой громкости после адаптации. По оси ординат - воспринимаемые громкости, дБ. Стрелка и цифра указывают величину адаптации в дБ.
Пример адаптации к громкости тонального сигнала представлен на рис. 3.11. Испытуемому поочередно, на левое и правое ухо подают тональный сигнал. Испытуемый регулирует громкость сигналов на каждом из ушей таким образом, что они становятся равногромкими (рис. 3.11,а). Затем предъявляется адаптирующий тон на одно ухо (рис. 3.11.6). После адаптации обнаруживается снижение восприятия громкости (рис. 3.11.в), что и является проявлением адаптации на надпороговом уровне.
Как и другие характеристики слуха, адаптация зависит от частоты звука, наибольшее повышение порогов наблюдается как на самой воздействующей частоте, так и на частотах, близких к ней. Величина порога возрастает также с увеличением частоты адаптирующего стимула. В общем виде, чем продолжительнее и интенсивнее адаптирующий звук, тем больше шчина адаптации.
92
Руководство по аудиологии
3.7. ПРОСТРАНСТВЕННЫЙ СЛУХ.
Способность человека и животных локализовать источник звука, т.е. определять его местоположение в пространстве, называется пространственным слухом. Данное определение предполагает способность локализовать источник звука в горизонтальной и вертикальной плоскостях, а также определяет степень его удаленности от организма. Пространственный слух играет существенную роль в пространственной ориентации человека и животных, которая может осуществляться как пассивным, так и активным способами. В первом случае происходит локализация звучащего объекта, во втором случае - акустическая ориентация осуществляется за счет излучения животным звука и локализации отражающего звук объекта (эхолокация). Хорошо известно, что эхолокация присуща некоторым видам животных, классическими представителями которых являются летучие мыши и дельфины.
У человека локализация звука происходит с помощью взаимодействия двух симметричных половин слуховой системы (бинауральный слух). Однако, несмотря на то, что бинауральный слух является универсальной основой локализации, человек способен с помощью движений головы и при определенном времени наблюдения за сигналом локализовать источник звука и с помощью одного уха, т. е. монаурально, а также определить степень его удаленности. В психоакустических исследованиях пространственного слуха обычно пользуются двумя основными методическими приемами.
Первый прием, получивший название диетической стимуляции, состоит в перемещении источника звука в свободном звуковом поле. Этот способ изучения локализационных способностей человека проводится только со специальными целями, ввиду методической сложности и большой стоимости организации такого эксперимента (наличие, так называемых, безэховых камер или больших свободных пространств, чтобы избежать влияния на результат измерения отраженных, эховых сигналов).
Способность локализации источника звука человеком при диотической стимуляции высока. Минимально различимый угол тона в горизонтальной плоскости (азимут) может достигать долей градуса. Лучше всего локализуются звуки с крутым передним фронтом нарастания и широким спектром, например шумовые сигналы с крутым передним фронтом включения. Локализация существенно улучшается при небольших движениях головы испытуемого.
Известно, что основой бинаурального механизма локализации в горизонтальной плоскости являются межушные (интерауральные) различия стимуляции по времени (фазе) и по интенсивности. Интерауральные различия по времени (интерауральная' задержка) оказываются сущест
Психоакустика
93
венными, если источник звука смещен от средней линии головы, а длина волны сигнала больше расстояния между ушами. В этом случае звуковая волна огибает среднюю линию головы, а длина волны тонального сигнала больше головы слушателя, что и обеспечивает приход раздражения на одно ухо раньше, чем на противоположное. Расстояние между ушами у человека среднем принято считать равным 21 см, и эта величина получила название эффективной интерауральной базы. Величина базы определяет для данного животного тот диапазон частот, который может создавать интерауральную задержку. Так, например, для человека интерауральную задержку создают частоты до 1,5 кГц. Как и следовало ожидать, наибольших значений (немного больше 0,6 мс) она достигает при положении источника звука у одного из ушей (90°) и равна 0 при расположении источника спереди или сзади по средней линии головы, когда интерауральные различия отсутствуют (рис. 3.12, а). При частоте источника звука выше 1,5 кГц у человека вступает в действие другой бинауральный механизм локализации, а именно, интерауральная разность по интенсивности. Она возникает в связи с тем, что частоты выше 1,5 кГц уже не огибают голову слушателя, а поглощаются и отражаются головой как экраном (экранирующий или “теневой” эффект головы). Повышение частоты тона приводит к существенному повышению разности звукового давления в наружных слуховых проходах испытуемого (см. рис. 3.12, б).
Все изложенное касалось локализации источника звука человеком в горизонтальной плоскости. Оценка удаленности и локализация в вертикальной плоскости (элевация источника звука) изучены менее подробно. Известно, что локализация тонов и шумов в вертикальной плоскости происходит с большими ошибками, если в них отсутствуют частотные компоненты выше 7 кГц. При наличии в сигнале частот выше 7 кГц ошибка локализации составляет примерно 4. Существенную роль в оценке элевации источника звука играет ушная раковина человека как своеобразный акустический фильтр и акустическая линия задержки, поразному влияющая на различные спектральные составляющие многокомпонентных по частоте звуковых сигналов. В настоящее время проведены расчеты передаточной функции ушной раковины, что позволяет расчетным образом синтезировать сигналы, обладающие свойствами разной степени элевации источника звука. Что касается оценки удаленности источника звука от организма, то факторы, ее определяющие, связаны с ослаблением звука при увеличении расстояния до наблюдателя и изменением его тембра с удалением источника. Необходимо указать, что различают абсолютную и относительную оценку удаленности. Под абсолютной оценкой удаленности понимают способность слушателя определять в мерах длины расположение источника звука (например, в метрах). Относительная оценка удаленности предполагает наличие двух или нескольких источников звука, расположенных на разном удалении от
94
Руководство по аудиологии
наблюдателя. Оценка удаленности в этом случае состоит в указании слушателем, какой из источников ближе, а какой дальше.
Азимут источника звука
6000
5000
4000 I-
О 3000 л 5 2500
I-я 1800 т
1000
500
200
б
Рис. 3 12. Интерауральные различия стимуляции по времени (а) и амплитуде (б).
"а" - по оси ординат значение задержки в мс; "б" - по оси ординат первый слева ряд цифр - частота тонального сигнала, использованного при стимуляции (Гц), второй ряд цифр - интерауральная разность давлений (дБ) при разных частотах стимуляции (цифры левого ряда цифр). Измерения давления производились у входа в наружные слуховые проходы. По оси абсцисс - азимут источника звука (градусы); 0 - источник звука расположен по средней линии головы спереди.
Хорошо известно, что в реальных условиях источники звука локализуются правильно, несмотря на их многократное отражение от объектов внешней среды. Это свидетельствует о высокой помехо-
Психоакустика
95
-.доичивости слуховой системы при локализации звука. Если бы такой
зхоустойчивости не было, акустическая ориентация в пространстве была бы крайне затруднена и внешняя акустическая сцена могла бы ставлять для слушателя (с локализационной точки зрения) полный пос.
Экспериментальные исследования подтвердили наличие такой помехоустойчивости. Оказалось, что если два источника звука, расположенные на различном расстоянии по азимуту от слушателя, излучают одинаковые звуки, то слушателем воспринимается один звуковой Йраз, локализуемый у ближайшего к нему источника. Этот эффект туч и л название эффекта предшествования (английское обозначение чермина "precedence effect"). Иногда для обозначения эффекта
..шествования используется термин "эффектпервой волны".
Др- гой механизм слуховой функции позволяет эффективно выделять овин источник звука на фоне действия других источников, не I “едставляющих в данный момент интереса для слушателя. Так, например. ?и наличии внимания удается выделить речь собеседника в обществе дновременно разговаривающих нескольких человек (отсюда английское название этого явления - cocktail party effect, эффект коктейльной партии).
Все изложенное выше касалось рассмотрения характеристик юкали зационного процесса при прослушивании сигналов наблюдателем в свободном звуковом поле. Вместе с тем, имеется еще один важный психоакустический прием, получивший самое широкое распространение при исследовании пространственного слуха. Этот прием исследования Тюстранственного слуха основан на следующем психоакустическом эффекте: если к ушам испытуемого через два телефона подвести эдновременно два идентичных звука, то испытуемым воспринимается один слитный звуковой образ, локализуемый по средней линии головы. Если же дин из бинаурально предъявленных звуков опережает другой или превышает его по интенсивности, то слитный звуковой образ смещается в сторону более раннего или более сильного звука. Описанное смешение слитного звукового образа получило название латерализации, а предъявление двух сигналов раздельно на два уха при наличии интерауральных различий получило название дихотического раздражения, в отличие от упомянутого выше диетического раздражения, когда стимуляция осуществляется в свободном звуковом поле. Именно после того, как было показано сходство процессов латерализации при дихотической стимуляции и при локализации источника звука в свободном звуковом поле, феномен латерализации стал широко использоваться при исследовании локализационных механизмов. Его преимущества состоят в том. что он не требует особых условий эксперимента и позволяет раздельно в широких пределах и с большой точностью регулировать интерауральные различия стимуляции по времени и по интенсивности, т. е. те параметры
96
Руководство по аудиологии
звуковых сигналов, которые обеспечивают локализацию источника звука в свободном звуковом поле в горизонтальной плоскости.
а
Рис.3.13. Характеристики латерализации звукового образа при интерауральных различиях по времени(а) и по интенсивности (б) в условиях дихотической стимуляции.
а - на схеме дихотической стимуляции в левой части рисунка - задержка стимула справа или слева - "31" и "32", соотв. На графике - по оси абсцисс интерауральная задержка в мс; б - на схеме дихотической стимуляции в левой части рисунка усиление стимула справа или слева - "al" и "а2", соответственно. На графике по оси абсцисс интерауральные различия стимуляции по интенсивности в дБ. По оси ординат в "а" и "б" - положение звукового образа в условных единицах; ”6” обозначает расположение звукового образа у уха (полная латерализация); ”0" - звуковой образ у средней линии головы.
С помощью дихотической стимуляции установлено, что минимальный интерауральный интервал, необходимый для смещения слитного звукового образа от средней линии головы, равен 6 микросекундам, а полное
Психоакустика
97
, щение образа к одному из ушей достигается при задержке порядка 600 мкс (рис. 3.13,а). Именно этот интервал примерно соответствует максимально возможной интерауральной задержке при диетической стимуляции (см. рис. 3.12,а). При опережении раздражения на одном из ушей более чем на 2 мс слитный звуковой образ исчезает и испытуемый воспринимает 2 раздельных звука.
Что касается интерауральных различий по интенсивности, то при лихотической стимуляции смешение звукового образа от средней линии головы наступает, если разность по интенсивности достигает 1 дБ (рис. 3.13,6). Дихотическим же способом раздражения установлено, что литерализация, вызванная опережением раздражения одного из ушей, И )жет быть снята (образ возвращается к средней линии головы) усилением интенсивности стимуляции на ухе, где раздражение запаздывало {феномен компенсации").
Р'тс 3.14. Схематическое изображение феномена бинаурального освобождения от маскировки.
1 - при бинауральном предъявлении маскируемого тонального сигнала (верхнее изображение сигнала у уха) и маскирующего шума (нижнее изображение) достигнута полная маскировка тонального сигнала (звук не воспринимается). При противофазном предъявлении шумового сигнала (2) или тонального сигнала при том же соотношении интенсивностей, что и в "1" тональный сигнал обнаруживается.
С помощью дихотической стимуляции был обнаружен еще один интересный феномен, связанный с маскировкой. Оказалось, что если вводятся интерауральные различия стимуляции либо в маскируемом, либо в маскирующем сигналах, предъявляемых дихотически (рис. 3.14,2-3), то
'ЛЗ V К 4286
98
Руководство по аудиологии
наблюдается существенное уменьшение маскировки (до 10-12 дБ). Это явление получило название бинауральная разность уровня маскировки (на английском языке - binaural masking level difference или по начальным буквам - BMLD). Бинауральное освобождение от маскировки лучше всего выражено на низких частотах от 100 Гц (10-12 дБ) и постепенно уменьшается при более высоких частотах, исчезая при частоте порядка 2000 Гц.
При аудиологическом обследовании, главным образом, для выявления патологии слуховых центров, в ряде случаев используются бинауральные тесты: изменение слияния в звуковом образе при бинауральном предъявлении речевых сигналов, изменение параметров бинауральной маскировки, определение функциональной асимметрии больших полушарий головного мозга. Следует подчеркнуть, учитывая богатство возможностей феноменологии пространственного слуха, разработка клинических тестов в этой области аудиологии явно недостаточна.
В этой связи отметим одно из любопытных приложений дихотической стимуляции в аудиологическом обследовании. Так, был предложен практический тест, используемый при подозрении на симуляцию односторонней глухоты.
При этом тесте применяется дихотическое раздражение и создается полная латерализация звукового образа в сторону "глухого" уха (т.е. пространственно звуковой образ располагается на стороне предполагаемого "глухого" уха). При симуляции односторонней глухоты обследуемый, будучи уверенным, что звук подается на "глухое" ухо, отвечает, что звуковое раздражение им вообще не воспринимается. Между тем, при реальной односторонней глухоте, звук в такой ситуации должен восприниматься на противоположном, т.е. на здоровом ухе.
Психоакустика
99
РЕКОМЕНДУЕМАЯ ЛИТЕРАТУРА.
1. Альтман Я.А. Локализация движущегося источника звука. Л"Наука", >3.
2. Beagley Н.А. Audiology and Audiological Medicine/Ed.-Oxford University --ess. 1981.-V.1.
3. Blauert J., Spatial Hearing// MIT, Cambridge, MA., 1997
4. Carlile S. The Physical and Psychophysical Basis of Sound Localization// Virtual Auditory Space: Generation and Applications/ Chap.l, Ed.: S.Carlile, - ^stin, TX, 1996.
5. Grantham D.W. Spatial Hearing and Related Phenomena// In: Hearing”.- N.-Y. Acad. Press, 1995.-P.297-345.
6. Grantham D.W. Auditory Motion Perception: Snapshots Revisited// In: B.naural and Spatial Hearing in Real and Virtual Environments/Ed.: T.R. Anderson and R.H. Gilkey.-Lawrence Erlbaum, Mahwah, NJ, 1997.-P.295-313.
7. Middlebrooks J.C., Green D.M. Sound Localization by Human Listeners// Ann Rev Psychol.-1991 -V.42.-P. 135-159.
8. Middlebrooks J.C. Spectral Shape Cues for Sound Localization// In: Binaural and Spatial Hearing in Real and Virtual Environments/Ed.: T.R. Anderson and R.H. Gilkey.-Lawrence Erlbaum, Mahwah, NJ, 1997.-P.77-98.
9. Moore B. An Introduction of the Psychology of Hearing// Acad. Press, N.-Y.. 1989.
10. Wightman F.L., Kistler D.J. Sound Localization// In: Human Psychoacoustics/ Ed.: R. Fray, A. Popper and W. Yost, Springer-Verlag, N.-Y., 1993.9.
11. Yost W..A., Gourevitch G. Directional Hearing// Springer-Verlag, N.-Y., 1987.
100
Руководство по аудиологии
ГЛАВА 4.
СТРОЕНИЕ ПУТЕЙ И ЦЕНТРОВ СЛУХОВОЙ СИСТЕМЫ. ПОВРЕЖДЕНИЯ СЛУХОВЫХ ЦЕНТРОВ И СЛУХОВАЯ ФУНКЦИЯ.
4.1. СТРОЕНИЕ СЛУХОВОЙ СИСТЕМЫ.
У различных млекопитающих строение путей и центров слуховой системы существенно отличается. Вместе с тем, имеется принципиально общая схема, характерная для большинства исследованных видов млекопитающих, включая и человека, которая будет представлена ниже.
Как уже указывалось в главе 2, нейроны первого порядка слухового пути (биполярные клетки) составляют спиральный ганглий, который расположен в спиральном канале улитки, идущем параллельно органу Корти. Периферические отростки биполярных клеток оканчиваются на рецепторных элементах (волосковых клетках) Кортиева органа, в то время как их центральные отростки образуют слуховой нерв (и. acusticus, VIII пара черепномозговых нервов).
Рис 4.1. Схематическое изображение сагиттальных разрезов кохлеарного ядра (а и б).
СН - слуховой нерв; АВКЯ, ПВКЯ и ДВКЯ, антеро-, постеровентральное и дорсальное кохлеарные ядра; "н" и "в" - улитковое представительство низких и высоких частот;
Р - ростральное, Д - дорсальное, В - вентральное и С - сагиттальное направления.
Именно слуховые нервы являются началом восходящего, центростремительного или афферентного слухового пути.
Следующими отделами слухового ’ пути служат слуховые центры продолговатого мозга. Этими центрами являются два комплекса - комплекс кохлеарных ядер и комплекс ядер верхней оливы.
Строение путей и центров слуховой системы.
101
Нейроны второго порядка входят в состав комплекса кохлеарных ядер (л. cochlearis). В них переключаются все волокна слухового нерва. На основании питоархитектонических данных в кохлеарном комплексе выделяются три основных кохлеарных ядра (рис. 4.1); переднее или антеровентральное (л. cochlearis ventralis anterior, рис. 4.1,а, АВКЯ), заднее или постеровентральное (л. cochlearis ventralis posterior, рис. 4.1, а, ПВКЯ) и дорсальное, или слуховой бугорок (п. cochlearis dorsalis, tubercidum acusticum, рис. 4.1,6, ДКЯ). Волокна слухового нерва при входе в кохлеарное ядро разделяются на две ветви - нисходящую и восходящую, иннервирующие соответственно клетки заднего и переднего ядер. Волокна от апикальной части улитки иннервируют вентролатеральную часть кохлеарного комплекса, а от базальной части - его дорзомедиальную область (рис. 4.1,а-б. "н" и "в", соответственно.). Другими словами, в кохлеарном ядре афферентация от высокочастотной области улитки располагается в одних отделах ядра, а от низкочастотной области - в других, создавая основу для тонотопической организации клеточных элементов ядра (см. глава 6.4).
Аксоны клеток кохлеарных ядер идут в вышележащие центры как ипси-, так и контралатеральной стороны. Последние составляют большинство, и они проходят, в основном, в составе трапециевидного тела (corpus trape-zoideum, или по другой анатомической номенклатуре corpus trapezoides: рис. 4.2, ТТ).
Следующим после кохлеарных ядер центром слуховой системы продолговатого мозга является комплекс ядер верхней оливы: его основные ядра - латеральное или S-образное (oliva superior lateralis', рис. 4.2, Л ВО), и медиальное или акцессорное (oliva superior medialis', рис. 4.2; МВО).
S-образное ядро получает афферентацию только от и ипсилатерального кохлеарного ядра, в то время как аксоны его клеток иннервируют вышележащие ядра как своей, так и противоположной стороны (рис. 4.2). Клетки акцессорного ядра имеют два дендрита; на медиальном дендрите оканчиваются аксоны клеток переднего кохлеарного ядра противоположной стороны, а на латеральном дендрите - аксоны клеток того же ядра той же, ипсилатеральной стороны.
Таким образом, акцессорное ядро верхней оливы является пер-вым уровнем слуховой системы, где осуществляется бинауральная конвергенция афферентации от правой и левой улиток.
Основным коллектором аксонов клеток слуховых ядер продолговатого мозга является боковая петля или латеральный лемниск (lemniscus lateralis, рис. 4.2, ЛЛ), в составе которой следуют аксоны клеток II и 111 порядка). Часть из них переключается в группе вентральных и дорсальных ядер латеральной петли (рис. 4.2, ВЛЛ, ДЛЛ). Следовательно, при подходе к среднемозговому центру слуховой системы - заднему холму - в составе латеральной петли имеются уже аксоны клеток II, III и IV порядков. Часть
102
Руководство по аудиологии
волокон латеральной петли не переключается в заднем холме, а проходит в таламический центр слуховой системы - внутреннее коленчатое тело. Кроме того, часть волокон латеральной петли направляется к латеральному лемниску и заднему холму противоположной стороны, образуя комиссуру Пробста.
Рис. 4.2. Схематическое изображение стволовых путей и центров слуховой системы.
1 - нейроны спирального ганглия, дающие начало слуховому нерву;
2-6 - различные типы нейронов кохлеарного ядра; ТТ - трапециевидное тело; ЛВО и МВО - латрелальное и медиальное ядра верхне-оливарного комплекса (обратить внимание на нейроны "4", осуществляющие бинауральную конвергенцию афферентации в МВО); ЛЛ - латеральный лемниск и его вентральное и дорсальное ядра (ВЛЛ и ДЛЛ); ЗХ -задний холм и его центральное ядро (ЦЯ); ИК - интерколликулярная комиссура; ОКП - эфферентный оливокохлеарный пучок.
Задние холмы (colliculi inferiores, corpora quadrigemina inferiores, рис. 4.2, ЗХ) - иначе они называются задним или нижним двухолмием - состоят из нейронов III-V порядков. Основная часть клеточных элементов заднего холма расположена в центре и составляет его центральное ядро (рис. 4.2, ЦЯ). Аксоны клеток заднего холма направляются в составе его ручки к внутреннему коленчатому телу своей стороны. Часть волокон, выходящих из заднего холма, направляется к противоположному заднему холму, образуя интерколликулярную комиссуру (рис. 4.2, ИК).
Строение путей и центров слуховой системы...
103
Внутреннее коленчатое тело (ВКТ) - таламический центр слуховой системы. Афферентные волокна во внутреннее коленчатое тело поступают в составе ручек заднего холма (рис. 4.3, Р). Во внутреннем коленчатом теле различают крупно- и мелкоклеточную (или главную) области. По другой классификации, мелкоклеточная область состоит из вентральной части (рис. 4.3, б), а в крупноклеточной области выделяют медиальную и дорсальную части (рис. 4.3, а, в). Своеобразием строения определенного участка мелкоклеточной части является ее ламинарная структура, причем клетки каждого слоя иннервируются афферентными волокнами с двух сторон.
Рис. 4.3. Схематическое изображение таламокортикальных отделов слуховой системы.
Р - ручка заднего холма; АР - акустическая радиация; ВКТ - внутреннее коленчатое тело и его дорсальная, вентральная и медиальная части (а-в, соотв.); AI, All, ЕР, I-T, AAF, PAF, VPA - различные слуховые области коры.
Аксоны клеток ВКТ образуют акустическую радиацию (radiatio acustica, рис. 4.3, АР), которая оканчивается на клетках слуховой области коры.
Слуховая область коры - конечный, корковый уровень классического слухового пути, располагается в височной доле больших полушарий головного мозга. В ней принято выделять ряд зон. Так, у человека выделяют 41-е, 42-е и, отчасти, 22-е поля по Бродману (рис. 4.4, а). У кошки различают зоны AI, АП, AIII, Ер, IT (сокращение от слов инсуло-темпоральная кора; иногда эту область обозначают также как AIV). Схематически эти зоны коры представлены на рис. 4.3. В последнее время,
104
Руководство по аудиологии
на основании исследования тонотопической организации слуховой области коры (см. ниже гл. 6), в зоне AI была выделена передняя область AAF, а в зоне ЕР заднее (PAF) и задневентральное (VPAF) поля (рис. 4.3). Наиболее мощную проекцию от ВКТ у кошки получает зона AI, которая и считается первичной зоной слуховой области коры.
б
Рис. 4.4. Схематическое изображение слуховой области коры.
а - изображение большого полушария головного мозга человека. Цифры в нижней части рисунка слева - обозначение полей коры по Бродману; б -изображение слоев слуховой области коры (I-VI), 1-2 - афферентные, 3-5 -эфферентные пути.
Слуховая область коры характеризуется определенной ориентацией клеточных элементов. Во-первых, по горизонтали она содержит у млекопитающих несколько слоев клеток (до 6; рис. 4.4, б), во-вторых, в слуховой области коры существуют группы клеток, организованных внутренними связями по вертикали, так называемые "колонки".
Выше описывался восходящий (афферентный) слуховой путь. Между тем, в слуховой системе имеется и нисходящий, центробежный, или эфферентный, путь, о котором, применительно к периферическому отделу
Строение путей и центров слуховой системы...
105
головой системы, уже упоминалось в главе 2 (см. также рис. 4.2, ОКП). Началом его признается инсуло-темпоральная зона слуховой области коры, атя отдельные эфферентные пути из слуховой области коры проецируются : из других слуховых корковых зон (рис. 4.4,6). На таламическом уровне эфферентный путь переключается в ВКТ. Согласно последним данным от <оры идут прямые нисходящие пути к заднему холму и верхней оливе. От ЗК.Т нисходящий путь идет к задним холмам, а от них к комплексу верхней а.тивы своей и противоположной сторон, а также в кохлеарные ядра. От ретрооливарной группы клеток верхней оливы начинается хорошо известный оливокохлеарный пучок или пучок Рассмусена, который оканчивается на волосковых клетках улитки своей и противоположной стороны (рис. 4.2, ОКП). Расположение эфферентных путей в улитке внутреннего уха подробно рассматривалось в главе 2.
4.2. НАРУШЕНИЕ СЛУХОВОЙ ФУНКЦИИ ПРИ ПОВРЕЖДЕНИИ ЦЕНТРАЛЬНЫХ ОТДЕЛОВ СЛУХОВОЙ СИСТЕМЫ.
Повреждение центральных отделов слуховой системы у животных.
Изучение нарушений слуховой функции при повреждении различных центральных отделов слуховой системы животных весьма информативно, так как данные эти могут быть сопоставлены с теми изменениями, которые претерпевает слух у человека при центральных поражениях слуховой системы каким-либо патологическим процессом.
У животных повреждение слуховых центров слуховой системы производится, как правило, хирургическим путем. Оценка возникающих нарушений слуха осуществляется приемами изложенных выше психоакустических методов (см. гл. 3). Естественно, что при этих экспериментах в качестве ответной реакции исследуется не речевой отчет, а какая-либо из выработанных условнорефлекторных реакций. Дефицит слуховой функции при разрушении тех или иных отделов слуховой системы определяется в большинстве случаев по реакциям, выработанным на звук до и после операции, или (значительно реже) по безусловнорефлекторным реакциям на звук.
Два основных ограничения накладывает сам метод исследования слуховой функции при экспериментальных повреждениях центров слуховой системы. Во-первых, наличие дефицита обнаружения или различения тех или иных характеристик сигнала не обязательно свидетельствует о том, что поврежденный отдел осуществляет эту функцию. Этот дефицит позволяет только утверждать, что разрушенный отдел слуховой системы необходим (возможно, наряду с другими) для ее выполнения. Во-вторых, повреждение того или иного слухового центра, через некоторое время, неизбежно приводит к дегенерации клеточных
106
Руководство по аудиологии
элементов нижележащего центра (ретроградная дегенерация), что затрудняет разграничение роли обоих отделов в реализации исследуемой функции.
Разрушение волокон слухового нерва, идущих от базальной части улитки в условиях полного разрушения противоположной улитки, вызывает выраженную потерю слуха на высоких частотах при отсутствии изменений на низких частотах. При перерезке волокон, исходящих от апикальной части улитки, слуховая чувствительность на низких частотах понижается, в то время как повышение порогов на высоких частотах отсутствует. Таким образом, подтверждаются установленные другими методами данные об определенной пространственной проекции частот вдоль Кортиева органа (см. гл. 2).
Рис. 4.5. Влияние односторонней экстирпации слуховой области коры у собаки на слуховые пороги тональных сигналов разной длительности.
По оси абсцисс в "а" и "б" - длительность тонального сигнала в мс.
По оси ординат в а - слуховые пороги, измеренные на правом (кружки, пунктир) и левом (точки, сплошная линия) ухе у интактного животного; б -то же, после одностороннего удаления слуховой области коры слева.
При повреждениях структур среднего мозга (двустороннее удаление ядер заднего холма и рассечение латеральных лемнисков) обнаружено резкое повышение абсолютных порогов слышимости (30-50 дБ). При сходных разрушениях среднего мозга нарушаются дифференциальные пороги по интенсивности (на 5-10 дБ). Что касается частоты звуковых сигналов, то разрушение заднего холма приводит к незначительному возрастанию дифференциальных порогов - всего на .4-6 Гц. При разрушениях задних холмов весьма выраженными оказываются нарушения локализационной
Строение путей и центров слуховой системы. .
107
функции животных. Так, при этом теряется такой важный компонент локализационного поведения как ориентировочная реакция на звук, а также способность локализовать источник звука в пространстве при измерениях в свободном звуковом поле и при дихотической стимуляции. Кроме того, при разрушениях задних холмов резко нарушается способность к временной суммации сигналов.
Рис. 4.6. Влияние одно- и двухсторонней экстирпации слуховой области коры у собаки на различение положения неподвижных и движущихся звуковых образов, создаваемых короткими акустическими импульсами.
По оси ординат в "а" и "б" - вероятность правильных ответов; пунктир -вероятность равна 0,5.
В "а" - различение положения неподвижного звукового образа (точки) от движущегося (стрелки) у схемы головы животного; 1 - интактное животное;
2 - после односторонней экстирпации коры: измерения на стороне повреждения; 3 - измерения на стороне, противоположной повреждению; 4 - при двусторонней экстирпации коры. В "б" - различение направления движения звукового образа (стрелки у схемы головы животного), 1-4 - то же, что в "а".
108
Руководство по аудиологии
Эти данные привели к представлению о том, что для нормального обнаружения и удовлетворительного различения частоты и интенсивности стационарных звуковых сигналов большой длительности (секунда и больше) достаточно периферических отделов слуховой системы и слуховых ядер продолговатого и среднего мозга.
Наибольшее количество данных было получено при одно- и двустороннем удалении структур слуховой области коры. Как было установлено, двустороннее удаление всех зон слуховой области коры у разных животных (кошка, собака, обезьяна) при действии длительных стационарных тонов (более 1 с) существенно не влияет на пороги обнаружения сигнала большой длительности (рис. 4.5,6) и дифференциальные пороги по частоте и интенсивности.
Однако, высшие отделы слуховой системы необходимы для обнаружения и различения сигналов малой длительности. Так, удаление слуховой области коры у собак приводит к повышению порогов слышимости (до 20 дБ) сигналов, длительность которых не превышает 10-16 мс (рис. 4.5,6). Пороги слышимости звуков длительностью больше 0,1-1 с не изменяются. Повреждение слуховой области коры нарушает также различение временной последовательности сигналов. На основании этих фактов было высказано предположение о том, что для обнаружения и различения коротких звуковых сигналов необходимы высшие отделы слуховой системы: предполагается, что они обеспечивают длительную циркуляцию разрядов нервных элементов как основу фиксации в слуховой краткосрочной (иначе экоической) памяти параметров короткого звукового стимула.
Отметим также, что нарушение деятельности слуховой области коры приводят к значительным нарушениям способности локализации источника звука в пространстве. При этом теряется способность локализовать как неподвижные, так и движущиеся источники звука (рис. 4.6).
Поражение центральных отделов слуховой системы у человека.
Данные о дефиците слуховой функции при нарушении деятель-ности центральных отделов слуховой системы человека не является предметом изучения собственно аудиологии. Рассмотрение этих нарушений относится к компетенции обширной области медицины - неврологии, а в более узком смысле - отоневрологии. Вместе с тем, для общей ориентировки в предмете, в настоящем коротком разделе рассмотрим основные нарушения слуховой функции, которые возникают при поражениях центральных отделов слуховой системы.
Нарушения слуха при центральных повреждениях слухового пути наблюдается при таких заболеваниях как опухоль, кровоизлияние,
Строение путей и центров слуховой системы
109
инфекция, эпилептический очаг, операция или травма. Необходимо указать, что в этих случаях патологии обследование больных с точки зрения топической диагностики и оценки результатов имеет еще большие ограничения, чем экспериментальное разрушения слуховых центров у животных. Дело в том, что при наличии очага поражения в мозгу, патологическими изменениями, как правило, оказывается охваченной не только структура данного слухового ядра, но и рядом расположенные другие структуры мозга. Поэтому точно локализовать область поражения слуховых центров и близлежащих мозговых структур у человека оказывается неизмеримо труднее, чем у животных. Именно изложенным обстоятельством можно объяснить существенную противоречивость данных о нарушениях слуховой функции при повреждении различных отделов слуховой системы у больных.
При поражениях подкорковых отделов слуховой системы и исследовании порогов слышимости было установлено некоторое их повышение. Относительно частоты звуковых тональных сигналов имеются тишь отдельные наблюдения, свидетельствующие о том, что при двустороннем повреждении лемнисков затруднено различение частоты тональных сигналов.
Так же, как у животных, наибольшее количество данных получено при обследовании больных с корковыми поражениями. Так, поражения височной коры приводят к существенным повышениям порогов слышимости при действии коротких (до 20-30 мс) звуковых сигналов и не изменяются по сравнению с нормой (при односторонних поражениях коры), по сравнению с измерениями на ухе контралатеральном неповрежденной стороне. Наибольшие нарушения обнаруживаются у больных при задаче распознавания временных последовательностей. Кроме того, так же как у животных, корковые повреждения приводят к нарушениям в локализации источника звука, особенно при поражении нижнетеменной дольки и слуховых структур правого полушария.
В заключение отметим, что хорошо известное наличие функциональной асимметрии больших полушарий головного мозга человека, проявляющееся в различных аспектах сенсорного различения, когнитивных и мнестических функциях мозга, находит свое отражение и при некоторых сторонах слухового восприятия. Так, в самом общем виде, левое полушарие, в основном связано с функцией восприятия сложных (в том числе и речевых) звуковых сигналов, а правое с восприятием слухового пространства.
110
Руководство по аудиологии
РЕКОМЕНДУЕМАЯ ЛИТЕРАТУРА.
1. Альтман Я.А. Слуховая система/ Руководоство,- Л.,"Наука", 1990.
2. King A.J. Sensory Experience and the Formation of a Computational Map of Auditory? Space in the Brain// BioAssays.-1999.-V.21.-P.900-911.
3. Oliver D.L., Huerta M.F. Inferior and Superior Colliculi// In: The Mammalian Auditory Pathway: Neuroanatomy/ Ed.: W.B.Webster, A.N.Popper and R.R.Fray. Berlin:Springer-Verlag.-1992.-P. 168-221.
4. Ruascheker J.P. Auditory Cortical Plasticity: A Comparison with Other Sensory Systems// Trends in Neurosci.- 1999.-V.22.-P.74-80.
5. Winer J. A. The Functional Architecture of the Medial Geniculate Body and Primary Auditory Cortex// In: The Mammalian Auditory Pathway: Neuroanatomy/ Ed.: W.B.Webster, A.N.Popper and R.R.Fray. Berlin:Springer-Verlag.-1992.-P.222-409.
Слуховые вызванные потенциалы животных и человека
111
ГЛАВА 5.
СЛУХОВЫЕ ВЫЗВАННЫЕ ПОТЕНЦИАЛЫ ЖИВОТНЫХ И ЧЕЛОВЕКА.
Как уже указывалось, один из методов изучения электрических проявлений деятельности слуховой системы при действии звуковых сигналов состоит в регистрации и последующей оценке активности больших совокупностей нервных элементов. Со времени начала регистрации этих реакций у животных (конец 1930-х г.г.) они получили в литературе ряд обозначений, употребляющихся (не вполне строго) как синонимы: "суммарные реакции", "суммарные ответы", "вызванные потенциалы", или "первичные ответы".
Эти обозначения характеризуют различные свойства указанного класса электрических реакций - участие суммы нервных элементов в их генерации (суммарные реакции или ответы), обусловленность их появления действием стимула (вызванные потенциалы), раннее время их возникновения по сравнению с более поздними (например, вторичными) вызванными потенциалами. В последующем изложении мы остановимся на термине вызванные потенциалы, так как он в равной мере используется в литературе при описании вызванных потенциалов животных и человека
5.1. ВЫЗВАННЫЕ ПОТЕНЦИАЛЫ СЛУХОВОЙ СИСТЕМЫ ЖИВОТНЫХ.
Прежде чем перейти к изложению данных о вызванных потенциалах, необходимо кратко остановиться на некоторых физических характеристиках отведения потенциалов в клеточных структурах нервной ткани. В первую очередь, необходимо отметить, что особенностью отведения вызванных потенциалов является их регистрация от источника электродвижущей силы (ЭДС) не в однородной проводящей среде (проводники первого рода), а в среде с растворенными электролитом, каковой является мозг. Такие проводники называют "объемными проводниками" или проводниками 2-го рода. Обычно при регистрации вызванных потенциалов используют 2 эле-ктрода: один активный, а 2-й для измерения разности потенциалов, относительный или референтный. Помещая электрод с неизолированным кончиком в мозговую ткань, при его расположении вблизи положительного полюса ЭДС (т.е. вблизи источника тока, английское название - current source) регистрируют положительный потенциал по отношению к отдаленному электроду, при его расположении возле отрицательного полюса (стока тока, английское название - current sink). Схематически это изображено на рис. 5.1. Как
112
Руководство по ay дно погни
следует из рисунка, если отводящий кончик электрода находится вблизи источника электродвижущей силы или ЭДС (точка "И"), то, с учетом времени распространения тока в среде, электрод регистрирует двухфазный потенциал - вначале положительную фазу, а потом отрицательную, относительно референтного электрода. Такую конструкцию потенциалов принято называть диполем. С другой стороны, как следует из рис. 5.1, если отводящий кончик электрода переместиться из точки Л1 в точку Л2, то при том же источнике ЭДС ("И"), вначале будет зарегистрировано отрицательное колебание потенциала, а потом положительное. Другими словами, перемещение отводящего кончика электрода относительно ЭДС вызывает инверсию отводимого потенциала.
Рис. 5.1. Особенности распространения потенциала в объемном проводнике.
Вертикальная полоса в центре рисунка - изображение электрода;
зачерненная область - изолированная часть электрода, заштрихованная -неизолированная; И - источник ЭДС, Л1 и Л2 - две локализации электрода относительно ЭДС. Стрелками указаны направления силовых линий тока, цифрами - его относительное напряжение.
Вызванные потенциалы представляют сумму огромного числа диполей создаваемых нервными элементами, расположенными в объемном проводнике, вблизи отводящего электрода. Заметим, что эти же закономерности будут соблюдаться, если электрод находится в определенном отдалении от ЭДС, (т.е. от мозговой ткани), как это имеет место при отведении вызванных потенциалов от поверхности черепа.
Слуховые вызванные потенциалы животных и человека
113
Вскоре после описания потенциалов улитки внутреннего уха ("микрофонный эффект улитки”, см. гл. 2), в середине 1930-х годов были зарегистрированы вызванные потенциалы основных слуховых центров млекопитающих (в основном, кошек и собак). Вызванные потенциалы слуховой системы, зарегистрированные у кошки при непосредственном помещении электрода в исследуемую структуру, представлены на рис. 5.2.
Рис. 5.2. Вызванные потенциалы слуховой системы кошки, возникающие при действии одиночного короткого акустического импульса (щелчка).
СН - слуховой нерв; КЯ - кохлеарное ядро; ВО - верхняя олива; ЛП -латеральный лемниск; ЗХ - задний холм; ВКТ - внутреннее коленчатое тело; СК - слуховая кора. Нижняя осциллограмма СК - реакции, зарегистрированные в слуховой области коры при медленной развертке луча, демонстрируют вторичные вызванные потенциалы. Калибровка времени в левом столбце осциллограмм - 5 мс, в правом и в СК внизу рисунка - 20 мс. Вертикальная черточка на осциллограммах - момент предъявления щелчка (в ВО момент предъявления щелчка с началом развертки луча). Точками у осциллограмм отмечены компоненты, измеряемые для зависимостей рис. 5.3, б. Потенциалы зарегистрированы методом наложения (10 реакций).
Как видно из рис. 5.2, эти потенциалы характеризуются, во-первых, многокомпонентностью реакций, т. е. чередованием положительных и отрицательных колебаний, что естественно в условиях регистрации
114
Руководство по аудиологии
потенциала в объемном проводнике. Второй характерной особенностью реакций является увеличение скрытых периодов их возникновения от нижележащих отделов слуховой системы к вышележащим (рис. 5.2,а). При регистрации ответов слуховой области коры при медленной развертке (рис. 5.2, СК, внизу рисунка) видно проявление в ряде случаев крайне вариабельных вторичных (более поздних) реакций.
Следует указать, что данные, приведенные на рис. 5.2, не вполне однозначны при трактовке. Так, вызванные потенциалы слухового нерва представляют собой суммарную импульсную реакцию аксонов клеток спирального ганглия. То же можно сказать о реакции элементов латерального лемниска, в то время как в остальных случаях мы имеем суммарные реакции, включающие в себя как синаптическую, так и импульсную активность клеточных элементов ядра, а также реакцию волокон нижележащих уровней слуховой системы, афферентирующих исследуемое ядро.
Рис. 5.3. Зависимость скрытых периодов (а) и амплитуды (б) вызванных потенциалов от интенсивности звука
По оси абсцисс - интенсивность звука в дБ; по оси ординат слева -значения скрытых периодов в мс, справа - амплитуды вызванных потенциалов в мкВ; 1 - улитка; 2 - кохлеарное ядро; 3 - задний холм; 4 -внутреннее коленчатое тело; 5 - слуховая область коры.
Исследование вызванных потенциалов, проведенное в основном на наркотизированных животных, позволило изучить целый ряд существенных сторон в организации деятельности слуховой системы. Прежде всего, были установлены те области мозга, в которых могут быть зарегистрированы ответы при действии.звука. Были определены фокусы максимальной активности различных отделов слуховой системы в
Слуховые вызванные потенциалы животных и человека
115
зависимости от частоты звукового сигнала и стороны (справа или слева), с которой предъявляют стимул. В частности, характеристики вызванных потенциалов при сопоставлении их с морфологическими данными позволили в общих чертах определить характер конвергенции билатерального потока импульсации в разных отделах слуховой системы. Кроме того, был выделен ряд функциональных зон слуховой области коры упомянутых в главе 4.2.
Помимо изложенных данных были получены результаты, характеризующие определенные функциональные свойства слухового пути. Так, были определены время распространения возбуждения по ходу слухового пути при включении звукового сигнала по величинам скрытых периодов реакций и изменение времени распространения при разных интенсивностях звуковых сигналов (рис. 5.3,а). Были установлены также зависимости амплитуды звуковых сигналов от интенсивности звука (рис. 5.3,6). В частности, оценка амплитудной зависимости первого нервного компонента, зарегистрированного от круглого окна улитки, позволила предположить наличие двух популяций элементов в периферическом отделе слуховой системы, реагирующих на разный диапазон интенсивностей звука. Впоследствии эти данные были подтверждены при исследовании отдельных волокон слухового нерва.
С помощью вызванных потенциалов был оценен ряд существенных временных характеристик центральных отделов слуховой системы. Представляется вероятным, что длительность вызванных потенциалов определяет степень синхронизации афферентного потока импульсации при его включении, поэтому возрастание длительности вызванных потенциалов слуховой системы от нижележащих ее отделов к вышележащим может быть вызвано все большей рассинхронизацией деятельности совокупностей нейронов, составляющих тот или иной отдел слуховой системы, от периферических ее отделов до уровня слуховой области коры.
Было установлено также уменьшение частоты воспроизведения ритмической стимуляции и возрастание времени восстановления реакции на второй в паре сигнал при действии парных звуковых стимулов с различными временными интервалами между ними от нижележащих отделов слуховой системы к вышележащим (табл. 5.1). Эти данные могут рассматриваться как постепенное снижение разрешающей способности во времени при переходе от более низких отделов слуховой системы к ее таламическому и корковому уровням. Показано увеличение значений временной суммации (снижение порога обнаружения вызванных потенциалов при увеличении длительности звукового сигнала) от нижележащих уровней слухового пути к вышележащим (табл. 5.1), что, по-видимому, связано с возрастанием длительности вызванных потенциалов в высших отделах слуховой системы. Использование стимулов с разным
116
Руководство по аудиологии
временем нарастания звукового сигнала показало, что для десинхронизации начального афферентного потока импульсации при включении звукового сигнала в вышележащих отделах слуховой системы требуется значительно большее время нарастания, чем в нижележащих, что может указывать на наличие усиливающихся по ходу слухового пути синхронизирующих механизмов, наряду с уже отмеченной десинхронизацией афферентного потока.
Таблица 5.1.
Количественные характеристики суммарных ответов на звук основных отделов слуховой системы.
X
К X 5 о s 2 £ | S з X 5- Отдел слуховой системы S’ | g х — ч — с X 1 т S >ность ( в мс ) иного явления (в мс вое поиз веде ь □дражения
° Ё я 0 3 8 5 g ч с = 5
|3о§ Н* б & i 51" Длите Цикл восста Перед ритма ( в Гц
Слуховой нерв -5 0,45-0,5 2000 0,5 20-25 3000-4000
Кохлеарные ядра -5 2,0-2,4 600 3-5 20-25 4000-5000
Комплекс верхней оливы Не исслед 3-4 300-500 4-6 Не исслед 4300
Латеральная петля Не исслед 2,0-2,5 Нс исслед 2,5-3,0 25-30 Не исслед
Задний холм -2 3,2-3,6 450 4,5-5,5 40 1200-1500
Внутреннее коленчатое тело -6 5,0 200-300 5-6 75-100 1200-1500
Слуховая область коры -2 8,0-8,5 200-350 10 400 100
Таким образом, перечисленные выше параметры вызванных потенциалов слухового пути свидетельствуют о том, что с их помощью можно охарактеризовать ряд существенных сторон деятельности популяций нейронов, образующих центры слуховой системы или слуховые пути (слуховой нерв, латеральный лемниск).
Вместе с тем следует указать на два существенных ограничения, которые сам метод накладывает на более широкое использование суммарных ответов при оценке деятельности слуховой системы:
а) трудность трактовки происхождения различных компонентов вызванных потенциалов, а, следовательно, трактовки обнаруженных изменений в них при изменениях параметров звуковых сигналов или при изменении состояния животного, о чем упоминалось выше;
б) отражение в этих реакциях лишь начального отрезка потока афферентной импульсации, возникающего, в основном, при включении (иногда выключении) звукового сигнала.
Перейдем теперь к рассмотрению, длящейся реакции, а именно суммарного синхронизированного ответа (ССО), зарегистрированного
Слуховые вызванные потенциалы животных и человека
117
непосредственно от различных отделов слуховой системы у животных, т. е. также при регистрации инвазивным методом. Эта реакция в центральных ттделах слуховой системы впервые была зарегистрирована в верхне-еливарном комплексе ядер наркотизированной кошки. Согласно ^•шествующим данным, она воспроизводит частоты тона до 2 кГц и отражает суммарную деятельность нейронов, синхронизированную с териодом тонального сигнала. По существу эта реакция не отличается от ' щкрофонного компонента ответа улитки, в котором также регистрируется синхронизированная активность слуховых рецепторов и окончаний золокон слухового нерва при действии тонального сигнала. Необходимо отметить, что регистрация этого типа реакции обладает одним преимуществом перед регистрацией вызванных потенциалов: ССО позволяет анализировать длящуюся нервную активность при длительном действии звуковых стимулов, а не только начальный поток имнульсации при включении стимула, как это имеет место в случае суммарных ответов. У кажем, что с чисто методической стороны существенным является наличие скрытого периода ответа возникновения ССО, значение которого возрастает при повышении уровня слуховой системы, от которого регистрируется ответ. Наличие такого скрытого периода свидетельствует о том, что в генерации ССО не отражается участие рецепторных элементов Кортнева органа, т.е., другими словами, не регистрируется микрофонный потенциал улитки. В первую очередь, необходимо отметить воспроизведение в ССО звуковой формы волны, даже достаточно сложной, состоящей из ряда составляющих. В ССО стволовых центров слуховой системы находит отражение не только форма волны при сочетании двух частотных компонентов. Заметные изменения формы волны в ССО вызывают и фазовые изменения в предъявляемом сигнале. Заметим, что изменения в сигнале отражаются в ССО при их временном выражении всего лишь порядка нескольких десятков микросекунд. Аналогичные изменения можно было наблюдать в ССО, зарегистрированном от нейронов заднего холма кошки.
Исследование неинвазивными методами вызванных потенциалов у животных проведено в большом количестве работ. При этом были использованы самые разные виды животных: обезьяны, кошки, морские свинки, крысы, мыши. Эти исследования редко преследовали цель изучения механизмов деятельности собственно слуховой системы обследованных животных. В основном, задача этих работ состояла в определении тех отделов слуховой системы, которые преимущественно или исключительно участвуют в генерации той или иной волны коротколатентных вызванных потенциалов.
Амплитуда околополевых потенциалов велика, но резко снижается даже при незначительном удалении электрода от генератора. Амплитуда дальнеполевых потенциалов очень мала и практически не изменяется при
118
Руководство по аудиологии
увеличении расстояния электрода от генератора. И, хотя генераторы СВП локализуются в черепе или внутри височной кости, в клинической практике СВП практически всегда регистрируются как дальнеполевые потенциалы от поверхности черепа. Исключение составляет лишь внутриоперационный мониторинг, когда электрод устанавливается непосредственно на стволе восьмого нерва, и транстимпанальная электрокохлеография, когда регистрирующий игольчатый электрод устанавливается на промонториальной стенке в области ниши круглого окна.
II
Рис. 5.4. Коротколатентные потенциалы интактной кошки: (1) - после преколликулярной децеребрации; (2) - аспирации колликула; (3) -изоляции кохлеарных ядер; (4) - перерезки слухового нерва; (5) - смерти животного 1 - V компоненты КСВП.
Слуховые вызванные потенциалы животных и человека
119
Пример изменений различных компонентов коротколатентных слуховых вызванных потенциалов (КСВП, подробнее см. ниже) кошки при разрушении различных отелов слуховой системы представлены на рис. 5.4.
Подытоживая данные, касающиеся отдельных компонентов коротко-татентных слуховых вызванных потенциалов, можно перечислить некоторые принятые гипотезы как относительно происхождения этих волн, так и локализации вызывающих их генераторов в слуховых центрах. Предполагается, что эти волны (за исключением волны I) представляют собой постсинаптические потенциалы клеточных элементов различных слуховых ядер мозгового ствола. Заметим при этом, что нельзя полностью исключить участие в этих колебаниях потенциалов действия клеточных элементов или импульсной активности, распространяющейся по аксонам клеток, афферентирующих нейроны указанных центров. Что касается локализации генераторов волн КСВП, то волна I закономерно соотносится с деятельностью волокон слухового нерва. Происхождение волн II и III соотносят с активностью кохлеарных ядер (волна II) и активностью проекций передневентрального кохлеарного ядра к клеточным элементам медиальной оливы (волна III). Афферентация из этого же ядра кохлеарного комплекса в латеральный лемниск и его вентральные ядра с обеих сторон обеспечивает возникновение IV волны. Этот же источник совместно с результатом активации клеточных элементов заднего двухолмия приводит к возникновению волны V КСВП (подробно информация о генерации волн КСВП изложена в гл. 5.2).
Таким образом, в целом КСВП представляет собой последовательность волн, возникающих в слуховых центрах продолговатого и среднего мозга, а их ре: истрация позволяет судить в общем виде о деятельности этих центров. Вместе с тем, необходимо подчеркнуть, что трудности в трактовке данных, которые встречались при анализе вызванных потенциалов путей и центров слуховой системы при их инвазивной регистрации у животных, полностью сказались и при анализе изменений отдельных компонентов КСВП, зарегистрированных не в самих генераторах вызванных потенциалов, а вдали от них, т. е. с поверхности черепа (потенциалы дальнего поля, far-fleld potentials при английском написании термина).
Поэтому представляются необходимыми как дальнейшие исследования, направленные на изучение происхождения отдельных волн в КСВП, так и попытки более точной локализации структур, генерирующих эти волны.
В заключение отметим, что отражение различных физических параметров звуковых сигналов в КСВП животных сходно с теми изменениями вызванных потенциалов животных, которые были зарегистрированы инвазивным способом в различных отделах слуховой системы. Речь идет о возрастании амплитуды ответов и укорочении их
120
Руководство по аудиологии
скрытых периодов при увеличении интенсивности стимула, о наличии определенной верхней частоты воспроизведения ритма стимуляции, об изменении ответов при увеличении длительности сигнала и т. д. В настоящем разделе эти изменения не описываются, так как более подробно им будет уделено внимание при рассмотрении коротколатентных слуховых вызванных потенциалов человека.
5.2. СЛУХОВЫЕ ВЫЗВАННЫЕ ПОТЕНЦИАЛЫ ЧЕЛОВЕКА.
Исследование этого класса реакций определяется возможностью неинвазивной (т.е. с поверхности черепа) регистрации суммарной электрической активности слуховых центров у человека и животных. В виду малой амллитуды реакций при таком способе регистрации и значительного уровня помех за счет других электрических процессов в мозгу, неинвазивный способ регистрации требует многократного когерентного накопления отдельных реакций и получения вызванных потенциалов в усредненной форме. Поскольку когерентное накопление сигнала является определяющим условием выделения вызванных потенциалов при расположении электродов на поверхности черепа, рассмотрим подробнее этот метод. Суть этого метода, предложенного в свое время в радиофизике, состоит в следующем. Допустим, имеется слабый полезный сигнал, вызванный каким-либо внешним воздействием, на порядок (или порядки) меньший по амплитуде, чем одновременно с ним существующая помеха. Очевидно, что выделить такой сигнал при однократном применении внешнего воздействия крайне затруднительно. Если же внешнее воздействие, приводящее к появлению полезного сигнала, повторяется в один и тот же момент времени многократно, то появляется возможность этот полезный сигнал выделить. Дело в том, что помеха (как указывалось, большая по амплитуде полезного сигнала) и по знаку (положительные или отрицательные колебания помехи) случайна во времени проявления этих ее характеристик относительно момента нанесения внешнего воздействия. Вместе с тем, внешнее воздействие, благодаря которому появляется полезный сигнал, всегда предъявляется в один и тот же момент времени. Очевидно, что полезный сигнал на регулярно появляющееся внешнее воздействие также возникает примерно в один и тот же момент времени, сохраняя сходными или идентичными амплитудно-временные свойства своих колебаний. Многократное накопление и суммирование процесса, содержащего и полезный сигнал, и помеху приводит к тому, что, благодаря случайности проявления амплитудновременных свойств помехи и их алгебраическому суммированию, помеха нивелируется (или полностью исчезает), а сигнал, которому мы приписали свойства полезного, оказывается выделенным в усредненном.виде.
Слуховые вызванные потенциалы животных и человека
121
При неинвазивном (дальнеполевом) способе отведения вызванных потенциалов с поверхности головы человека, без разрушения тканей, возможна следующая классификация этих потенциалов:
а) кохлеограмма,
б) суммарный синхронизированный ответ,
в) коротколатентные слуховые вызванные потенциалы - сокращенно КСВП (иногда - "вызванные потенциалы ствола мозга", в английском написании "brainstem auditory evoked potentials" или "responses", отсюда аббревиатуры - ВАЕР или BSER).
г) среднелатентные слуховые вызванные потенциалы (ССВП),
д) длиннолатентные слуховые вызванные потенциалы (ДСВП); иногда их обозначают как "вертексные" потенциалы (впервые в 1960 г. они были зарегистрированы американским ученым X. Дэвисом с вертекса человека).
е) поздние потенциалы.
Периферическая и центральная слуховая система представляет собой чрезвычайно сложную сенсорную организацию. Сложность эта прежде всего определяется следующими факторами:
1) физиология улитки - это достаточно сложные взаимодействия между метаболическими и биомеханическими свойствами улитки;
2) основные ядра слуховой системы, в частности, улитковые, оливарные, нижнего бугорка, структурно очень сложны и имеют множественные подразделения;
3) имеются различные структурные и функциональные связи между нейронами;
4) количество нейронов и синапсов возрастает в геометрической прогрессии от восьмого нерва (порядка 30000) до слуховой коры (до 10 млн. нейронов);
5) имеются множественные перекресты, связывающие оба полушария на уровне ствола и коры;
6) афферентная слуховая система имеет компоненты в пределах ретикулярной активированной системы;
7) эфферентная система может влиять на функцию слуховых афферентов.
Кохлеограмма.
Кохлеограмма отражает реакцию рецепторных и нервных элементов улитки внутреннего уха человека. Другими словами, в кохлеограмме отражается суммарная реакция и волосковых клеток, и суммарная реакция слухового нерва (см. глава 2). В более широком смысле кохлеограмма может
122
Руководство по аудиологии
быть отнесена к группе реакций суммарного синхронизированного ответа (см. ниже). Однако, с учетом диагностического значения этой реакции, ее рассмотрение в общем виде проводится отдельно. При регистрации кохлеограммы отчетливо выступает значение приниципа когерентного накопления, рассмотренного выше. Так, при действии короткой тональной посылки кохлеограмма представляет собой одновременный ответ рецепторных (микрофонный компонент ответа) и нервных (суммарная активность волокон слухового нерва) элементов улитки (рис. 5.5, 2). Если многократно подавать тональную посылку, предусмотрев каждое нечетное предъявление в одной фазе, а четное - в противоположной фазе, то разнонаправленные по знаку колебания микрофонного потенциала при суммировании взаимно погасятся, а суммарный ответ слухового нерва выделится, так как он всегда состоит из колебаний потенциала, не зависящих (по направлению) от фазы тональной посылки. Таким образом, признанный в данном случае "полезным" сигнал суммарной активности волокон слухового нерва оказывается выделенным на фоне "помехи" (микрофонные потенциалы), благодаря принципу когерентного накопления.
1 —
2
3-----------------
1 мс \ J i----1
Рис. 5 5. Выделение нервного компонента ответа улитки.
1 - изображение тональной посылки; 2 - одновременное проявление в реакции микрофонного и нервного компонентов ответа улитки; 3 -нервный компонент ответа улитки, выделенный методом когерентного накопления.
Итак, если исходить от классов СВП, то следует, безусловно, начинать с ЭКоГ, методики, обеспечивающей регистрацию суммационного и микрофонного потенциалов, а также потенциала действия слухового нерва.
Микрофонный потенциал (МП)вперцые был зарегистрирован Wever и Bray в классических электрофизиологических экспериментах более 70 лет
Слуховые вызванные потенциалы животных и человека
123
назад (Wever, Bray, 1930). МП представляет собой переменный потенциал, повторяющий форму стимула.
Так, при предъявлении чистого тона генерируется МП, имеющий форму синусоиды аналогичной частоты. МП не имеет скрытого (или латентного) периода, так как возникает одновременно с предъявленным стимулом. Он продуцируется волосковыми клетками, а в нормальной улитке - преимущественно НВК (Dallos, 1973; Sellick, Russell, 1980). При экстракохлеарной регистрации, а это означает, что электрод расположен на промонториальной стенке, на барабанной перепонке или в наружном слуховом проходе, МП отражает активность НВК базальной части улитки (Elberling, 1974; Aran, Charlet de Sauvage, 1976; Hoke, 1976; Sohmer, Kinarti, Gafni, 1980). Механизмы, лежащие в основе генерации МП, до сих пор не ясны. Считается, что, возможно, это скорость и ускорение движений ВК или смещений основной мембраны. МП регистрируется при стимуляции одной полярности (с начальными фазами сгущения или разрежения). При стимуляции переменной полярности МП подавляется.
Суммационный потенциал (СП) является постоянным потенциалом, регистрируемым как при стимуляции длительными тонами, так и короткими акустическими стимулами, такими как акустические щелчки или тональные посылки или импульсы. СП регистрируется как сдвиг изолинии при ЭКоГ, обычно наблюдаемый в том же направлении и непосредственно перед ПД слухового нерва. Однозначной информации об источниках генерации СП до сих пор не получено. Обычно считается, что он является продуктом как искажений, связанных с нерегулярностями в смещениях ВК и основной мембраны и соответствующей генерацией электрического тока (Whitfield, Ross, 1965; Eldredge, 1974; Moller, 1983), так и с активностью внутренних и наружных волосковых клеток (Dallos, 1973). СП, в отличие от ПД, регистрируется даже при чрезвычайно высоких скоростях предъявления стимулов и относительно более стабилен при стимуляции высокочастотными тональными посылками.
Потенциал действия слухового нерва (ПД).
ПД, зарегистрированный при ЭКоГ - это дальнеполевое представление составного ПД слухового нерва. Основной компонент ПД - пик NH который соответствует 1-й волне КСВП, хотя при ЭКоГ, как правило, используется монтаж электродов, при котором ПД направлен вниз, в отличие от КСВП. Так как ПД отражает синхронную активность множества волокон слухового нерва, наибольшие значения амплитуды определяются при использовании коротких стимулов с минимальными значениями времени нарастания стимула, например, щелчков. Амплитуда ПД повышается, а ЛП снижается при увеличении интенсивности стимуляции. При этом связанный с интенсивностью рост амплитуды обусловлен увеличением количества волокон слухового нерва, содействующих
124
Руководство по аудиологии
генерации, т.е. в одно и то же время продуцируется электрическая активность большего количества нервных элементов. Следующим фактором, влияющим на изменения амплитуды и ЛП ПД, связанные с изменением интенсивности, являются свойства синапсов ВК, такие как скорость постсинаптического потенциала возбуждения ВК (Moller, 1983, Pickles, 1988). Кроме того, показано, что связанное с интенсивностью укорочение ЛП, возможно, отражает активацию более базальных отделов улитки, т.к. на более высоких интенсивностях бегущая волна распространяется именно в этом направлении.
Вторая волна ПД N2 нередко также определяется при ЭКоГ. На сегодняшний день существует две противоречащие друг другу теории происхождения этого пика. В соответствии с первой теорией, основанной на данных, полученных при использовании техники выделенных ответов, т.е. частотноспецифичной ЭКоГ, считается, что N, отражает разряды волокон слухового нерва, обусловленные активностью основного высокочастотного завитка улитки, в то время как N2 отражает разряды волокон слухового нерва, связанные с активностью более апикальных отделов (2-го завитка или выше) (Eggermont, 1976; Elberling, 1976). При этом особое значение приобретает интенсивность стимуляции. Высокоинтенсивные стимулы продуцируют активность более базальных отделов улитки, в то время как низкоинтенсивные стимулы могут также активировать низкочастотные области улитки. Бесспорным является факт, что амплитуда ПД (а именно, компонента Nj) уменьшается с понижением интенсивности. Однако, в соответствии с данными ряда авторов амплитуда N2 повышается, и на очень низких уровнях интенсивности сохраняется лишь компонент N2 (Gibson, 1978). ЛП обоих компонентов удлиняется при снижении интенсивности стимуляции. При стимуляции щелчками высокой интенсивности компонент N2 ПД соответствует 2-й волне КСВП.
Скорость бегущей волны на основной мембране существенно больше в основном завитке (20 м/с для частоты 10000 Гц), чем в апикальном (2 м/с для 500 Гц). В апикальной части улитки скорость бегущей волны недостаточна для вызывания синхронных разрядов соответствующих афферентных волокон слухового нерва. Необходимо приблизительно 2 мс для прохождения бегущей волны от области, соответствующей 10000 Гц, к области, соответствующей 500 Гц (von Bekesy, 1960; Elberling, 1976; Ozdamar, Dallos, 1976; Parker, Thornton, 1978). Изменения параметров стимуляции, ведущие к активации более базальных отделов улитки, такие как повышение частоты или интенсивности, кроме того, сопровож-даются укорочением ЛП ПД. В то же время при стимуляции тональными посылками укорочение ЛП при повышении интенсивности, как было продемонстрировано в экспериментах на животных, более выражено для
Слуховые вызванные потенциалы животных и человека
125
сительно низких частот (2000 Гц) и минимально на очень высоких лотах (20000 Гц).
Другие потенциалы (потенциалы покоя), регистрируемые в улитке, ’кие как эндокохлеарный потенциал, о которых речь шла выше, не связаны с акустическим стимулом и относятся к постоянным потенциалам. Основным DC-потенциалом является эндокохлеарный потенциал (von Bekesy, 1960; Dallos, 1973; Moller, 1983; Pickles, 1988).
Коротколатентные слуховые вызванные потенциалы (КСВП).
Имеющаяся на сегодняшний день информация об анатомии и физиологии, лежащих в основе генерации КСВП, получена, как минимум, при использовании пяти различных подходов:
1) корреляции между хирургическим повреждением структур ЦНС и КСВП у экспериментальных животных;
2) наличии связи между клинически подтвержденной патологией мозга и результатами КСВП у человека;
3) анализа отдельных нервных единиц и усредненных вызванных ответов, зарегистрированных непосредственно от определенных структур у экспериментальных животных;
4) анализа поверхностноотведенных КСВП при использовании различной локализации электродов у человека;
5) анализа вызванных потенциалов, зарегистрированных при отведении от < определенных структур мозга при нейрохирургических операциях.
До настоящего времени в литературе все еще дискутируется вопрос об анатомических источниках поздних компонентов КСВП (3-6 волн). В классических работах Sohmer, Feinmesser (1967) и Jewett, Williston (1971) четко продемонстрировано, что ответственным за генерацию первой волны КСВП является слуховой нерв. В более поздних работах ответственными за генерацию каждой волны КСВП считались определенные структуры ствола мозга, а именно: 1-я волна - слуховой нерв; 2-я волна - улитковые ядра; 3-я волна - верхнеоливарный комплекс; 4-я волна - ядра боковой петли; 5-я волна - нижний бугорок и 6-я - медиальное коленчатое тело. Однако эти заключения были сделаны на основании данных, полученных в экспериментах на животных с разрушением структур мозга (Lev, Sohmer, 1972; Buchwald,Huang, 1975; Goldenberg, Derbyshire, 1975; Huang, Buchwald, 1978), и, учитывая четкие различия в нейроанатомии слуховой системы у человека и животных (Мооге, 1987), не могут быть перенесены на человека. Moller (1985) считает, что наличие четких различий в слуховой нейроанатомии человека и экспериментальных животных (морские свинки, кошки, крысы), существенно ограничивает экстраполяцию экспериментальных результатов на человека.
126
Руководство по аудиологии
Существует, как минимум, два дополнительных фактора, ограничивающих применение анатомических принципов генерации КСВП. В большинстве клинических исследований, в которых проводились попытки сопоставлять электрофизиологические данные с имеющейся патологией мозга, имелись технические ограничения, связанные с расположением электродов. Обычно используемое дифференциальное отведение активности с установкой одного электрода на вертексе, а другого на сосцевидном отростке (или мочке ушной раковины), может сопровождаться регистрацией результатов, не соответствующих ответам, регистрируемым при использовании истинного референтного электрода -электрода, расположенного в неэнцефалической области. Кроме того, попытки связать генераторы волн КСВП с анатомическими структурами, основываясь на существующих клинических схемах, также не выдерживают критики, так как не стыкуются с концепцией объемного проведения дальнеполевых потенциалов от пространственно компактных нейроанато-мических структур в стволе мозга человека (Hall, 1992).
Ниже приводится схема, наиболее логично объясняющая происхождение различных компонентов КСВП.
Волна 1.
Волна 1 представляет собой дальнеполевое отражение составного ПД в дистальной порции слухового нерва, отражающая афферентную активность волокон на участке между их выходом из улитки и вхождением во внутренний слуховой проход. Этот'факт подтвержден во многих исследованиях, в частности, при непосредственном отведении от слухового нерва (Moller, Jannetta, 1981, 1982, 1983; Hashimoto et al., 1981; Moller et al., 1981; Moller, Jannetta, Moller, 1982), во многих ЭКоГ-исследованиях, при построении фигур Лиссажу, клиническом анализе КСВП и при использовании пространственно-временных дипольных моделей (Ino, Mizoi, 1980; Scherg, von Cramon, 1985; Grandori, 1986), равно как при клинических находках у больных с ретрокохлеарной патологией (Sohmer, Feinmesser, Szabo, 1974; Starr, Achor, 1975; Starr, Hamilton, 1976; Stockard, Rossiter, 1977). Пространственно-временное моделирование КСВП также свидетельствует о том, что отрицательное колено, следующее за 1-м пиком КСВП, отражает активность, исходящую от участка слухового нерва, в области вхождения его во внутренний слуховой проход (Scherg, von Cramon, 1985).
Волна 2.
В соответствии с внутричерепными регистрациями у человека, проведенными Moller (1985), 2-я волна генерируется проксимальным участком слухового нерва в месте вхождения нерва в ствол мозга. Эти данные подтверждаются связью между ЛП 1-й и 2-й волн и предположительно относительно медленным временем проведения для
Слуховые вызванные потенциалы животных и человека
127
слухового нерва (10-20 м/с), который у взрослых имеет длину до 25 мм (Lang, 1981) и диаметр до 2-4 мкм (Lazorthes et al., 1961; Spoendlin, Schrott, 1989). У маленьких детей 2-я волна регистрируется не всегда, что объясняется более короткой длиной слухового нерва, что и приводит к слиянию обеих волн (Moller, 1985).
На основании оценки скорости распространения возбуждения в слуховом нерве и синаптической задержки делается вывод о том, что 2-я волна должна отражать активность 1-го нейрона, т.е. непосредственно слухового нерва. Об этом же свидетельствует регистрация 2-й волны при смерти мозга и при непосредственном внутриоперационном отведении от участка слухового нерва в месте вхождения его в ствол мозга.
Волна 3.
На основании данных, полученных при экспериментальном разрушении структур мозга у маленьких животных (Buchwald, Huang, 1975; Lev, Sohmer, 1972), был сделан вывод о том, что 3-я волна КСВП генерируется верхнеоливарным комплексом на контралатеральной стороне. Однако имеются и разногласия по этому поводу. В частности, Achor и Starr (1980) показали, что у кошки 3-я волна преимущественно генерируется на ипсилатеральной стороне. В то же время Gardi и Bledsoe (1981) на основании электрофизиологических и гистопатологических данных сделали вывод о том, что у морских свинок она в основном генерируется медиальным ядром контралатерального трапециевидного тела. Общепринятым считается мнение, что у маленьких животных 2-я волна соответствует 3-й волне у человека, а компонент, соответствующий 2-й волне у человека, практически отсутствует.
Наиболее значимой с этих позиций является информация, полученная при использовании внутричерепных регистраций. Moller (Moller, Jannetta, 1982, 1983; Moller, Jannetta, Sekhar, 1988) было выявлено соответствие в ЛП потенциала, зарегистрированного при отведении от улиткового ядра с ипсилатеральной стороны, и 3-й волны при поверхностном отведении. Аналогичные данные были получены при использовании пространственно-временных дипольных моделей (Scherg, von Cramon, 1985; Grandori, 1986), в соответствии с которыми 3-я волна генерируется улитковым ядром, а отрицательное колено, следующее за положительным пиком, -трапециевидным телом. Таким образом, основываясь на результатах, полученных при внутричерепных отведениях у человека, можно считать, что 3-я волна генерируется каудальной частью моста. Улитковое ядро содержит около 100000 нейронов, большинство из которых иннервируются волокнами слухового нерва (Moore, 1987). В дорзальном ядре дендриты располагаются параллельно, в то время как в вентральном подобная организация отсутствует. На основании размера улитковых ядер, возможности синхронной иннервации нейронов слуховым нервом в ответ
128
Руководство по аудиологии
на звук, а также оптимальной ориентации дендритов для дипольного генератора ВП, улитковые ядра могут рассматриваться как источник генерации 3-й волны (Moore, 1987).
Волна 4.
4-я волна регистрируется в клинике при поверхностном отведении как плечо, предшествующее 5-й волне, в связи с чем нередко рассматривается комплекс 4-5. В соответствии с ранними экспериментальными работами генерация 4-й волны приписывалась ядру боковой петли, однако до настоящего времени отсутствует подтверждение данного факта у человека. Четкому определению генератора 4-й волны (равно, как и 5-й) препятствует наличие множественных перекрестов волокон выше улитковых ядер.
Moller с коллегами считают, что 4-я волна происходит от нейронов, в основном локализующихся в верхнеоливарном комплексе, однако ее генерации, возможно, содействуют улитковое ядро и ядро боковой петли. Нейроанатомические данные свидетельствуют в пользу этого предположения.
О роли нейронов 2-го и 3-го порядка в генерации 4-й волны свидетельствуют и исследования на пространственно-временных дипольных моделях (Scherg, von Cramon, 1985). Анатомические данные свидетельствуют против возможного вовлечения ядер боковой петли в процесс генерации КСВП. Вентральное ядро боковой петли у человека имеет очень маленькие размеры. Дорзальное же ядро, хотя и имеет больший размер и горизонтально ориентированные дендриты, оно все же меньше ядер других структур (например, медиального оливарного ядра). Кроме того, оно иннервируется от различных проводящих путей, что снижает возможность синхронного разряда большинства нейронов. На основании этого был сделан вывод о сублемнисковой природе КСВП (Moore, 1987).
Волна 5.
5-я волна - наиболее значимая волна для клинической практики. На основании многочисленных экспериментов на маленьких животных (Buchwald, Huang, 1975) и корреляции изменений волны с различными формами патологии считалось, что генератором ее являются ядра нижнего бугорка. Однако результаты, полученные при использовании пространственно-временной дипольной модели и внутричерепных отведений, позволили пересмотреть это заключение. Считается, что положительное колено 5-й волны генерируется терминалями волокон боковой петли у входа их в нижний бугорок (на контралатеральной стороне), в то время как большое широкое отрицательное колено волны относится к дендритным потенциалам в пределах нижнего бугорка. Медленная (низкочастотная) волна, регистрируемая лишь при открытом низкочастотном фильтре, соответствует потенциалу SNIO (т.е. медленной отрицательной волне с ЛП
Слуховые вызванные потенциалы животных и человека
129
10 мс), описанному Davis и Hirsh (1976). Зарегистрированная при поверхностном отведении при использовании неэнцефалического референтного электрода форма волн КСВП соответствовала форме потенциалов, зарегистрированных при внутричерепных отведениях Moller с соавт. В соответствии с этой пересмотренной концепцией о генерации 5-й волны и основываясь на результатах собственных внутричерепных отведений у человека Hashimoto с соавт. (1981) сделали вывод о том, что нижний бугорок является ответственным за медленное отрицательное колено, следующее за 5-й волной. Однако, возможно, что нейроны 2-го порядка могут содействовать также и 5-й волне.
Нижний бугорок является основной структурой ствола мозга диаметром 6-7 мм. Он состоит из множества подразделов с различными типами нейронов, мириадами синапсов между нейронами и различными афферентными входами. Организация нижнего бугорка у кошек аналогична таковой у человека (Moore, 1987). В соответствии с данными Moore (1987), основной структурной единицей нижнего бугорка у этих животных является центральное ядро с множественными типами нейронов и дендритических полей, которые организованы в слои и ориентированы параллельно восходящим аксонам боковой петли. Практически все аксоны (более 90%) от нижележащих зон ствола мозга проходят через боковую петлю, направляясь к нижнему бугорку, вступая в синапсы с этой сложной структурой (Goldberg, Moore, 1967). Активация нижнего бугорка характеризуется низкой синхронностью, что обусловлено различной длиной восходящих путей и различным числом синапсов. Исходя из этого, можно предположить, что большая, но относительно широкая волна генерируется нижним бугорком.
Волны би 7.
Генераторы 6-й и 7-й волн - все еще открытый вопрос (Hughes, Helgason, Wilbur, 1988). На основании клинических наблюдений источником их происхождения считается медиальное коленчатое тело (Stockard, Rossiter, 1977). К аналогичному заключению пришли и Hashimoto с соавт. (1981) (на основании внутричерепных отведений у человека) и Arezzo, Pickoff, Vaughan (1975) (на основании внутричерепных отведений у человекообразных обезьян). Тем не менее, некоторые авторы (Moller et al., 1988) относят волны 6 и 7 к активности нейронов нижнего бугорка.
В 1987 г. Moore суммировал описанные данные следующим образом: "...синхронизированная соматодендритическая деполяризация в комплексе улитковых ядер сопровождается кратковременной деполяризацией в обоих ядрах медиальной оливы. Позже менее выраженная деполяризация происходит в доразальных ядрах петли, и сразу же вслед за этим выраженная, но менее синхронная деполяризация происходит в нижнем бугорке. В течение этого времени потенциалы действия постоянно
9 Заказ.^К 4286
130
Руководство по аудиологии
присутствуют как в непосредственных, так и сопряженных проводящих путях, соединяющих улитковые ядра с бугорком..."
Кроме того, в соответствии с результатами клинических исследований, положительные пики КСВП отражают составную афферентную (и, возможно, эфферентную) активность аксонных путей (Rudell, 1987) в слуховой части ствола мозга (в трапециевидном теле, боковой петле), негативные колена - соматодендритические потенциалы в больших группах клеток (улитковых ядрах, верхнеоливарном комплексе, боковой петле и нижнем бугорке). В соответствии с данными Moore (1987) характеристики отрицательных пиков КСВП (амплитуда, морфология, ЛП) соответствуют размеру и каудоростральной локализации этих групп клеток в стволе мозга человека.
Источники генерации 3-й, 4-й и 5-й волн до сих пор дискутируются. Для понимания механизмов особое значение приобретают некоторые принципы анатомии ствола. Большие проводящие пути, такие как боковая петля, состоят из аксонов диаметром 2-4 мкм, покрытых тонкой миелиновой оболочкой. В проводящем пути от улитковых ядер до нижнего бугорка имеется 2 синапса, при включении же ядер верхнеоливарного комплекса и боковой петли их число возрастает до 4. При увеличении количества синапсов увеличивается время проведения возбуждения. Moore (1987) приходит к заключению, что слуховые центры у человека и связанные с ними вызванные потенциалы не могут рассматриваться как полностью независимыми, равно, как и полностью зависимыми.
Кроме того, за исключением 1-й и 2-й волн, компоненты КСВП имеют множественные генераторы. Иными словами, генерации одной волны содействуют несколько анатомических структур. В то же время, одно анатомическое образование (например, улитковые ядра) может содействовать генерации нескольких волн. Следует помнить, что слуховая информация не передается пассивно через различные звенья проводящего пути, как это представляется в упрощенных схемах. Улитковое ядро и нижний бугорок в каудальной и ростральной части ствола, соответственно, являются единственными слуховыми центрами, в которых осуществляются синаптические связи восходящего проводящего пути. Существует множество путей передачи слуховой информации между двумя этими центрами. Целесообразно предположить, что каждая из близ расположенных структур или структур, активируемых одновремен-но при стимуляции, ответственны в той или иной степени за генерацию волны. Учитывая же эту пространственную и временную суммацию активности ствола мозга, можно предположить, что компонент волны может происходить преимущественно от одной структуры даже при активации нескольких структур.
Слуховые вызванные потенциалы животных и человека
131
Латеральность.
До настоящего времени нет единого мнения о латеральности КСВП. Некоторые исследователи основываются на наличии корреляции между патологией ствола и нарушениями морфологии КСВП, либо на анализе формы волн при многоэлектродном отведении, свидетельствующем о генерации компонентов волн (следующих за 1-й и 2-й) областями ствола, расположенными контралатерально стимулируемому уху (Stockard, Sharbrough, Stockard, 1977; Prasher, 1981). Другие авторы придерживаются мнения о генерации волн КСВП структурами, расположенными ипсилатерально стимулируемому уху (Thornton, 1975; Oh et al., 1981; Musiek, Geurkink, 1982; York, 1986). И лишь ограниченное число исследователей, основываясь на клиническом материале, свидетельствуют о том, что волны КСВП генерируются одновременно, но раздельно, структурами параллельных (ипси- и контралатеральных) проводящих путей.
В стволе мозга человека слуховая информация передается к центру ипсилатерального нижнего бугорка, преодолевая расстояние, равное 35 мм, з то время как расстояние до контралатерального нижнего бугорка равно 46 мм (Moore, 1987а). Однако, самый прямой восходящий путь в стволе мозга млекопитающих и, возможно, человека - это путь от улитковых ядер без синапсов к контралатеральному нижнему бугорку. Боковая петля с обеих сторон ствола проводит активность, вызванную монауральными стимулами. Активность в боковой петле с каждой стороны исходит от улитковых ядер с противоположной стороны иипсилатерального медиального оливарного ядра. Анатомические исследования, проведенные на различных видах животных, свидетельствуют о том, что 9 из 10 аксонов в слуховом стволе осуществляют перекрест при прохождении от улитки к нижнему бугорку (Moore, 1987). Физиологическое картирование слуховых зон среднего мозга и таламуса с использованием электрической стимуляции также подтверждает преобладание контралатеральных проводящих путей у человека.
И, хотя вопрос о латеральности КСВП все еще остается открытым, с клинических позиций важно иметь в виду, что обнаружение патологических изменений в КСВП при стимуляции уха со стороны ипси-или контралатеральной патологическому процессу, зависит от уровня локализации процесса в стволе мозга.
Таким образом, регистрация поверхностно отведенных КСВП является ° относительно простой, неинвазивной нейрофизиологической методикой, использование которой клинически обосновано при
1) определении наличия и локализации демиелинизации в стволе, не выявляемой при помощи других неврологических тестов;
132
Руководство по аудиологии
2) локализации неопластических и сосудистых поражений слухового проводящего пути на уровне периферического отдела, понтомедуллярноых структур, моста, среднего мозга и таламуса;
3) мониторировании развития и реакции на терапевтическое воздействие опухолей ствола мозга, контузий, демиелинизации и воспаления;
IV V
Рис. 5.6. КСВП при действии тонов разной частоты. 1 -5 - частота тональной посылки (длительность 3,0 мс) - 0,5, 1,0, 2,0, 4,0 и 8,0 кГц, интенсивность стимула порядка 100 дБ. I-VII - отдельные компоненты ответа.
Калибровочный сигнал - амплитуда 0,5 мкВ, время - 2 мс.
4) дифференциации коматозных состояний метаболической и структурной этиологии, а также подтверждении смерти мозга.
В основном, КСВП человека по своей форме совпадают с реакциями, описанными при рассмотрении КСВП животных. Однако, как было отмечено выше, в КСВП человека выделяют одно, иногда два дополнительных колебания, которые обычно обозначают как волны VI и VII (рис. 5.6, 4).
Выделение этих дополнительных волн в КСВП человека в значительной мере определяется условиями отведения и характером стимуляции. Об этом
Слуховые вызванные потенциалы животных и человека
133
евидетельствуют данные рис. 5.6, где представлены КСВП человека, зарегистрированные при разной частоте тональных посылок, от 0.5 до 8 кГц. Как видно из этого рисунка, только при действии более высоких частот появляются компоненты VI и VII. Если учесть также изменение формы ряда компонентов при изменении частоты стимула, то можно сделать вывод об определенной зависимости КСВП от спектра звуковых сигналов. Возрастание интенсивности стимула уменьшает скрытые периоды и увеличивает амплитуду наиболее выраженной волны V КСВП (рис. 5.7).
Рис. 5.7. Зависимость скрытого периода (а) и амплитуды (б) КСВП от интенсивности звуковых сигналов.
В "а" по оси ординат - скрытый период в мс, в "б" - амплитуда V компонента в мкВ. По оси абсцисс в "а" и "б" - интенсивность сигнала в дБ; 1 и 2 -частота тональной посылки (1 кГц и 4 кГц).
Недавно получены данные об отражении такой существенной характеристики частотного различения, как критические полосы в КСВП. Изменение времени нарастания сигнала также сказывается на амплитуде и скрытых периодах отдельных компонентов КСВП. Увеличение времени нарастания стимула приводит, во-первых, к уменьшению амплитуды отдельных компонентов КСВП, во-вторых, к увеличению скрытых периодов компонентов, в частности, волн I и V. Установлено также, что увеличение частоты повторения стимулов приводит к уменьшению амплитуды сигнала и к увеличению скрытого периода компонентов КСВП.
Что касается происхождения отдельных компонентов КСВП человека, то данные по этому вопросу еше более разноречивы, чем при рассмотрении генеза компонентов КСВП у животных. Как указывалось, возможность прямой экспериментальной проверки при инвазивном помещении электрода в определенные структуры слуховой системы животных, а также возможность экспериментального разрушения (рассечения) ряда центров и
134
Руководство по аудиологии
путей слуховой системы ствола мозга позволили высказать определенные гипотезы о происхождении отдельных компонентов КСВП. Происхождение компонентов КСВП у человека в литературе в основном рассматривается по аналогии с тем, что получено при исследовании КСВП животных. Поэтому упоминавшиеся выше ограничения в трактовке данных при изменении параметров стимулов и регистрации КСВП у животных при анализе этих реакций у человека проявляются еще в большей степени. Вместе с тем, имеющийся базовый материал об изменениях параметров КСВП при изменении спектральных, амплитудных и временных характеристик стимулов является существенным для их клинического использования при различных нарушениях деятельности как периферических, так и центральных отделов слуховой системы человека (см. часть II).
Суммарный синхронизированный ответ ("frequency following response" -FFR; потенциалы, воспроизводящие частоту (ПВЧ)).
Так же, как и при инвазивных методах регистрации электрических реакций у животных и у человека, при действии тональных сигналов, неинвазивным способом можно зарегистрировать ответ, синхронизированный с частотой тонального сигнала. Суммарный синхронизированный ответ в данном случае не надо смешивать с микрофонным потенциалом, который также может быть зарегистрирован неинвазивным методом с поверхности черепа человека и в широком смысле слова может быть отнесен к этой группе реакций. Однако определенные параметры реакций позволяют разграничить ССО от микрофонных потенциалов. Дело в том, что микрофонный потенциал, генерируемый рецепторными элементами Кортиева органа, возникает практически без скрытого периода. Между тем, при появлении суммарного синхронизированного ответа человека скрытый период составляет величину порядка 6 мс. В отличие от микрофонного потенциала, суммарный синхронизированный ответ значительно больше по амплитуде при низкочастотной стимуляции и обладает более высоким порогом: его не удается выявить при интенсивности звука ниже 40 дБ над уровнем УЗД. Sohmer, Pratt и Kinarti (1977) на основании свойств потенциала и, в частности, наличия бинаурального взаимодействия, была предложена гипотеза о генерации ПВЧ в ростральной части ствола мозга. Однако, Yamada, Marsh и Handler (1982) удалось зарегистрировать ПВЧ у 5-летнего ребенка с тяжелым повреждением мозга и отсутствием волн КСВП, начиная с 3-й. При этом определенный ими интервал между началом тональной стимуляции (тональные посылки частотой 500 Гц, длительностью 30 мс, предъявляемые с частотой 10/с) и ПВЧ был намного короче, чем можно было бы ожидать для потенциала неврального происхождения. На основании этого был сделан вывод о содействии генерации ПВЧ микрофонного потенциала.
В исследовании Sohmer и Pratt (1976), в котором им удалось уменьшить эффекты КСВП на ПВЧ использованием маскировки, было продемонстри
Слуховые вызванные потенциалы животных и человека
135
ровано, что ПВЧ могут частично быть дальнеполевым отражением микрофонного потенциала. Особое значение при определении вклада микрофонного потенциала приобретает расположение электрода.
Среднелатентные слуховые вызванные потенциалы (ССВП).
Вслед за последовательностью положительных и отрицательных волн коротколатентных слуховых вызванных потенциалов следует ряд колебаний, которые развиваются примерно в течение 8-50 мс после включения звукового стимула. Вначале, при их первой регистрации, они получили название "ранних" вызванных потенциалов, по сравнению с более поздними, длиннолатентными слуховыми вызванными потенциалами (см. ниже). Однако впоследствии, после регистрации КСВП с более короткими скрытыми периодами, чем "ранние" потенциалы, последние получили название ССВП, под которыми они в настоящее время и входят в комплекс вызванных потенциалов человека, регистрируемых с поверхности головы при звуковой стимуляции.
Geisler et al. (1958) сделали вывод о том, что генераторами данного класса потенциалов являются глубинные зоны слуховой коры. И, хотя до настоящего времени вопрос о генераторах ССВП все еще дебатируется в литературе, как ранние (Celesia et al., 1968), так и последние работы (Lee et al., 1984; Scherg, von Cramon, 1986; Dieber et al., 1988; Jacobson, Newman, 1990) свидетельствуют о том, что, по крайней мере, частично компонет Ра у человека генерируется задней височной долей, т.е. слуховой корой.
Приведем обычное обозначение отдельных волн ССВП с диапазонами значений их скрытых периодов (см. также рис. 5.8, а):
No 8-10 мс
Ро 11 -13 мс
Na 16-25 мс
Ра 25-35 мс
Рь 35-45 мс
В ряде случаев регистрируются дополнительные колебания потенциала, получившие обозначения Рь и Nc. В связи с тем, что в течение длительного времени дискутировался вопрос о возможном и значительном участии в генерации ССВП мышечной активности черепа (особенно при больших интенсивностях звуковых сигналов), исследование возможных генераторов этих реакций мало разработано. Тем не менее, наиболее общепринятой точкой зрения в настоящее время является признание за мышечной активностью, в основном, роли помехи при выявлении нейрогенных среднелатентных вызванных колебаний потенциала.
136
Руководство по аудиологии
Рис. 5.8. Среднелатентные слуховые вызванные потенциалы (а) и зависимость их скрытых периодов (б) и амплитуды (в) от интенсивности стимула (щелчка). На "а" по оси абсцисс - время в мс, по оси ординат - амплитуда компонентов ССВП (обозначены на рисунке) в мкВ; На "б" по оси ординат - скрытый период компонентов ССВП (обозначены на графике); на "в" -амплитуда компонентов ССВП (обозначены на графике). По оси абсцисс на "б" и "в" - интенсивность щелчка, дБ.
Предполагается, что компоненты No, Ро, Na возникают в результате возбуждения таламического уровня слуховой системы - внутреннего коленчатого тела и ряда "неспецифических" ядер таламуса, не относящихся к классическому слуховому пути. Более поздние волны ССВП связывают с деятельностью ряда ассоциативных областей коры больших полушарий головного мозга. Что касается волны Ра, то имеются данные, свидетельствующие о совпадении ее скрытого периода с позитивной волной, зарегистрированной в височной области коры при нейрохирургическом вмешательстве у больных. Однако вопрос этот нельзя считать окончательно решенным, так как было установлено, что при двустороннем разрушении слуховой области коры ССВП сохраняются.
Максимальная амплитуда ССВП наблюдается при их регистрации от вертекса. Компоненты ССВП, как и'другие суммарные электрические
Слуховые вызванные потенциалы животных и человека
137
реакции, возрастают по амплитуде при увеличении интенсивности звуковых стимулов (рис. 5.8, в). В то же время наблюдается обычное уменьшение скрытых периодов отдельных волн ССВП при возрастании интенсивности стимула (рис. 5.8, б). Возрастание частоты повторения стимула от 1/с до 10/с мало влияет на амплитуду отдельных компонентов ССВП, в то время как большие частоты стимуляции приводят к некоторому ее уменьшению. При больших интенсивностях звуковых стимулов обнаруживается выраженное бинауральное взаимодействие в ССВП.
Длиннолатентные слуховые вызванные потенциалы (ДСВП).
Наличие электрической реакции на звук (хотя и крайне небольшой амплитуды) еще с конца 30-х годов XX века было замечено при регистрации ЭЭГ человека. Однако крайне малая амплитуда этой реакции не позволяла ее выделить для оценки параметров реакции и их зависимости от физических характеристик звуковых стимулов. Вместе с тем, следует отметить, что использование приема, позволяющего накопить и выявить вызванные потенциалы человека на звук, были впервые использованы в середине 50-х годов 20-го века. В этих исследованиях также использовался уже упоминавшийся принцип когерентного накопления полезных сигналов, который лежит в основе выделения всего комплекса вызванных (в том числе и слуховых) потенциалов человека, особенно при регистрации реакций, подвергающихся искажению такими электрическими процессами в мозгу, как электроэнцефалограмма (электрокортико- или электросубкор-тикограмма). Отличие от компьютерного накопления состояло в том, что проводилось графическое (например, на бумажной ленте при регистрации ЭЭГ) наложение нескольких вызванных потенциалов.
ДСВП по времени следуют за ССВП и начинают проявляться через несколько десятков миллисекунд после предъявления стимула. На рис. 5.9 схематически представлена типичная форма ДСВП. Особенностью ДСВП является их широкая распространенность по поверхности черепа, хотя максимальная их амплитуда регистрируется на вертексе (как указывалось, отсюда их самое раннее название "вертексные" потенциалы). Длительность развития комплекса ДСВП примерно 50-250 мс после нанесения звукового раздражения. У подавляющего большинства испытуемых регистрируются компоненты ДСВП, получившие обозначение Pb Nb Р2, N2 (рис. 5. 9).
Диапазоны значений скрытых периодов указанных компонентов следующие:
Pi 40-70 мс
N] 90-1 Юме
Р2 180-220 мс
N2 более 220 мс.
138
Руководство по аудиологии
В силу того, что максимальная амплитуда проявляется при оценке пиковых значений компонентов N] - Р2, именно этот параметр чаще всего оценивается при анализе ДСВП.
Рис 5.9 Схематические изображение слуховых вызванных потенциалов человека и их основных компонентов (см. текст) при действии короткого звукового импульса (щелчка).
По оси абсцисс - время в мс (логарифмическая шкала); по оси ординат -амплитуда в мкВ. Положительное колебание потенциала направлено вниз, отрицательное - вверх. Вертикальные черточки разделяют КСВП, ССВП и ДСВП.
Переходя к рассмотрению предположений о локализации генераторов ДСВП, необходимо указать, что большая (по сравнению с другими классами слуховых вызванных потенциалов) амплитуда компонентов (см. рис. 5. 9) уже изначально привела к представлению о том, что генератором ДСВП являются корковые отделы полушарий головного мозга.
Упоминавшееся ранее широкое распространение проявлений ДСВП по поверхности черепа позволило предположить, что они связаны с деятельностью не только слуховой проекционной зоны, но и с обширными "ассоциативными" структурами коры больших полушарий, а также с афферентной активностью подкорковых центров. Есть и другая точка зрения, которая основана на установленной инверсии полярности ряда компонентов. Эта инверсия может свидетельствовать о том, что ДСВП происходят от слуховой области коры (сильвиевой извилины). Однако сторонники "неспецифического", т. е. цеслухового, происхождения ДСВП отмечают, что в цитированных выше экспериментах размещение
Слуховые вызванные потенциалы животных и человека
139
электродов могло сопровождаться инверсией за счет участия неслуховых структур больших полушарий.
Последние работы, выполненные в этом направлении, также свидетельствуют о наличии нескольких генераторов, обеспечивающих появление ДСВП. В настоящее время анализ локализации генераторов различных компонентов ДСВП производится с помощью регистрации магнитных полей, возникающих в мозгу.
Магнитные поля биологического происхождения впервые были описаны в начале 60-х годов прошлого века в связи с работой сердца человека. Уже через несколько лет появились данные о наличии магнитной составляющей a-ритма в ЭЭГ человека. Оказалось, что магнитные поля, окружающие голову человека, намного слабее, чем поля мышечной ткани. Магнитные поля, генерируемые мозгом, обычно составляют несколько миллиардных долей от силы постоянного магнитного поля Земли. Для выделения магнитных полей мозга была разработана специальная аппаратура, позволяющая, благодаря конфигурации катушек магнитометра, относительно защитить нужный магнитный сигнал мозга от магнитных полей, которые возникают от удаленных источников (например, от сердца). Кроме того, предпочтительнее такие измерения проводить в специальных камерах, защищенных от внешних (по отношению к организму) магнитных влияний. Впоследствии были разработаны методы, позволяющие картировать поверхность черепа по расположению многих диполей с разрешающей способностью их локализации, равной нескольким мм.
Укажем лишь на некоторые особенности оценки деятельности мозговых структур (в том числе и слуховой системы) при неинвазивной регистрации магнитных полей мозга. Оказалось, что магнитные диполи имеют обычно кортикальное происхождение, т.к. сигнал быстро затухает с увеличением расстояния от источника магнитного поля. Необходимо также отметить, что метод регистрации магнитных полей не позволяет оценить радиальные источники компонентов вызванных потенциалов, которые несомненно участвуют в их генерации при действии звуковых сигналов. Так же, как и при регистрации электрических полей вызванных потенциалов, регистрация магнитных полей требует усреднения когерентным методом. Но главное (и подчеркнем это еще раз) регистрация магнитных полей позволяет более точно локализовать источники генерации различных компонентов вызванных потенциалов.
Схематически возможное расположение магнитных диполей приводится на рис. 5.10.
Возвращаясь к рассмотрению электрических (а не магнитных) колебаний, составляющих ДСВП, рассмотрим их зависимость от физических характеристик звукового сигнала. Отдельные компоненты
140
Руководство по аудиологии
ДСВП, уже упоминавшиеся выше, обнаруживают обычные для вызванных потенциалов зависимости. Так, увеличение интенсивности стимула приводит к увеличению амплитуды отдельных компонентов ДСВП и уменьшению значений их скрытых периодов (рис. 5.11,а, б).
Рис. 5.10. Выявление магнитных диполей при регистрации колебания потенциала, изображенного в центре рисунка.
Слева (1-6) - выявление составляющих магнитных диполей колебания в центре рисунка. На схемах сечений головы в трех взаимноперпендикулярных плоскостях представлена локализация магнитных диполей для колебаний 1 -6. "Л” и ”П" - левая и правая сторона.
При увеличении времени нарастания сигнала уменьшается амплитуда ответов, а увеличение длительности стимула вызывает некоторое возрастание амплитуды и снижение порогов реакции. При увеличении времени нарастания сигнала также увеличиваются значения пиковых скрытых периодов отдельных компонентов ДСВП. Существенным оказывается значение межстимульного интервала для проявления амплитуды ДСВП. Так, сокращение межстимульного интервала приводит к уменьшению амплитуды реакции (рис. 5.11 ,в). По некоторым данным, только при межстимульных интервалах больше 3 с, амплитуда компонентов ДСВП приближается к своему максимальному значению.
Имеются также данные, свидетельствующие об определенной частотной зависимости скрытых периодов и амплитуды ДСВП: установлена подверженность ДСВП основным спектральным закономерностям маскировки: при действии маскируемого сигнала с
Слуховые вызванные потенциалы животных и человека
141
частотой, близкой частоте маскирующего стимула, падение амплитуды значительно больше, чем при маскировке более далеко отстоящим по частоте стимулом.
МС
Рис. 5.11. Влияние интенсивности и межстимульного интервала (в) на скрытый период (а) и амплитуду (б) ДСВП (компоненты N| и Р2).
На "а" по оси ординат - скрытый период компонента N! (1) и Р2 (2) в мс; на "б" - амплитуда NrP2 в мкВ. По оси абсцисс на "а" и "б" - интенсивность щелчка в дБ. На "в" по оси абсцисс - межстимульный интервал при накоплении реакции в с; по оси ординат - амплитуда NrP2 в относительных единицах. Разные значки на графиках - разные испытуемые.
Особое внимание ДСВП привлекли в связи с их изменениями при условиях эксперимента, имеющих отношение к элементам умственной деятельности. Речь идет о привыкании к стимулу (habituation при английском обозначении термина), об отвлечении от привыкания {dishabit-uatiori) и о направленном внимании к стимулу. Что касается привыкания, то принято различать быстрое {short-term) и медленное {long-term) привыкание. Быстрое привыкание развивается и течение нескольких секунд при ритмическом следовании стимулов. Например, при следовании щелчков с частотой 1/с в течение 10 с (т. е. при предъявлении серии из 10
142
Руководство по аудиологии
щелчков) и повторении такой серии каждую минуту можно обнаружить, что при усреднении ДСВП на каждый 2-й, 4-й, 6-й и 8-й щелчок в серии наблюдается прогрессирующее от начала к концу действия серии падение амплитуды ДСВП. Другими словами, это падение амплитуды отражает "быстрое" привыкание, которое развивается в течение 10 с.
Для развития "медленного" привыкания требуется значительно большее время, исчисляемое десятками минут. Вместе с тем привлечение внимания к звуковым стимулам (до начала стимуляции испытуемый читал книгу) приводит к увеличению амплитуды ответа, тогда как отсутствие этого отвлекающего фактора сохраняет уменьшившуюся амплитуду ДСВП.
Рис. 5.12. Стандартный ДСВП (пунктир) и потенциал "рассогласования" (сплошная линия).
Изложенный выше результат возможности "растормаживания", проявляющегося в амплитуде ДСВП, естественно, позволяет считать вероятным изменения ДСВП и при непосредственном внимании к стимулу. Рядом систематических исследований охарактеризовано это явление. В настоящее время вопрос о механизмах привыкания окончательно не решен, а существующие противоречия могут быть вызваны рядом причин: временем воздействия стимулов, частотой их предъявления и их интенсивностью.
Один из феноменов, также относящихся к вниманию (этот феномен принято относить к пассивному вниманию), получил название "негативный потенциал рассогласования" (mismatch negativity в английском написании). Феномен состоит в следующем: если при накоплении отдельных реализаций ДСВП на один и тот же стандартный стимул между отдельными стандартными сигналами (например, тон 1000 Гц) появляется
Слуховые вызванные потенциалы животных и человека
143
стимул, отличающийся от них (например, тон 1100 Гц), то в ответ на этот нестандартный стимул, в ДСВП появляется негативное колебание потенциала, которое по времени примерно совпадает с компонентом N2. Амплитуда этой негативности тем больше, чем больше по своим физическим параметрам отличается стимул, вносящий рассогласование (отсюда название феномена) обычному ходу предъявления звуковых сигналов. Помимо частоты тона, появление этой негативности может возникнуть при увеличении или уменьшении на несколько дБ интенсивности тональной посылки, вызывающей ДСВП и при различии многих других параметров звуковых сигналов. Пример потенциала рассогласования приводится на рис. 5.12.
Рис. 5.13. Медленный сдвиг потенциала (а), волна Р3 (б), волна Р, (в), волна "ожидания" (г).
По оси абсцисс - время: временная развертка в "а" - 2,5 с; в "б" и "в" - 1 с; в г - 2 с. В "а" время действия сигнала отмечено черной полосой на оси абсцисс, на "г" - черная черта на оси абсцисс означает предъявление сигнала, который выключается испытуемым (момент отмечен стрелкой); на "б" и "в" сигнал включается с началом оси абсцисс.
В качестве стандартного сигнала предъявляется гласная "и" (вероятность предъявления 0,85), а сигнала рассогласования - гласная "у" (вероятность предъявления равна 0,15). Nb Р2, N2, Р3 - обозначения компонентов ответа (см.рис. 5.9 и 5.13). По оси абсцисс время в мс, по оси ординат амплитуда в мкВ. Заштрихованная область - разность между ДСВП на девиантный и стандартный стимулы, т.е. потенциал рассогласования.
144
Руководство по аудиологии
Кроме реакций рассмотренных выше, следует указать еще на ряд колебаний потенциала, которые регистрируются при действии звуковых стимулов. Во-первых, это вызванный достаточно длительной звуковой стимуляцией медленный негативный сдвиг потенциала, возникающий при действии стационарного тона (рис. 5.13,а). Этот сдвиг потенциала подвержен выраженному угасанию. Относительно его происхождения считается, что генератором этой реакции являются корковые области полушарий.
Следующим феноменом, привлекающим к себе внимание в последнее время, является волна Р3 (другое обозначение - РЗОО, принятое по величине скрытого периода реакции), которая возникает после компонента N2 в ДСВП. Волна Р3 (рис. 5.13,6 и 5.12) проявляется при новых стимулах, при обнаружении каких-либо сигналов в последовательности стимулов, при обнаружении сигналов порогового уровня и др. Амплитуда волны Р3 слабо связана параметрами звукового сигнала. Иногда волну Р3 на пропущенный стимул обозначают как Рх (рис. 5.13,в), тем не менее, ее считают идентичной Р3.
В заключение отметим еще одно колебание негативного потенциала, которое возникает у человека при ожидании (после предупреждающего стимула), какой-либо сенсорной или двигательной задачи. Иногда это колебание называют "волной ожидания" (рис. 5.13,г) (по-английски. expectancy wave или, более часто, cognitive negative variation - CNV, сокращенно). Источник происхождения волны ожидания неясен. Предполагается, что волна ожидания отражает подготовительную деятельность мозга. Необходимо отметить, что и волна Р3, и волна ожидания возрастают по амплитуде при направленном внимании к стимулу, и тем больше, чем сильнее выражено это внимание.
Слуховые вызванные потенциалы животных и человека
145
РЕКОМЕНДУЕМАЯ ЛИТЕРАТУРА.
1. Альтман Я.А., Вайтулевич С.Ф. Слуховые вызванные потенциалы человека и локализация источника звука. С.Пб., "Наука", 1992.
2. Таварткиладзе Г.А., Гвелесиани Т.Г. Клиническая аудиология.-М., 2003.
3. Хечинашвили С.Н., Кеванишвили З.Ш. Слуховые вызванные потенциалы человека. - Тбилиси: Сабчота Сакартвело, 1985.
4. Beagley Н.А. Auditory Investigation: the Scientific and Technological Basis/ Ed.: H.A.Beagley.-Clarendon Press, Oxford, 1979.
5. Csepe V., Naatanen R. Evoked and event-related potentials in hearing esearch and clinical application//Audiol.Neuro-Otol, 1997.-V.2- P. 239-370,
6. Hall J.W.11I. Handboor of Auditory Evoked Responses// Allin and Backon, 1992.
.3 Заказ,Ns K-4286
146
Руководство по аудиологии
ГЛАВА 6.
ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ АКТИВНОСТЬ НЕЙРОНОВ СЛУХОВЫХ ЦЕНТРОВ.
В предыдущих главах рассматривались различные классы вызванных потенциалов животных и человека, возникающих в результате активации больших совокупностей нервных элементов при действии звуковых сигналов. Однако есть еще один метод исследования деятельности слуховой системы. Он состоит в регистрации активности одиночных нейронов слуховых центров при действии различных физических параметров звуковых сигналов. Совершенно естественно, что материал, характеризующий активность одиночных нейронов слуховой системы, получен в экспериментах на животных, так как именно такие объекты исследования открывают доступ к центральным мозговым образованиям слухового пути.
В настоящей главе мы рассмотрим активность одиночных нейронов слуховой системы при анализе слуховой системой различных физических параметров звуковых стимулов. Такое рассмотрение поможет лучше понять более тонкие механизмы ее работы.
В первую очередь отметим, что активность одиночных нервных волокон или клеток проявляется в генерации электрических импульсов длительностью порядка 0,5-1,0 мс. Для их регистрации используются металлические или заполненные электролитом стеклянные электроды с тонким кончиком (несколько микрон). В подавляющем большинстве современных исследований регистрация активности одиночных элементов слуховой системы производится внеклеточно, ввиду малого размера клеток.
Кроме того, импульсная активность любого нейрона мозга, в том числе и нейрона слуховой системы, при действии одного и того же стимула вариабельна, поэтому необходима статистическая обработка данных. Такая обработка осуществляется специализированными устройствами на компьютерной основе, которые позволяют суммировать определенное количество одиночных реакций нейрона и получить усредненную картину его реакции на данный стимул. Полученные в результате такой обработки результаты обычно представляют в виде так называемой постстимульной (или перистимульной) гистограммы (см. рис. 6.2). Приставки "пост-" и "пери-" имеют чисто терминологический смысл. По определению, термин "постстимульная гистограмма" должен характеризовать импульсную активность, возникающую после предъявления стимула. В то же время активность может возникнуть и во время действия стимула. Это обстоятельство определило термин . "перистимульная гистограмма", характеризующий появление импульсации нейрона во временной области
Электрическая активность нейронов слуховых центров
147
предъявления стимула, т.е., возможно, до раздражения, во время действия сигнала и после него. В основе получения такой гистограммы лежит уже описанный нами принцип когерентного накопления (см. главу 5). Определенный временной отрезок импульсной активности нейрона (его называют временем анализа) автоматически разбивается на определенное количество меньших, чем время анализа, равных между собой временных отрезков (обычно эти отрезки называют бинами, иногда частотой опроса анализируемого процесса). Предъявление звукового сигнала начинает отсчет времени анализа в гистограмме (иногда для получения исходного фона спонтанной импульсной активности нейрона анализируется и предшествующий временной участок процесса). После предъявления звукового стимула и при появлении в электрическом процессе одиночного импульса, этот импульс заносится в определенный бин и в нем запоминается. Ввиду флюктуации реакции отдельных нейрона на один и тот же стимул необходимо статистическое накопление ряда реализаций ответа нейрона на сигнал. При многократном предъявлении стимула в один и тот же момент времени, в бинах, соответствующих наиболее частому времени появления одиночных импульсов, запоминается наибольшее количество импульсов. В результате, постстимульная гистограмма в целом отражает наибольшую вероятность времени появления импульсации на звуковой сигнал и величину этой реакции (количество импульсов в определенных бинах и общее количество импульсов в гистограмме).
6.1. СПОНТАННАЯ АКТИВНОСТЬ.
Одной из характеристик активности одиночных нейронов слуховой системы является их спонтанная активность. Под спонтанной активностью понимают импульсацию нейрона, возникающую при отсутствии звукового сигнала. Термин "спонтанная активность" общепринят, хотя и является достаточно условным. Дело в том, что появление импульсной активности при отсутствии звуковых сигналов определяется наличием других причин, которые трудно (или не нужно) устанавливать.
В различных отделах слуховой системы спонтанная активность существенно различается. Так, по мере повышения уровня слухового пути от слухового нерва к заднему холму наблюдается постепенное уменьшение количества спонтанно активных нейронов и частоты спонтанной импульсации за единицу времени. Однако в высших отделах слуховой системы (слуховая область коры, внутреннее коленчатое тело) количество спонтанно активных нейронов вновь возрастает. Для количественной характеристики спонтанной активности используются гистограммы межимпульсных интервалов. Для их получения используются автоматические устройства, аналогичные устройствам, описанным при построении постстимульных гистограмм.
10*
148
Руководство по аудиологии
Рис. 6.1. Схематическое изображение гистограмм межимпульных интервалов разных типов.
1 - гистограмма межимпульсных интервалов при нормальном распределении значений этих интервалов; 2 - пуассоновское распределение межимпульсных интервалов;
3 - полимодальное их распределение; по оси абсцисс - время различных по значению интервалов (обозначены вертикальными линиями на распределениях), мс; по оси ординат - количество интервалов данного значения.
Так же, как и в постстимульных гистограммах, время анализа процесса разбивается на временные участки - бины. Однако, в отличие от постстимульных гистограмм, каждый последующий бин в гистограмме межимпулъсных интервалов отличается по величине временного интервала от предыдущего в равное кратное число раз.
Например, если в 1-м канале гистограммы фиксируются интервалы между двумя последующими импульсами не более 2 мс, то во 2-м канале фиксируются интервалы со значением 2-4 мс, в 3-м - 4-6 мс и т.д. Таким
Электрическая активность нейронов слуховых центров
149
збразом, гистограмма межимпульсных интервалов представляет распределение значений интервалов между соседними импульсами, т.е. количество интервалов данного значения в процессе, независимо от того в какой ’ юмент времени этого процесса данный интервал наблюдается. В рамках анализа такого распределения может быть выявлено статистически нормальное распределение, очень часто регистрируется так называемое Пуассоновское распределение" или двух- и вообще полимодальное распределение. Схематическое изображение этих распределений представлено на рис. 6.1. В настоящее время значение спонтанной активности по существу не выяснено.
6.2. УЗОР РАЗРЯДА.
Узоры разряда нейронов слуховой системы чрезвычайно разнообразны. Предложены различные классификации, основанные, главным образом, на оценке временной структуры реакции. Изображение основных типов реакции нейронов слуховой системы (на примере нейронов кохлеарных ядер) при действии тональной посылки средней надпороговой интенсивности представлены на рис. 6.2. Несмотря на большое разнообразие, удается проследить преобладание того или иного узора разряда в различных отделах слуховой системы.
Как уже указывалось в главе 2, наиболее характерной реакцией волокон слухового нерва является увеличение частоты импульсации над уровнем спонтанной активности, довольно точно совпадающее с длительностью стимула. Реакция наиболее отчетлива непосредственно после включения стимула и постепенно уменьшается по мере его действия, отражая процесс адаптации. Довольно часто такой узор разряда называют "тоническим". В кохлеарных ядрах узоры разряда значительно более разнообразны. К типам реакции, характерным для слухового нерва (рис. 6,2,а), присоединяются тонические разряды с выраженной периодичностью, не связанной с частотой стимулирующего тона (рис.6.2,б). Имеются также реакции только на включение звука, так называемый "ол-ответ" (рис. 6.2,в), и реакции на включение и выключение (рис. 6.2,е) или только на выключение стимула (рис. 6.2,г), соответственно, "ол-фТ'-ответы" или "о#-ответы". Последние 3 типа реакций, в отличие от тонических узоров разряда (рис. 6.2,а) принято называть фазными. Кроме того, зарегистрированы реакции, в которых после включения звука следует пауза, а за ней разряд, длящийся все время действия звука (рис. 6.2,д). Наличие реакций с временным структурированием (рис. 6.2,6), возможно, свидетельствует о тормозных взаимодействиях в нейронах слуховой системы, а нейроны с запаздывающей импульсацией, возможно, отражают самые начальные этапы формирования отпечатка звукового сигнала в краткосрочной слуховой памяти (так называемая, "экоическая” память, от слова "эхо").
150
Руководство по аудиологии
Рис. 6.2. Постимульные гистограммы различных типов реакций (а - е) нейронов кохлеарного ядра.
На гистограммах по оси абсцисс - время в мс; по оси ординат - количество импульсов. Стимул (тональная посылка длительностью 25 мс) включается с началом оси абсцисс.
В задних холмах также наблюдаются многочисленные типы узора разряда. Однако, в отличие от нижележащих отделов слуховой системы, около 50% нейронов характеризуются фазным разрядом на включение (оп-ответ) или выключение (о^-ответ) или включение и выключение (pn-off-ответ) звука.
На таламическом уровне слуховой системы, во внутреннем коленчатом теле, еще больше увеличивается количество "фазных" нейронов (до 80%), отвечающих на включение и выключение стимула одним или несколькими импульсами. Значительно меньше нейронов, отвечающих во все время действия звука ("тонических" нейронов). Следует отметить своеобразный тип реакции ряда нейронов ВКТ, получивший название послеразряда или реверберирующего разряда: это разряд, возникающий вслед за начальным разрядом, вызванным непосредственно звуком. Так, даже при действии очень короткого звукового сигнала (например, короткого звукового
Электрическая активность нейронов слуховых центров
151
импульса, т.е. щелчка) после значительной паузы (0,2-1,0 с) следует послеразряд из нескольких пачек импульсов, длящийся достаточно долго -от 1 до 10 секунд. Этот разряд связан с физическими характеристиками стимула. Пример такой его связи с пространственным положением источника звука проиллюстрирован на рис. 6.3. Как следует из рисунка, следовой разряд существенно отличается при раздражении правого уха, левого уха или обоих ушей. Другими словами, в данном случае послеразряд фиксирует расположение источника звука справа или слева (монауральные раздражения) или по средней линии головы (бинауральное раздражение; см. ниже, раздел 6.7).
20
3
101-
Рис. 6.3. Постстимульные гистограммы следовых реакций двух нейронов внутреннего коленчатого тела ("а" и "б") при действии короткого акустического импульса (щелчка).
1 - 3 - реакция на контра-, ипси- и бинауральное раздражения. По оси абсцисс - время в с; по оси ординат - количество импульсов в реакции.
В слуховой области коры, наряду со всеми описанными типами ответов, обнаружено большое число нейронов, характеризующихся изменениями как уровня, так и временной структуры спонтанной активности, длящимися секунды (иногда десятки секунд).
Перейдем к рассмотрению отражения физических параметров звуковых сигналов в импульсной активности нейронов слуховой системы.
152
Руководство по аудиологии
6.3. АНАЛИЗ ИНТЕНСИВНОСТИ ЗВУКА.
Характерным свойством электрических реакций различных отделов слуховой системы является их выраженное изменение при изменении интенсивности звука. Выше (гл. 5) указывалось, что увеличение интенсивности стимула приводит к монотонному (в пределах) увеличению амплитуды основных компонентов различных классов вызванных потенциалов животных и человека.
Сходным образом кодируется интенсивность в реакциях одиночных нейронов. Было установлено, что количество одиночных нейронов, реагирующих на звук и частота импульсации в них также монотонно увеличиваются при увеличении интенсивности стимула, что напоминает соответствующую зависимость при регистрации вызванных потенциалов при разных интенсивностях звука, Также как в вызванных потенциалах, количество импульсов достигает области насыщения. Если учесть, что одиночные нейроны широко распределены по порогам возникновения реакции, то можно считать, что интенсивность звука кодируется частотой импульсации и количеством возбужденных нейронов. Именно поэтому в психоакустике за модель нейрофизиологического коррелята громкости принимается плотность потока импульсации в слуховой системе.
Рис 6.4. Реакции "немонотонного" нейрона кохлеарного ядра кошки при изменении интенсивности (ось абсцисс, дБ) и частоты (цифры над кривыми, кГц) тональных сигналов; По оси ординат - количество импульсов в реакции.
Вместе с тем, в центральных отделах слуховой системы существуют нервные элементы с определенной избирательностью к интенсивности звука, реагирующие лишь на определенный, иногда узкий, диапазон интенсивностей стимула, выше и ниже которых реакция отсутствует. Такие реакции получили название "немонотонных" (рис. 6.4). Нейроны с
Электрическая активность нейронов слуховых центров
153
немонотонной реакцией впервые появляются на уровне кохлеарных ядер, по мере повышения уровня слуховой системы их количество возрастает, а диапазон выделяемых ими интенсивностей сужается, достигая минимальных значений на уровне слуховой коры. По-видимому, такая специализация нейронов, с одной стороны, отражает последовательный анализ интенсивности звука в слуховой системе, а, с другой стороны, может способствовать выделению более сложных признаков звукового стимула, участвуя в формировании рецептивных полей разной степени сложности.
6.4. АНАЛИЗ ЧАСТОТЫ ЗВУКА.
Одним из базовых принципов организации деятельности различных отделов слуховой системы является их тонотопическая организация, Под тонотопической организацией понимают упорядоченное в пространстве мозговой структуры распределение нервных элементов, максимально чувствительных к определенным частотам тональных сигналов. Применительно к одиночным нейронам такие частоты получили название оптимальных или характеристических частот. Все центральные структуры слуховой системы обладают выраженной тонотопической организацией.
Рис. 6.5. Схематическое изображение тонотопической организации слуховой области коры.
Линии обозначают более (сплошные линии) или менее (пунктир) выраженные границы тонотопически организованных полос поверхности коры. Преобладающие оптимальные частоты нейронов в этих границах (Гц) обозначены над линиями.
Первые данные о тонотопической организации слуховой области коры 5ыли получены методом вызванных "стрихнинных" потенциалов в виде отчетливого пространственного распределения частот, вызывающих реакцию с наиболее низким порогом. Одна из наиболее ранних карт тонотопической организации слуховой области коры представлена на рис.
154
Руководство по аудиологии
6.5. Впоследствии систематическое развитие этих исследований послужило основой для выделения различных областей коры строго тонотопических организованных, но различающихся по принципу тонотопической организации. Заметим, что эти зоны были обозначены при изложении строения путей и центров слуховой системы (гл. 5.1). Там же упоминалось о наличии структурно организованных колонок в слуховой области коры по вертикали. Было установлено, что нейроны, принадлежащие к одной колонке слуховой области коры, также нередко частотно упорядочены, т. е. обладают одной и той же характеристической частотой. Таким образом, тонотопическая организация проявляется не только в расположении нейронов по поверхности коры, но и в перепендикулярном по отношению к проверхности коры направлении в виде колонок.
Рис. 6.6. Характеристические частоты нейронов заднего холма, зарегистрированные при прохождении микроэлектрода через ядра холма. Вертикальная линия - ход микроэлектрода; горизонтальные черточки -локализация зарегистрированных одиночных нейронов; цифры справа -характеристические частоты зарегистрированных нейронов; ICC -центральное, ICP - перицентральное, ICX - наружное ядро заднего холма.
Достаточно строгую тонотопиче.скую организацию обнаруживают также стволовые и подкорковые отделы слуховой системы. Тонотопическая
Электрическая активность нейронов слуховых центров
155
организация кохлеарных ядер уже упоминалось при рассмотрении отроения слуховых центров (гл. 4.1). В последнее время было установлено, что клеточные элементы центрального ядра заднего холма организованы в своеобразные изогнутые слои. Образно говоря, эти слои напоминают ряд наложенных друг на друга шляп с полями, каждая из которых представляет слой элементов с одинаковой оптимальной частотой. В соответствии с этим, оценка оптимальных частот этих нейронов обнаружила четкую тонотопическую организацию, представляющую собой наличие изочастот-ных полос в заднем холме (рис. 6.6).
Рис. 6.7. Различные типы частотно-пороговых кривых и "боковые" тормозные зоны (заштрихованы) шести нейронов заднего холма крысы.
По оси абсцисс - частота тональных сигналов в кГц; по оси ординат -интенсивность звука в дБ.
1 2 4 8 16
Существенной для понимания организации частотного анализа в слуховой системе является характеристика частотной избирательности составляющих ее элементов. Наиболее широко распространенным критерием при оценке этого достаточно универсального свойства нейронов слуховой системы является характер частотно-пороговых кривых. Под частотнопороговой (настроечной) кривой (ЧПК) (понимают зависимость дорога реакции нейрона от частоты воздействующего тонального стимула |рис. 6.7). Из этого определения следует, что оптимальная (или характеристическая) частота, о которой упоминалось выше, является лишь одной точкой на ЧПК. ЧПК отражает область основной мембраны, с
156
Руководство по аудиологии
которой прямо или через цепь нейронов связан исследуемый элемент слуховой системы. Как уже указывалось (гл. 2), оценку частотной избирательности нейрона по критерию ЧПК обычно производят по коэффициенту добротности ЧПК - величине Оюдб (отношение оптимальной (характеристической) частоты к ширине полосы ЧПК на уровне 10 дБ, над порогом на этой частоте). Кроме того, ЧПК оценивается по симметричности и крутизне каждой из ветвей кривой, а также по наличию одного или нескольких минимумов (пиков).
ЧПК нейронов центральных отделов слуховой системы имеют различную форму, что демонстрируется на примере нейронов заднего холма (рис. 6.7). Они обладают большей или меньшей добротностью, бывают симметричными и несимметричными. При этом оптимальные частоты перекрывают весь частотный диапазон слышимых звуков.
Что касается разных центральных отделов слуховой системы, то в кохлеарных ядрах ЧПК в общем сходны с ЧПК волокон слухового нерва (см. глава 2). Начиная с ядер верхней оливы, отмечаются характерные особенности в ЧПК нейронов всех центральных отделов. Появляется много нейронов с несколькими минимумами в ЧПК и нейроны с несколькими областями ответа, разделенные по частотной оси областью отсутствия реакции (см. рис. 6.7). Кроме того, у так называемых "немонотонных" нейронов (см. раздел 6.3 настоящей главы) ЧПК оказываются замкнутыми или, как иногда принято обозначать это явление, обладают "верхним порогом". В слуховой области коры удалось проследить определенную зависимость между характером ЧПК и местом отведения: в верхних слоях коры преобладают пологие низкодобротные ЧПК, в то время как для глубоких слоев характерны многопиковые ЧПК.
Метод раздражения двумя тонами различной частоты позволил установить зоны подавления импульсации в граничных областях ЧПК -феномен двухтонового торможения (английский термин "two-tone inhibition"). Предполагается, что это явление в волокнах слухового нерва связано с механикой основной мембраны. Что касается нейронов высших отделов, то можно предположить, что это явление в ряде случаев обусловлено тормозным взаимодействием (рис 6.7). Как видно из этого рисунка, появление двухтонового торможения может способствовать обострению частотной избирательности нейронов слуховой системы.
Частотная избирательность характеризуется нс только с помощью ЧПК, т. е. на пороговом уровне раздражения, но и на надпороговом уровне; при этом оцениваются либо кривые равного количества импульсов на разных частотах, либо кривые зависимости числа импульсов от интенсивности при разной частоте стимула.
Таким образом, приведенные факты свидетельствуют о том, что одним из фундаментальных механизмов кодирования частоты является
Электрическая активность нейронов слуховых центров
157
пространственный принцип - различная частотная избирательность, “рпсущая разным элементам слуховой системы, за счет упорядоченной грганизации этих элементов в структуре того или иного ядра.
’ ЛЛЛЛЛЛЛЛЛЛЛЛ,
Рис. 6.8. Схематическое изображение принципа "залпов”.
1 - изображение тонального сигнала; 2-9 изображение отдельных импульсов реакции нескольких слуховых нейронов (или многократная реакция одного и того же нейрона) в ответ на тональный сигнал; 10 - суммарная реакция ответа нейронов (нейрона) на тональный сигнал
Помимо пространственного принципа, для низких частот тонального сигнала возможен и другой вид анализа, а именно - временной. Он основан на том, что реакция нейронов слуховой системы синхронизирована с периодом или определенной фазой периода тонального или определенным временем в периоде тонального сигнала (английский термин "time-locking'). Из-за того, что импульс отдельного нервного элемента может возникать не на каждый период звуковой волны, временная картина последовательности импульсов в одиночном элементе выглядит не вполне периодической. Однако анализ реакции совокупности нейронов позволил установить, что вместе эти элементы воспроизводят форму звуковой волны тонального сигнала. На этом основании была выдвинута гипотеза, получившая название принципа "залпов", согласно которой группа элементов слуховой системы может полностью воспроизвести частоту сигнала, хотя каждый из них в отдельности не отвечает на каждое периодическое колебание тонального сигнала (рис. 6.8). Заметим, что также может вести себя и реакция отдельного нейрона слуховой системы.
158
Руководство по аудиологии
Импульсация нейронов в рамках временного принципа анализа частоты может соответствовать и более сложному типу звуковой волны. Так, например, в постстимульных гистограммах, построенных по одному периоду двухтонового комплекса, находит свое отражение сложная форма колебаний из 2 частот.
Временной принцип кодирования наблюдается только на низких частотах стимуляции - до 5 кГц, причем синхронизация импульсного разряда нейронов с фазой низкочастотного тонального сигнала получена пока в немногих отделах слуховой системы: в волокнах слухового нерва, у нейронов кохлеарных ядер и у нескольких нейронов верхнеоливарного комплекса.
6.5. АНАЛИЗ ДЛИТЕЛЬНОСТИ СИГНАЛА.
Выше указывалось, что ряд нейронов при действии звуковых сигналов длительностью в несколько десятков миллисекунд отвечает разрядом только на включение стимула (см. рис. 6.2,в), в то время как другие нейроны отвечают разрядом, длящимся все время действия звука (см. рис. 6.2,а). Эти две крайние по своим реакциям группы нейронов получили название, соответственно, фазных и тонических. Рассмотрим более подробно характеристики этих двух групп нейронов. Так, фазные нейроны характеризуются коротким скрытым периодом, почти не зависящим от интенсивности звука, и весьма умеренной зависимостью числа импульсов от интенсивности звука. Кроме того, увеличение длительности звукового сигнала не приводит к существенному понижению порога их реакции, что позволило иначе обозначить фазные нейроны как быстро суммирующие, (рис. 6.9,1).
Тоническая группа нейронов обладает прямо противоположной совокупностью свойств - значительными изменениями скрытого периода и числа импульсов при изменении интенсивности звука, резким понижением порога реакции при увеличении его длительности (рис. 6.9, II). Последнее свойство позволило обозначить тонический тип нейрона как медленно суммирующий. Одним из следствий описанных выше свойств фазных и тонических нейронов является различный характер ЧПК при изменении длительности сигнала. Так, у фазных нейронов в результате отсутствия пороговой суммации ЧПК при увеличении длительности сигнала практически не меняется (см. рис. 6.9, 1,г). У тонических нейронов ЧПК существенно меняется при увеличении длительности (см. рис.6.9, II,г), а именно, наблюдается значительное частотное обострение. Это обстоятельство, по-видимому, позволяет слуховой системе с помощью тонических нейронов выделять в определенном диапазоне частот сигналы очень небольшой интенсивности, если их длительность возрастает.
Электрическая активность нейронов слуховых центров
159
I
ДБ
40 к
6.9. Характеристики фазных (I) и тонических (II) реакций нейронов кохлеарного ядра.
I - зависимость скрытого периода (а) и числа импульсов в реакции (в) от интенсивности сигнала. По оси ординат в "а" - скрытый период, мс; в "в" -число импульсов в реакции; по оси абсцисс в "а" и "в" - интенсивность jByKa в дБ; на "б" по оси абсцисс - длительность звукового сигнала в мс; по оси ординат - порог реакции в дБ; на "г" - частотно-пороговые кривые нейрона при двух длительностях тонального сигнала (1 и 100 мс, обозначены на графике); по оси абсцисс - частота тона в кГц; по оси ординат - пороговая интенсивность звука в дБ.
II - Условные обозначения как в I.
Таким образом, с помощью этих двух крайних групп нейронов дествуют еще и промежуточные группы) в слуховой системе происходит членение сигналов по их временной шкале. Фазный тип реакций может .печигь кодирование момента включения сигнала, в то время как тонический тип обеспечивает возможность накопления во времени дении о сигнале.
6.6. АНАЛИЗ СИГНАЛОВ, ИЗМЕНЯЮЩИХСЯ ВО ВРЕМЕНИ.
Все изложенное выше касалось реакций нейронов при действии достаточно простых сигналов, параметры которых не изменяются во смени Между тем характерной особенностью окружающих нас звуков, в То! числе коммуникативных сигналов человека и животных, является менение во времени таких параметров звуков, как амплитуда и частота, т.е. они представляют собой амплитудно- (AM) и частотномодулированные ЧМ) ситниы. Ярким примером таких сигналов являются речевые .Игнаты.
160
Руководство по аудиологии
Рис 6.10. Симметричная ("а”) и несимметричная ("б") реакции двух нейронов кохлеарного ядра крысы при действии частотномодулированного сигнала (перистимульные гистограммы):
"а" - частота возрастает в частотной области ответа нейрона от 13 до 15 кГц (восходящая линия под гистограммой) и уменьшается в этом же диапазоне частот (нисходящая линия);
"б" - такие же изменения частоты в диапазоне 0,5 - 2,5 кГц.
В "а" и "б" по оси абсцисс - время анализа 2 с, по оси ординат - количество импульсов в реакции.
Использование сигналов с изменяющимися во времени параметрами в эксперименте позволило перейти к более детальному исследованию весьма существенного вопроса - как, наряду с полным описанием сигналов в больших совокупностях нейронов, слуховая система выделяет некоторые достаточно сложные их признаки. Как правило, в экспериментах с ЧМ-сигналами используются сигналы с симметричным изменением частоты, например, от высоких частот к низким, а затем - от низких к высоким. Симметричную реакцию нейрона на обе указанные фазы ЧМ-сигнала (понижение, а затем повышение частоты импульсов) следует считать обусловленной лишь частотной зоной ответа нейрона (реакцию таких нейронов принято считать "предсказуемой"). Однако, если реакция несимметрична и нейрон отвечает выраженной импульсапией лишь на одну из фаз действия стимула, то такую реакцию можно отнести к специализированным реакциям, фиксирующим лишь определенное направление изменения частоты сигнала (так называемая, "непредсказуемая" реакция). Нейроны, реагирующие специализированно на определенное направление изменения частоты ЧМ-сигнала, единичны в кохлеарных ядрах и ядрах оливарного комплекса. Их значительно больше в задних холмах и в слуховой области коры. Пример реакции двух нейронов "предсказуемого" (а) и "непредсказуемого" (б) типа представлены на рис. 6.10.
Электрическая активность нейронов слуховых центров
161
Определенную специализацию обнаруживают нейроны высших —елов слуховой системы и к AM-сигналам. Ряд нейронов воспроизводит жшь определенную частоту амплитудной модуляции. При этом, если ~_—Х1 возникает на каждый период амплитудной модуляции, то в ряде лев и в зависимости от частоты модуляции, импульсация «чхронизирована с определенной фазой AM-сигнала. Это соответствует женным выше данным о синхронизации активности с определенной |пой низкочастотных стационарных сигналов (см. раздел 6.4 настоящей ивы).
В целом, эти специализированные нейроны принято называть ронами-детекторами", выделяющими более сложные признаки сигналов, чем такие простые его свойства как частота, интенсивность и _тлте тьность.
Обнаружены и другие формы ответов. Описано угасание реакции при повторных применениях одинакового сигнала. Этот -ктрофизиологический коррелят "привыкания" очень слабо выражен на уровне кохлеарных ядер (0,5% обследованных нейронов), несколько отчетливее в нейронах задних холмов (3%) и достаточно часто встречается на уровне ВКТ и слуховой коры.
Кроме того, ряд нейронов высших отделов обнаруживает обратное явление - слабая и нерегулярная реакция на первые применения звука стабилизируется и усиливается после многократного его повторения.
6.7. АНАЛИЗ ПРОСТРАНСТВЕННОГО ПОЛОЖЕНИЯ ИСТОЧНИКА ЗВУКА.
Электрофизиологическое исследование нейронов различных отделов слуховой системы, начиная с первого уровня билатеральной конвергенции афферентации - комплекса ядер верхней оливы - и кончая слуховой областью коры, позволило обнаружить определенную тенденцию преобразования афферентной импульсации по ходу слухового пути. Было .^тановлено, что преобладающим типом реакции на уровне верхней оливы при дихотическом предъявлении звуковых сигналов и варьировании интерауральных различий по времени (ДТ) и по интенсивности (Д1) является монотонное реципрокное изменение величины реакций во всем диапазоне варьирования интерауральных различий стимуляции (рис. 6.11, а.б). Эти изменения активности позволяют оценить направление и степень смещения источника звука от средней линии.
На уровне заднего холма преобладает совершенно иной тип реакций. Он характеризуется реципрокным или нереципрокным изменением активности в строго ограниченном диапазоне варьирования ДТ или д! (рис. 6.11,в). Этот диапазон, специфичный для данного нейрона, но резко
162
Руководство по аудиологии
различающийся у разных нейронов, получил для межушных различий стимуляции (ДТ) название "характеристической задержки”. Переход от монотонных изменений активности на уровне верхней оливы к немонотонным на уровне заднего холма позволяет характеризовать это преобразование как обострение по времени и по интенсивности, так как и сторона, и степень смещения источника звука от средней линии оценивается более остро набором специализированных элементов. На уровне ВКТ и слуховой коры сведения об интерауральных различиях стимуляции сохраняются в том же виде, что и на уровне заднего холма.
Рис. 6.11. Схематическое изображение монотонных (а-б) и немонотонных (в) реакций нейронов слуховой системы при варьировании межушных различий стимуляции по времени (а, в) и по интенсивности (б); на (а) и (в) (а - характерный тип реакции для нейронов верхней оливы, в - для нейронов заднего холма); по оси абсцисс - межушная задержка по времени в мкс; на (б) (характерный тип реакции для нейронов верхней оливы) -межушные различия стимуляции по интенсивности, в дБ; по оси ординат на (а-в) - величина реакции в условных единицах.
Вместе с тем на этих уровнях слуховой системы у нейронов появляется новое существенное свойство, а именно, способность сохранять в следовом разряде сведения о пространственном положении источника звука в течение нескольких секунд (см. рис. 6.3). Наконец, начиная с уровня заднего холма, обнаружены нейроны-детекторы, т.е. нейроны обладающие специализированной реакцией на сигнал, моделирующий направленное
Электрическая активность нейронов слуховых центров
163
скение источника звука (рис. 6.12), причем в высших отделах слуховой системы количество таких нейронов возрастает.
а
| 20 имп.
?'гс. 6.12. Постстимульные гистограммы реакции нейрона заднего холма кошки, специализированно реагирующего на направление движения звукового образа в горизонтальной плоскости.
(а) - реакция на неподвижный звуковой образ по средней линии головы (квадрат на схеме головы кошки): время действия сигнала (1,7 с) обозначено линией под гистограммой; (б) - реакция на движущийся звуковой образ от уха к средней линии головы и обратно (стрелки у схемы головы кошки); время действия сигнала (1,7 с) обозначено линией под гистограммой. Стрелка указывает на момент изменения направления движения. Точки на схеме головы кошки - сторона отведения.
Следует также указать, что у ряда животных (например, совы, летучие мыши) продемонстрирована топическая организация представительства пространственного положения источника звука в нервных элементах глуховой структуры, т.е. еще раз подтвержден принцип топического представительства звуковых сигналов в центрах слуховой системы, в данном случае при локализации источника звука.
164
Руководство по аудиологии
РЕКОМЕНДУЕМАЯ ЛИТЕРАТУРА.
1. Brugge J.F., Reale R.A. Auditory Cortex// In: Cerebral Cortex.-1985.-P.229-271.
2. Clarey J.C., Barone P., Imig T.J. Physiology of the Thalamus and Cortex// In: The Mammalian Auditory Pathway: Neurophysiology/ Ed.: A.N.Popper and R.R.Fray. Berlin: Springer-Verlag.-1992.-P.232-334.
3. Eggermont J.J. Functional Aspects of Synchrony and Correlation in the Auditory System// Concepts in Neuroscience.-1993.-V.4.-P. 105-129.
4. Feng A.S., Ratman R. Neural Basis of Hearing in Real-World Situations// Ann Rev Psychol.-2000.-V/51.-P.699-725.
5. Kuwada S., Batra R., Fitzpatrick D.C. Neural Processing of Binaural Temporal Cues// In: Binaural and Spatial Hearing in Real and Virtual Environments? Ed.: T.R. Anderson and R.H. Gilkey. Lawrence Erlbauim, Mahwah, NJ, 1997.-P.399-425.
6. Langner G. Periodicity Coding in the Auditory System// Hear Res.-1992,-V.60.-P. 115-142.
7. Teas D.C. Auditory Physiology: Present Trends//Ann Rev Psychol.-1989.-V.40.-P.405-429.
8. Yin T.C.T., Joris P.H., Smith P.H., Chan J.C.K. Neuronal Processing for Interaural Time Disparities// In: In: Binaural and Spatial Hearing in Real and Virtual Environments?/ Ed.: T.R. Anderson and R.H. Gilkey. Lawrence Erlbauim, Mahwah, NJ, 1997.-P.427-445.
ЧАСТЬ 2.
КЛИНИЧЕСКИЕ
АСПЕКТЫ АУДИОЛОГИИ.
Клинические аспекты аудиологии
167
Широкая распространенность заболеваний, сопровождающихся нарушениями слуховой функции, а также необходимость их раннего распознавания для своевременного проведения лечебных или реабилитационных мероприятий обусловливают важность выработки правильной диагностической тактики. В настоящее время оснащенность сурдологических центров и кабинетов современной аппаратурой позволяет использовать комплексную диагностику патологии слуха с использованием субъективных и объективных методов исследования. Однако принятие адекватного врачебного решения требует систематизации получаемых при этом данных.
Нарушение слуха может быть обусловлено патологическим процессом, влияющим на различные звенья слухового анализатора, включающие в себя элементы звукопроведения (наружный слуховой проход, среднее ухо, перилимфу внутреннего уха) и звуковосприятия. К последним относятся периферический отдел слуховой системы (орган Корти со слуховыми рецепторами - наружными и внутренними волосковыми клетками), спиральный ганглий с телами первых двухполюсных нейронов, не дающих перекрестов, и центральные слуховые образования, имеющие перекресты (нейроны наружного и внутреннего слуховых ядер, расположенных на дне IV желудочка, проводящие пути в глубине моста мозга - латеральная петля, задние бугорки четверохолмия, внутреннее коленчатое тело) и заканчивающиеся в височной доле мозга (извилина Гешле).
Обследуя больного с жалобами на понижение слуха, врач, прежде всего, должен установить вид тугоухости (кондуктивная, сенсоневральная, смешанная) и уровень поражения. При этом необходимо учитывать топографию слуховых проводящих путей. Точная дифференциальная диагностика возможна лишь при комплексном обследовании статоакустического анализатора, включающего слуховой и вестибулярный отделы.
Существующие в настоящее время многочисленные аудиометрические тесты можно разделить на следующие основные группы: психоакустические методы, к которым относятся тональная пороговая аудиометрия, надпороговая аудиометрия, речевая аудиометрия; акустическая импедансометрия, включающая тимпанометрию и регистрацию акустического рефлекса стременной мышцы; регистрация различных классов слуховых вызванных потенциалов; регистрация отоакустической эмиссии.
168
Руководство по аудиологии
РАЗДЕЛ 1.
ПСИХОФИЗИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ СЛУХА.
ГЛАВА 7.
ПОВЕДЕНЧЕСКАЯ АУДИОМЕТРИЯ.
При аудиологическом обследовании всех больных с жалобами на снижение слуха необходимо придерживаться следующей последовательности: сбор анамнеза, осмотр ЛОР-органов, исследование восприятия шепотной и разговорной речи, камертональное исследование.
Сбор анамнеза предусматривает определение наличия снижения слуха, его возможной связи с перенесенными острыми и хроническими воспалительными заболеваниями уха, травмами головы и уха, наличия субъективного шума и его характера, уточнение возможного улучшения слуха в шумной обстановке, наличия постоянного или приступообразного головокружения, тошноты, продолжительности заболевания и т. д.
Осмотр ЛОР-органов. При осмотре ЛОР-органов особое внимание необходимо уделять сопутствующей патологии носа и носоглотки и, при-возможности, проводить отомикроскопию.
Исследование восприятия шепотной и разговорной речи продится по классической схеме.
7.1. КАМЕРТОНАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ.
Существует много камертональных тестов. Однако в повседневной практике для дифференциальной диагностики кондуктивной и сенсоневральной тугоухости достаточно применять три весьма простых теста - Федеричи, Ринне и Вебера. Для их выполнения необходим низкочастотный камертон С25б (допустимо также использование камертона С128)-
Опыт Федеричи проводится следующим образом: ножку звучащего камертона попеременно плотно приставляют к козелку, осторожно вдавливая его в наружный слуховой проход, но не обтурируя его, и к сосцевидному отростку. Больной должен ответить, где он громче слышит звучащий камертон. В норме и при сенсоневральной тугоухости громче воспринимается звук с козелка (опыт Федеричи положительный, или F+), при нарушении звукопроведения более громким воспринимается звук с сосцевидного отростка (опыт Федеричи бтрицательньп , или F ).
Поведенческая аудиометрия
169
Опыт Ринне подобен описанному выше опыту Федеричи, однако, в отличие от последнего подразумевает количественную (в секундах) оценку слухового восприятия: врач измеряет время, в течение которого больной слышит звучание камертона вначале у ушной раковины, а затем - с сосцевидного отростка. При нормальном слухе и сенсоневральной тугоухости первый показатель выше (опыт Ринне положительный, или R+), при кондуктивной патологии наблюдается обратная картина (опыт Ринне отрицательный, или R-).
В опыте Вебера (определение латерализации звука) камертон ставится на темя, по средней линии головы. При кондуктивной тугоухости звук громче воспринимается в хуже слышащем ухе, при сенсоневральной - в лучше слышащем ухе.
7.2. ТОНАЛЬНАЯ ПОРОГОВАЯ АУДИОМЕТРИЯ.
Тональная пороговая аудиометрия осуществляется при помощи аудиометров, которые производятся многими фирмами и отличаются друг от друга по функциональным возможностям и по возможностям управления. В них предусмотрен набор частот 125, 250, 500, 750, 1000, 1500, 2000, 3000, 4000, 6000, и 8000 Гц (в некоторых аудиометрах дополнительно введены частоты 10000, 12000, 16000, 18000 и 20000 Гц и имеется возможность переключения частот шагом в 67,5 Гц). Стимулом является чистый тон (или узкополосный шум). Переключение интенсивности подаваемых стимулов производится шагом в 5 дБ от 0 дБ нПС (нПС -нормальные пороги слышимости) до 110 дБ нПС (в некоторых аудиометрах до 120 дБ). Имеются аудиометры, обеспечивающие и возможность переключения интенсивностей шагом в 1 и 2 дБ. Однако во все аудиометры введено ограничение интенсивности на выходе на трех частотах: 125 Гц, 250 Гц и 8000 Гц. Аудиометры оснащены оголовьем с двумя воздушными телефонами (некоторые аудиометры укомплектованы внутриушным телефоном), костным вибратором для исследования костного звукопроведения, кнопкой пациента, микрофоном и имеют низкочастотный вход для подключения магнитофона (или проигрывателя компакт-дисков) для проведения речевой аудиометрии.
Условия, необходимые для проведения тестов: в идеале, проведение аудиометрии требует специального звукозаглушенного помещения. В случае, когда исследование проводится в условиях, не соответствующих требованиям, аудиометрист должен помнить, что окружающий шум может оказывать влияние на результаты аудиометрии, что выражается в повышении определяемых порогов слышимости.
Существует два пути решения проблемы уменьшения окружающего шума: использование звукозаглушенных камер и использование
170
Руководство по аудиологии
специальных амбушюров или внутриушных телефонов. Внутриушные телефоны были разработаны для повышения точности аудиометрических исследований. Их применение обеспечивает существенные преимущества: окружающий шум снижается на 30-40 дБ; повышается комфортность пациента; за счет увеличения межушного ослабления до 70-100 дБ снижается необходимость в использовании маскирующего шума; повышается степень повторяемости результатов тестирования; исключается возможность коллапса наружного слухового прохода, что принципиально важно при исследовании слуха у новорожденных.
Воздушное звукопроведение.
Порогом считается наименьшая интенсивность, воспринимаемая испытуемым в 50% предъявлений. Исследование начинается с лучше слышащего уха. Если испытуемый не может определить, какое ухо слышит лучше, обычно исследование начинают с правого уха.
В основе методики определения порогов по воздушному звукопроведению лежит предъявление чистого тона одной частоты (обычно начинают с частоты 1000 Гц) при каждом исследовании, начиная с интенсивности, легко идентифицируемой испытуемым. Постепенно снижается уровень интенсивности стимуляции (нисходящая методика) шагом в 10 дБ до исчезновения его восприятия. Уровень интенсивности затем повышается шагом в 5 дБ до возникновения слухового ощущения (восходящая техника). Для точного определения порогов эти операции повторяются. Значения порога наносятся на бланк аудиограммы.
Аудиограмма - это графическое отражение способности испытуемого слышать чистые тоны. Принято предъявлять тоны различных частот в следующей последовательности: 1000, 2000, (3000), 4000, (6000), 8000, 500, 250, 125 Гц.
На горизонтальной оси аудиограммы отмечены частоты, соответствующие частотам аудиометра. По вертикальной оси откладывается интенсивность стимула в дБ по отношению к нормальным порогам слышимости, от -10 дБ нПС (в верхней части аудиограммы) до 110-120 дБ нПС у основания.
Вертикальные линии на аудиограмме отражают частоты, соответствующие частотам аудиометра. Горизонтальные линии на аудиограмме отражают интенсивность в дБ по отношению к нормальным порогам слышимости, от 0 дБ нПС (в верхней части аудиограммы) до 110 дБ у основания аудиограммы.
Поведенческая аудиометрия
171
Костное звукопроведение.
Методика определения порогов по костному звукопроведению обеспечивает прямое определение чувствительности улитки, а также возможное наличие кондуктивного компонента (костно-воздушного интервала) на каждой из исследуемых частот. Вместо воздушных телефонов при исследовании используется костный вибратор, устанавливаемый на сосцевидном отростке. Так же, как и при определении порогов при воздушном звукопроведении, порогом является наименьшая интенсивность, воспринимаемая испытуемым в 50%. Рекомендации по предъявлению частот при исследовании порогов по костному звукопроведению те же, что и по воздушному. Следует начинать с частоты 1000 Гц, продолжая на частотах 2000 Гц и 4000 Гц, а затем - на 500 Гц и 250 Гц. В большинстве аудиометров не предусмотрена возможность определения костных порогов на частотах 125 Гц, 6000 Гц и 8000 Гц (хотя в некоторых современных аудиометрах имеется частота 6000 Гц).
Определение порогов на костнопроведенные звуки (КЗ) должно начинаться с надпороговых интенсивностей с последующим снижением интенсивности до достижения порога и повторением всех этапов, применяемых при определении порогов по воздушному звукопроведению (ВЗ).
В норме пороги воздушного и костного звукопроведения совпадают и находятся в пределах 5-10 дБ (рис. 7.1).
—О— воздушное
••О** костное
Рис. 7.1. Аудиограмма при нормальном слухе
При патологии среднего уха нарушается передача звуковых сигналов от наружного к внутреннему уху, поэтому пороги слышимости при воздушном звукопроведении в той или иной степени повышаются. В то же время при костном звукопроведении сигналы воспринимаются при нормальных уровнях интенсивности, т.к. рецепторный аппарат улитки и нервные слуховые пути сохранены.
Разность между значениями порогов слышимости, определенными при воздушном и костном звукопроведении, отражается на аудиограмме в виде
172
Руководство по аудиологии
костно-воздушного интервала (рис. 7.2). В большинстве случаев при кондуктивной тугоухости определяется повышение порогов слышимости на воздушнопроведенные звуки на низких частотах. Так, при экссудативном среднем отите пороги повышаются на низких частотах на 20-40 дБ.
Рис. 7.2. Аудиограмма больного с кондуктивной тугоухостью.
Повышение порогов как для воздушнопроведенных, так и для костнопроведенных звуков имеет место при смешанной тугоухости.
Следует помнить, что пороги при КЗ не могут быть выше порогов, определенных при ВЗ. Кроме того, при значительном повышении порогов по ВЗ, а также при некоторых видах патологии костей черепа (например, сифилитический пороз) вполне допустимо отсутствие восприятия костнопроведенных звуков. Это объясняется различием в максимальной выходной интенсивности телефона (110-120 дБ) и костного вибратора (45-70 дБ, в зависимости от частоты).
Рис. 7.3. Ошибочная аудиограмма
Аудиограмму, характеризующуюся повышением порогов по ВЗ в пределах 45 дБ, но с отсутствием КЗ н$ тех же частотах, следует считать ошибочной (рис. 7.3).
174
Руководство по аудиологии
Эффективная маскировка исключает переслушивание. При помощи эффективной маскировки определяется уровень шума, необходимый для заглушения нетестируемого или лучше слышащего уха.
Недостаточная маскировка имеет место, когда маскирующий шум, предъявленный в лучше слышащее ухо, недостаточно громкий для того, чтобы исключить эффект переслушивания. Больной слышит тон в ухе, которое маскируется (в нетестируемом ухе) одновременно с маскирующим шумом. Увеличение интенсивности маскирующето шума ведет к. исключению определения "ложных" порогов в нетестируемом ухе и определению истинных порогов слышимости в тестируемом ухе.
Сверхмаскировка проявляется в том случае, когда каждая прибавка в интенсивности маскировки в 10 дБ вызывает повышение порога слышимости на 10 дБ или более над плато. Сверхмаскировка имеет место, как правило, при определении порогов при воздушном звукопроведении.
Ниже приводятся некоторые наиболее типичные аудиограммы, получаемые при нарушении звукопроведения.
Аудиометрическая характеристика различных форм тугоухости.
Кондуктивная тугоухость с дополнительным повышением порогов при костном звукопроведении в области 2 кГц (т. н. "зубец Кархарта") характерна для отосклероза (рис. 7.4). Постановку диагноза облегчают данные анамнеза (постепенное снижение слуха с одной стороны с дальнейшим переходом в двустороннюю тугоухость, шум в ушах, улучшение разборчивости речи в шуме) и отоскопии (неизмененные или истонченные барабанные перепонки).
Рис. 7.4. Аудиограмма больного отосклерозом.
Обратная картина - кондуктивная тугоухость с понижением порога в области 2 кГц - нередко наблюдается при рубцовом, адгезивном процессе в барабанной полости (рис. 7.5). Данные анамнеза и отоскопии подтверждают диагноз.
Поведенческая аудиометрия
175
Рис. 7.5. Аудиограмма больного адгезивным средним отитом.
При сенсоневральной тугоухости (поражении сенсорных элементов органа Корти) и отсутствии сопутствующего нарушения звукопроведения пороги слышимости по воздушному и костному звукопроведению совпадают (рис. 7.6).
—О— воздушное - - О - - костное
Рис. 7.6. Аудиограмма больного с сенсоневральной тугоухостью
Сенсоневральная тугоухость, характеризующаяся двусторонним локальным повышением порогов звуковосприятия в области 4 кГц, часто является следствием воздействия шума и (или) вибрации (рис. 7.7).
Рис. 7.7. Аудиограмма больного, работающего в условиях шума и вибрации.
176
Руководство по аудиологии
Весьма характерна аудиограмма при болезни Меньера. В основе заболевания лежит гидропс лабиринта, приводящий к нарушению функции волосковых клеток. Поэтому пороги звуковосприятия равномерно повышаются до 50-60 дБ на всех частотах как при ВЗ, так и при КЗ. В ряде случаев отмечается незначительный костно-воздушный интервал в области низких частот. Он обусловлен нарушением звукопроведения во внутреннем ухе. Аудиометрические кривые расположены горизонтально (рис. 7.8).
—О— воздушное AD
- - О - - костное AD
>< воздушное AS
- К- костное AS
—•— порог дискомфорта AD
Л порог дискомфорта AS
Рис. 7.8. Аудиограмма больного с гидропсом лабиринта (болезнью Меньера). ДП по Л юшеру (1 000 Гц):
AD = 0,4flB;AS= 1,0 дБ; SISI (1000 Гц): AD = 100%; AS = 0%
В начальных стадиях болезни Меньера, когда большая часть волосковых клеток сохранена, значительное ухудшение слуха происходит лишь в момент приступа. В межприступном периоде внутрилабиринтное давление нормализуется и слух улучшается, т. е. тугоухость носит флуктуирующий характер. В дальнейшем рецепторный аппарат внутреннего уха претерпевает необратимые изменения, и слух прогрессивно ухудшается от приступа к приступу.
Международная классификация степеней тугоухости, основанная на усредненных значениях порогов звуковосприятия на частотах 0,5; 1; 2 и 4 кГц, представлена в табл. 7.1.
Таблица 7.1.
Международная классификация тугоухости
Степень тугоухости
I II III IV Глухота
Среднее значение порогов слышимости на речевых частотах (дБ)
26-40
41-55
56-70
71-90
91 и более
Поведенческая аудиометрия
177
Сенсоневральная тугоухость, обусловленная патологией улитки, как правило, характеризуется наличием феномена ускоренного нарастания громкости (ФУНГ) (рекрутмента). Субъективно ФУНГ проявляется в виде неприятных ощущений, вызываемых громкими звуками. Наиболее часто ФУНГ встречается при воспалительной и медикаментозной интоксикации улитки, резко выражен при гидропсе лабиринта (болезни Меньера).
Ретрокохлеарная патология (например, невринома слухового нерва), напротив, обычно не сопровождается ФУНГом, поэтому особую важность приобретает определение этого феномена у больных с односторонней сенсоневральной тугоухостью. Следует, однако, учитывать, что при сдавливании опухолью сосудисто-нервного пучка и, как следствие, нарушении кровообращения во внутреннем ухе ФУНГ может быть обнаружен и при ретрокохлеарном поражении.
7.3. НАДПОРОГОВАЯ АУДИОМЕТРИЯ.
Для выявления ФУНГа предложено большое количество тестов, объединенных общим названием "надпороговая аудиометрия". Наиболее распространенными являются определение дифференциального порога восприятия силы звука по Люшеру, индекс малых приростов интенсивности (ИМПИ, чаще обозначаемый как SISI - Short Increment Sensitivity Index), выравнивание громкости по Фаулеру (при односторонней тугоухости) и определение порога дискомфорта.
Дифференциальный порог (ДП) восприятия силы звука определяется следующим образом: больному подается звук интенсивностью 40 дБ над порогом слышимости, модулируемый по интенсивности в диапазоне от 0,2 до 6 дБ. В норме и при кондуктивной тугоухости человек различает модуляцию глубиной около 1,0-1,5 дБ, тогда как при тугоухости кохлеарного генеза с повышением порога слышимости на исследуемой частоте не менее 40 дБ порог различаемой модуляции значительно снижен и составляет приблизительно 0,4 дБ. Рекомендуется проводить тест, постепенно увеличивая глубину модуляции.
Определение индекса малых приростов интенсивности (тест SISI) проводится при интенсивности звука 20 дБ над порогом слышимости. Каждые 4 секунды происходит кратковременное (200 мс) приращение интенсивности предъявляемого тона на 1 дБ. Больного просят отмечать ощущаемые им приросты интенсивности, а затем вычисляют процент правильных ответов. С целью объяснения больному методики исследования в начале теста можно увеличить амплитуду прироста интенсивности до 3-6 дБ и лишь после этого довести его до 1 дБ и начать подсчет. В норме и при нарушении звукопроведения человек способен различить от 0 до 20% приращений интенсивности.
178
Руководство по аудиологии
При сенсоневральной тугоухости, сопровождающейся нарушением функции громкости, этот показатель значительно возрастает и может достигать 100% при повышении порогов слышимости на величину порядка 40 дБ.
Тест выравнивания громкости по Фаулеру чаще всего используется для дифференциальной диагностики болезни Меньера и невриномы слухового нерва. Обычно данный тест проводится при односторонней сенсоневральной тугоухости, однако допустимо применять его и при двусторонней тугоухости, если разница в порогах слышимости между ушами превышает 30-40 дБ. Вначале на оба уха подается звук, интенсивность которого соответствует пороговым значениям (например, 5 дБ на правое ухо и 45 дБ - на левое). Затем интенсивность звука, подаваемого на больное ухо, увеличивают на 10 дБ, а на здоровом ухе подбирают интенсивность, которая вызывает равное по громкости ощущение. Далее интенсивность звука в больном ухе вновь увеличивают на 10 дБ, и процедура повторяется.
При наличии ФУНГа увеличению интенсивности в хуже слышащем ухе на 20-30 дБ соответствует прирост в 45-50 дБ на здоровом ухе. Тест Фаулера при этом считается положительным. В норме или при ретролабиринтном поражении равная громкость обеспечивается равными приростами интенсивности в обоих ушах. В таком случае тест Фаулера оценивается как отрицательный.
Уровень слухового дискомфорта определяется в диапазоне частот 250-8000 Гц. Интенсивность звука постепенно увеличивают от порогового значения до появления первых признаков дискомфорта, т.е. до оценки больным своих субъективных ощущений как "неприятных". Ни в коем случае не следует доводить интенсивность звука до болевого порога. В норме и при сенсоневральной тугоухости, сопровождающейся ФУНГом, пороги дискомфорта составляют 80-90 дБ. Однако при этом следует учитывать, что пороги слышимости у больных сенсоневральной тугоухостью повышены. Таким образом, у них происходит сближение порогов дискомфорта с порогами слышимости. При кондуктивной тугоухости пороги дискомфорта повышаются до 110 дБ и выше или же вовсе не определяются.
В дифференциальной диагностике ретрокохлеарных поражений важную роль играет также тест распада тона. Он заключается в ступенчатом (по 5 дБ) увеличении интенсивности тона, начиная с порогового значения, до тех пор, пока восприятие его не станет устойчивым. При внутрилабиринтной патологии устойчивое (в течение 1 минуты) восприятие звука достигается уже при 5-10 дБ над порогом, тогда как у больных с ретрокохлеарными поражениями для достижения устойчивого восприятия необходимо ступенчато увеличивать интенсивность тона до 35-
Поведенческая аудиометрия
179
40 дБ над порогом слышимости.
Подводя итоги выше сказанному, следует еще раз подчеркнуть, что каждый из надпороговых аудиометрических тестов имеет свою, наиболее оптимальную для него, область применения. В связи с простотой выполнения наибольшее распространение получил тест SISI. При наличии у больного затруднений с анализом звуков околопороговой интенсивности адекватной заменой тесту SISI может стать тест ДП. Тест Фаулера применяется в настоящее время относительно редко. Тем не менее, он вполне может быть использован при односторонней или асимметричной тугоухости.
Возможность определения величины и конфигурации слухового поля делает тест определения порогов слухового дискомфорта крайне важным при слухопротезировании. Тест распада тона, не будучи информативным в отношении наличия и степени выраженности ФУНГа, тем не менее очень важен для дифференциальной диагностики ретрокохлеарных поражений слуховых проводящих путей.
7.4. РЕЧЕВАЯ АУДИОМЕТРИЯ.
В отличие от тональной аудиометрии при речевой аудиометрии используются звуковые стимулы сложной формы с непрерывно изменяющимися акустическими параметрами.
При речевой аудиометрии используются следующие понятия: порог различения речи, пороги разборчивости речи, пороги комфортного и дискомфортного восприятия речи, динамический диапазон.
Порог различения речи соответствует наименьшей интенсивности речи, при которой она воспринимается как звуковой сигнал: испытуемый способен определить, что кто-то говорит, однако воспринимаемых частот явно недостаточно для понимания слов. Порог различения речи достигается при интенсивности 5-10 дБ над порогом слышимости тона 1000 Гц и не имеет отношения к разборчивости.
Определяются также порог 20%-ной , 50%-ной, 80%>-ной и 100%>-ной разборчивости речи. 50%-ная разборчивость в норме определяется при интенсивности в 25-30 дБ, 80%-ная - при 35-40дБ, а 100%-ная разборчивость определяется при интенсивности в 45-50 дБ.
Порог дискомфорта (ПД). Верхней границей динамического диапазона является порог дискомфорта, равный у лиц с нормальным слухом 130 дБ УЗД. Звуки, имеющие более высокие интенсивности, вызывают дискомфорт, а затем и боль.
Динамический диапазон (ДД). Диапазон используемого слуха между порогом восприятия речи и порогом дискомфорта называется динамическим диапазоном. Динамический диапазон может быть
180
Руководство по аудиологии
определен путем вычитания порога различения речи (ПРР) из порога дискомфорта. Для нормальных ушей он равен:
130 (ПД) - 20 (ПВР) = 110 дБ (ДД).
Если частота и интенсивность звука соответствуют данной зоне, мы слышим звук. Любые звуки, находящиеся вне этого диапазона, нами не воспринимаются.
Порог комфорта (ПК). Для нормальных ушей он соответствует 65 дБ УЗД. Однако, хотя порог комфорта и соответствует 65 дБ УЗД, диапазон между порогом слышимости и порогом комфорта также отличается на различных частотах. На низких частотах необходимо использование меньших интенсивностей над порогом для достижения комфортного восприятия, по сравнению с частотой 1000 Гц и выше.
нормальный слух
- - - кондуктивная тугоухость
— — сенсоневральная тугоухость
Уровень речевого сигнала (дБ)
Рис. 7.9. Речевые аудиограммы, определенные у исследуемого с нормальным слухом (А) и больных с кондуктивной (Б) и сенсоневральной тугоухостью (В).
Порог различения речи и дискриминационные речевые тесты заключаются в предъявлении пациенту наборов слов и регистрации его ответов в виде порогов или процента правильно данных ответов. При определении порогов комфорта и дискомфорта используется постоянное предъявление речи, хотя пороги дискомфорта могут быть определены на каждой частоте при использовании и других стимулов.
При речевой аудиометрии используются регулируемый живой голос и записи на пленке и компакт-дисках специальных наборов сбалансированных слов, предъявляемых через головные телефоны или в свободном звуковом поле через динамики. Недостатком исследования живым голосом является то, что оператор не может всегда произносить тестовые слова с одинаковой интенсивностью. Различные диалекты также оказывают влияние на результаты исследования.
При использовании записей интенсивность регулируется при помощи аудиометра. Как магнитофонные записи, так и компакт-диски перед
Поведенческая аудиометрия
181
речевым материалом имеют калибровочный тон частотой 1000 Гц, позволяющий оператору выставить уровень на ноль.
Методика маскировки при речевой аудиометрии та же, что и при тональной аудиометрии по воздушному звукопроведению. Используются белый шум или маскировка речью. Узкополосная маскировка при речевой аудиометрии является неэффективной.
Каждое правильно повторенное слово при определении разборчивости речи соответствует 2% при использовании списка из 50 слов и 4% - при использовании списка из 25 слов. Любое изменение в повторении слова, например, изменение единственного числа на множественное, или наоборот, должно рассматриваться как неправильный ответ.
Бинауральное тестирование. Иногда пациенты с симметричными аудиограммами и другими речевыми тестами имеют достоверные отличия между ушами в дискриминационных тестах. При наличии в аудиометре двух каналов возможно исследование бинауральной разборчивости речи. Тесты определения разборчивости речи являются важным критерием для принятия решения о том, какое ухо следует протезировать, либо решения о преимуществах бинаурального слухопротезирования.
У больного с кондуктивной тугоухостью имеет место повышение порогов слышимости по воздушному звукопроведению, более выраженное на низких частотах. При этом пороги комфорта и дискомфорта увеличиваются на аналогичную величину. При кондуктивной тугоухости динамический диапазон не претерпевает изменений, повышение же порогов слышимости, комфорта и дискомфорта соответствуют степени тугоухости.
Больные с сенсоневральной тугоухостью обычно имеют более выраженное повышение порогов слышимости на высоких частотах. Наиболее комфортный уровень сохраняет соотношение с нижней границей диапазона, однако, кривая приобретает нисходящий характер. Одновременно при повышении порогов резко снижается динамический диапазон. При сенсоневральной тугоухости никогда не достигается 100%-ная разборчивость речи, в отличие от кондуктивной тугоухости. На рис. 7.9 представлены речевые аудиограммы, соответствующие норме, кондуктивному, смешанному и сенсоневральному поражениям.
7.5. АУДИОМЕТРИЯ У ДЕТЕЙ.
При исследовании порогов слышимости у детей выбор методики определяется возрастом ребенка. Выделяют поведенческую аудиометрию, аудиометрию с визуальным подкреплением, игровую аудиометрию.
Поведенческая аудиометрия - проводится в возрасте от 4 месяцев до 3
12 Заказ NbК 4286
182
Руководство по аудиологии
лет Ребенок усаживается вместе с родителем в звукозаглушенной камере таким образом, чтобы громкоговорители были расположены с обеих сторон от ребенка. Исследователь начинает говорить с интенсивностью в 30 дБ ПС, отмечая, локализует ли ребенок звуки. Обычно произносится имя ребенка или интересные для него звуки. Методика же определения порогов соответствует методике, используемой при определении порогов слышимости у взрослых. Так как у ребенка используются не телефоны, а стимуляция через громкоговорители, определяемый ответ является ответом от лучше слышащего уха.
Аудиометрия с визуальным подкреплением (Visual Reinforcement Audiometry) - проводится в возрасте от 1 года до 3 лет. Ребенок усаживается вместе с родителем в звукозаглушенной камере таким образом, чтобы громкоговорители были расположены с обеих сторон от ребенка. Над или под динамиками располагаются механические игрушки, которые могут двигаться или зажигаются (или перед исследуемым располагается монитор, на котором передвигаются картинки). В свободном звуковом поле подается "лающий" тон частотой 1000 Гц интенсивностью 50 дБ нПС и, если ребенок поворачивается в сторону динамика, приводятся в действие игрушки. Если же ребенок не обращает внимания на динамики, интенсивность повышается до тех пор, пока не будет получена реакция ребенка. Необходимо добиться того, чтобы ребенок объединял восприятие звука с началом движений (или зажиганием) игрушек или картинок. Исследование повторяется на частотах 2000 Гц, 4000 Гц, 500 Гц, 250 Гц. Если при обследовании ребенка можно использовать телефоны, то будет получена информация, специфичная для конкретного уха, если же нет (и исследование проведено в свободном звуковом поле) - ответ, полученный от ребенка, следует считать ответом от лучше слышащего уха.
Игровая аудиометрия - проводится в возрасте от 3 до 5 лет. Ребенка инструктируют надеть кольцо на стержень или произвести другие аналогичные действия, когда он услышит звук. Исследование начинается с частоты 1000 Гц на интенсивностях между 30 и 40 дБ ПЧ. Методика определения порога слышимости соответствует методике, используемой при традиционной аудиометрии. Пороги определяют на частотах 250-4000 Гц для каждого уха.
Поведенческая аудиометрия
183
РЕКОМЕНДУЕМАЯ ЛИТЕРАТУРА.
1. Таварткиладзе Г.А., Гвелесиани Т.Г. Клиническая аудиология.-М., 2003.
2. Хечинашвили С.Н. Вопросы аудиологии/ Тбилиси: Мецниереба, 1978.
3. Beagley Н.А. Audiology and Audiologic al Medicine/Ed.-Oxford University Press, 1981.-V.1.
4. Bess F.H., Humes L.E. Fudiology: The Fundamentals/Ed. - 2nd edition.-Williams& Wilkins, 1995.
5. Katz J. Handbook of Clinical Audiology//5th Edition.-Lippincott Williams & Wilkins, 2001.
6. Lehnhardt E., Laszig R. Praxis der Audiometrie// Ed., 8 Auflage.-Tieme, 2001.
7. Zelnick E. Hearing Instrument Selection and Evaluation/ Ed. - National Institute for Haring Instruments Studies, 1987.
12*
184
Руководство по аудиологии
ГЛАВА 8.
АКУСТИЧЕСКАЯ ИМПЕДАНСОМЕТРИЯ.
Акустический импеданс любой колеблющейся системы состоит из трех компонентов: массы, жесткости и трения. Компоненты массы и жесткости находятся в зависимости от частоты звука, действующего на данную систему. Чем выше частота, тем больше сопротивление, оказываемое ему данной массой. Компонент жесткости обратно пропорционален частоте. Акустический импеданс представляет собой векторную величину и как вектор имеет две составляющие - активную и реактивную. Для измерения акустического импеданса должны быть известны либо обе составляющие, либо характеристика вектора импеданса. Эта характеристика складывается из амплитуды и фазы. Звуковые колебания, действующие на барабанную перепонку, вызывают ее вибрацию, частично проходят через нее и частично отражаются от ее поверхности. При этом отраженные звуковые колебания оказываются уменьшенными по амплитуде и сдвинутыми по фазе. Сдвиг фазы зависит от жесткости колеблющейся системы. Таким образом, измеряя интенсивность (или амплитуду) и сдвиг фазы отраженного барабанной перепонкой звука, можно судить о величине акустического импеданса звукопроводящей системы. В нормальных условиях суммарная жесткость создается натяжением барабанной перепонки и других структур среднего уха - слуховых косточек, связок и мышц. Известное значение имеют натяжение кольцевой связки стремени и мембраны окна улитки, а также акустическое сопротивление жидкостей и тканей внутреннего уха.
Изменение некоторых составных частей простой механической системы, содержащей единичные элементы массы, эластичности и трения, ведет к изменению корреляции между проводимостью системы и равнозначными изменениями в трансмиссионных характеристиках (Moller, 1974). Как уже отмечалось, акустический импеданс состоит из резистентного и реактивного компонентов. Резистентность в основном определяется улиткой (Moller, 1974), в то время как реактивность - массой и жесткостью барабанной перепонки и слуховых косточек. Когда резистентный и реактивный компоненты импеданса отображаются раздельно, выясняется, что разрыв наковальне-стременного сочленения больше воздействует на резистентный компонент, который приближается к нулю. Результаты этих измерений (Moller, 1974) указывают на то, что улитка оказывает большое влияние на компонент трения (резистентность) и незначительное - на реактивный компонент (жесткость и массу). Прямые измерения механического импеданса были проведены von Bekesy (1941) на трупах человека, а также Tonndorf, Khanna и Fingerhood (1966) и Khanna, Тonndorf (1971) на кошках.
А кустическая импеданса метрик
185
Ряд приборов, предназначенных для измерения акустического импеданса, позволяют измерять не акустический импеданс, выраженный в акустических Омах, а податливость, выраженную в мл объема. Считается, что при низкой частоте звука величина податливости обратно пропорциональна величине акустического импеданса (его реактивного компонента).
Рис. 8.1. Принципиальная схема акустического импедансометра.
На рис. 8.1 представлена принципиальная схема акустического импедансометра, в основе действия которого лежит использование электроакустического (акустического) моста. Зонд импедансометра, состоящий из 3 трубок, вводится в наружный слуховой проход исследуемого. Обязательным условием для проведения импедансометрии является герметизация наружного слухового прохода. Через 1-ю трубку подается зондирующий тон (в различных приборах используются от одного до 3 и более частот зондирующего тона), интенсивность которого ниже интенсивности, вызывающей сокращение стременной мышцы. Через 2-ю трубку производится изменение давления в наружном слуховом проходе (в ручном или автоматическом режиме), а через 3-ю - звук, отраженный от барабанной перепонки, проводится к чувствительному микрофону.
Акустическая импедансометрия включает тимпанометрию, определение статической податливости, акустическую рефлексометрию (регистрацию рефлекса стременной мышцы) и определение физического объема.
Тимпанометрия - это регистрация значений акустического сопротивления или акустической податливости при изменении давления воздуха в наружном слуховом проходе (обычно от +200 до -400 мм водн. ст.). Кривая, отражающая зависимость податливости от давления, называется тимпанограммой (рис. 8.2).
186
Руководство по аудиологии
Давление, мм водн. ст.
Рис. 8.2. Тимпанограмма.
Податливость измеряется как относительное изменение в уровне звукового давления в герметизированном слуховом проходе при повышении и понижении в последнем давления. Когда звуковая волна попадает на барабанную перепонку, часть энергии отражается от нее, часть - проходит через систему среднего уха, а часть - поглощается. При этом частота отраженной волны соответствует частоте зондирующего тона, но отличается по фазе и амплитуде. Величина этого различия определяется импедансными характеристиками барабанной перепонки и системы среднего уха. Точка максимальной податливости на тимпанограмме определяется, когда давление в барабанной полости соответствует давлению в обтурированном наружном слуховом проходе.
При повышении давления до +200 мм водн. ст. резко повышается жесткость барабанной перепонки (а также всей системы среднего уха), что сопровождается отражением большей части звуковой энергии: регистрируются наибольшие значения звукового давления. Затем давление уменьшается, что сопровождается повышением податливости барабанной перепонки и уменьшением значений регистрируемого звукового давления. При оценке тимпанограммы относительно референтного значения, определяемого при давлении +200 мм водн. ст., объем наружного слухового прохода не оказывает влияния на амплитуду тимпанограммы.
Градиент.
Градиент тимпанограммы рассчитывается как отношение среднего арифметического между значениями податливости, определенными в точках тимпанограммы, отстоящих от пика (максимальной податливости) в сторону положительных (ар) и отрицательных (Ьр) давлений, на 50 мм водн. ст., к полной податливости (ht) (рис. 8.3).
Статическая податливость
Статическая податливость также является величиной, характеризующей подвижность системы среднего уха. Она определяется как разница между полной податливостью (max) и податливостью, измеренной при
А кустическая импедапсометрия
187
давлении +200 мм водн. ст. При этом исключается компонент податливости, связанный с объемом наружного слухового прохода. Следует иметь в виду, что лишь значения статической податливости менее 0,28 мл и более 2,5 мл могут рассматриваться как имеющие диагностическое значение.
мм водн ст
Давление
Рис. 8.3. Определение градиента (объяснения в тексте)
Порог акустического рефлекса.
Предъявление акустического стимула в одно ухо сопровождается сокращением стременных мышц с обеих сторон. В многочисленных исследованиях было продемонстрировано, что для вызывания акустического рефлекса стременной мышцы (ее сокращения) необходима интенсивность от 70 до 100 дБ по отношению к порогам слышимости. Средние значения порога рефлекса на чистые тоны приблизительно равны 85 дБ, а на белый шум - 65 дБ.
При рефлексометрии производится измерение внезапных изменений в звуковом давлении, вызванных уменьшением податливости системы среднего уха, обусловленным сокращением мышцы. Регистрируются рефлексы как со стороны стимулируемого уха, так и в ухе, в котором установлен зонд. Так, при акустической стимуляции через зонд регистрируются ипсилатеральные акустические рефлексы. При стимуляции противоположного уха через телефон регистрируется контралатеральный рефлекс. Во избежание разночтений контралатеральнымрефлексом следует считать рефлекс с уха, которое стимулируется, а не с уха, в котором установлен зонд.
Измерение физического объема.
Принцип действия электроакустического моста основан на том, что интенсивность является функцией объема полости. Таким образом, при постоянной интенсивности уровень звукового давления в полости малого объема будет больше, а в полости большого объема - меньше. В норме
188
Руководство по аудиологии
определяются значения объема, равные у взрослого испытуемого 1,0-1,5 мл, а у детей - 0,7-1,0 мл. При перфорации барабанной перепонки эти значения, соответственно, увеличиваются до 5,0 мл. Однако данный тест не нашел широкого применения в клинической практике.
8.1. ТИМПАНОМЕТРИЯ.
Первые работы, посвященные тимпанометрии, содержали описание отдельных тимпанограмм, характерных для той или иной патологии (Terkildsen, Thomsen, 1959; Brooks, 1968; 1969). Позднее были разработаны классификации тимпанограмм, из которых наибольшее распространение получили взаимно дополняющие классификации Jerger (1970) и Liden et al. (1970) (Рис. 8.4). Дальнейшие разработки в этой области были направлены на выявление новых типов и уточнение отдельных характеристик уже описанных тимпанограмм.
давление
О давление
давление
давление
As
давление
Рис. 8.4. Типы тимпанограмм (по J. Jerger).
А кустическая импедансометрия
189
При отсутствии патологии среднего уха и нормально функционирующей слуховой трубе давление в барабанной полости равно атмосферному. Поэтому максимальная податливость регистрируется при создании в наружном слуховом проходе такого же давления, которое принимается за "О". Тимпанограмму, зарегистрированную при этом, относят к типу "А". Тимпанограмма типа А регистрируется и при чистой сенсоневральной тугоухости.
При наличии выпота в среднем ухе или адгезивных явлениях в барабанной полости изменение давления в наружном слуховом проходе не приводит к существенному изменению податливости. Поэтому тимпанограмма выглядит как ровная или слегка выпуклая линия без видимого пика. Такую тимпанограмму обозначают как тип "В". Тимпанограмма типа В регистрируется и при перфорациях барабанной перепонки, при этом, однако, определяются высокие значения физического объема.
При нарушении проходимости слуховой трубы, вызванном евстахиитом, патологией носоглотки и т.п., в среднем ухе создается отрицательное давление. Максимальная податливость барабанной перепонки может быть достигнута при создании в наружном слуховом проходе давления, равного давлению в барабанной полости. Поэтому тимпанограмма сохраняет нормальную конфигурацию, но пик ее оказывается смещенным в сторону отрицательного давления. Такая тимпанограмма относится к типу "С".
Отдельные рубцы и атрофические изменения барабанной перепонки приводят к увеличению ее податливости, что проявляется, в зависимости от частоты зондирующего тона импедансометра, в повышении амплитуды пика кривой или появлении дополнительных "всплесков" в области максимальной податливости. Такая тимпанограмма классифицируется как тип "D".
При разрыве цепи слуховых косточек, вызванном травмой, воспалительным процессом или асептическим некрозом, также происходит резкое увеличение податливости звукопроводящей системы. Конфигурация регистрируемой при этом тимпанограммы различна при низкой и высокой частотах зондирующего тона. В первом случае амплитуда пика обычно превышает рабочий диапазон прибора, а "разомкнутая" тимпанограмма обозначается как тип "Ad". При высокой же частоте кривая характеризуется появлением дополнительного пика (реже - нескольких дополнительных пиков) и обозначается как тип "Е".
При отосклерозе барабанная перепонка сохраняет свою эластичность. Фиксация стремени приводит к некоторому снижению податливости звукопроводящей системы, которое может, как правило, сопровождаться некоторым снижением амплитуды тимпанометрической кривой и
190
Руководство по аудиологии
закруглением ее пика. Согласно общепринятой классификации, такую тимпанограмму относят к типу As.
Следует помнить, что результаты тимпанометрии, как и других аудиологических методик, не должны интерпретироваться изолированно. Перед проведением тимпанометрии необходимо провести отоскопию и при необходимости произвести туалет наружного слухового прохода. Исследователь должен иметь информацию о состоянии слуховой функции, наличии или отсутствии кондуктивного компонента тугоухости, а при его наличии - обусловлен ли он фиксацией стремени или разрывом цепи слуховых косточек. При наличии вентиляционных трубок необходимо знать, проходимы ли они. Без этой информации правильно интерпретировать данные тимпанометрии достаточно сложно. Так, тимпанограмма типа А, как было отмечено выше, может быть определена как в норме и при сенсоневральной тугоухости, так и при отосклерозе и смешанной тугоухости. Значительно повышается информативность методики при сочетанной интерпретации данных тимпанометрии и регистрации акустического рефлекса стременной мышцы.
8.2. АКУСТИЧЕСКАЯ РЕФЛЕКСОМЕТРИЯ.
Акустическая рефлексометрия основана на регистрации изменений податливости звукопроводящей системы, происходящих при сокращении стременной мышцы. Адекватными стимулами для реализации акустического рефлекса служат тональные и шумовые сигналы, интенсивность которых превышает пороговое (для конкретного испытуемого) значение. Предъявление акустического стимула в одно ухо сопровождается сокращением стременных мышц с обеих сторон. Впервые сокращение стременной мышцы у человека было продемонстрировано Luscher (1929), который наблюдал его через отверстие в барабанной перепонке. При акустической стимуляции практически активируется только стременная мышца (Jepsen, 1955). Однако это наблюдается лишь до тех пор, пока звук не достигнет величины, способной вызвать общее вздрагивание (Djupesland, 1967). Мышцы среднего уха у человека и млекопитающих могут активироваться и неакустическими стимулами. Закрывание глаз (Metz, 1951), стимуляция области орбиты воздухом (Klockhoff, Anderson, 1960; Klockhoff, 1961), как и стимуляция кожи вокруг или в области наружного уха, а также в наружном слуховом проходе, вызывают сокращение мышц среднего уха (Djupesland, 1961, 1962, 1967; Klockhoff, 1961). Такой же эффект наблюдается и при электрической стимуляции наружного слухового прохода (Pichler, Bomschein, 1957; Klockhoff, Anderson, 1959). Мышцы среднего уха активируются также при определенных положениях тела (Carmel, Starr, 1963; Salomon, Starr, 1963; Henson, 1965; Djupesland, 1967; Borg, Zakrisson, 1975). Некоторые люди
А кустическая импедансометрия
191
могут сокращать эти мышцы произвольно, без какой-либо иной моторной активности (Smith, 1943; Metz, 1951; Reger, 1960).
Politzer еще в 1861 г. при помощи электрической стимуляции черепномозговых нервов показал, что мышца, натягивающая барабанную перепонку (m.tensor tympani), иннервируется тройничным нервом, а стременная мышца - лицевым. В соответствии с данными Hammerschlag (1899, 1901), который изучал ответы мышцы, натягивающей барабанную перепонку, в остром эксперименте на собаках, рефлекторные механизмы реализуются в нижних отделах ствола мозга. Кроме того, им была подчеркнута роль трапециевидного тела в осуществлении рефлекса на эту мышцу. Исследованиями ряда авторов было показано, что моторные нейроны стременной мышцы локализуются в медиальной части моторного ядра ипсилатерального лицевого нерва (Vraa-Jensen, 1942; Szenthagothai, 1949), а моторные нейроны мышцы, натягивающей барабанную перепонку, - в вентральной части моторного ядра ипсилатерального тройничного нерва (Szenthagothai, 1949; Borg, 1973).
Рис. 8.5. Проводящие пути дуги рефлексов стременной мышцы: А -ипсилатерального;
Б - контралатерального:
Т8 - слуховой нерв; VCN - вентральные улитковые ядра; ТВ -трапециевидное тело; MSO - медиальная верхняя олива; N7 - лицевой нерв.
Проводящий путь контралатерального акустического рефлекса стременной мышцы предположительно состоит из четырех нейронов:
192
Руководство по аудиологии
первичного афферента, нейронов вентральных кохлеарных ядер, нейронов медиальной верхней оливы, мотонейронов медиальной части моторного вдра лицевого нерва контралатеральной стороны (рис. 8.5).
Проводящий путь ипсилатерального рефлекса состоит из 3-4 нейронов. При акустической стимуляции электрические импульсы от слухового рецептора через 1-й нейрон проводятся к вентральным улитковым ядрам (2-й нейрон). Большинство аксонов от вентральных улитковых ядер проходят через трапециевидное тело к медиальной части моторного ядра лицевого нерва (3-й нейрон), а далее - через лицевой нерв к ипсилатеральной стременной мышце. Дополнительно, некоторые нервные волокна проходят от вентрального улиткового ядра через трапециевидное тело к ипсилатеральной медиальной верхней оливе (3-й нейрон), а далее - к медиальной части моторного ядра лицевого нерва (4-й нейрон).
Проводящий путь рефлекса мышцы, натягивающей барабанную перепонку, состоит из трех нейронов. Активность этой мышцы в акустическом рефлексе контролируется через пути, включающие медиальную верхнюю оливу или вентральные ядра латеральной петли. Дополнительно к этим прямым связям имеются параллельные мультисинаптические проводящие пути (Borg, 1973), включающие связи в ретикулярной формации, или экстрапирамидные пути, такие как ретробульбарный тракт (Boig, 1973). В настоящее время влияние высших центров дискутируется в связи с изменениями электромиограмм после декортикации (Baust, Berlucchi, 1964) и децеребрации (Salomon, 1966).
Акустический рефлекс стременной мышцы является следствием активности верхне-оливарного комплекса (Djupesland, Zwislocki, 1971), в связи с чем сокращение мышцы отражает временную суммацию только в том случае, если она происходит на уровне верхней оливы или ниже нее. Вопросы, связанные с временной суммацией, получили отражение и в работах отечественных авторов (А.В.Бару и соавт., 1964; И.А.Великая, 1967; Т.А.Карасева, 1967; И.М.Белов, 1968; А.В.Бару, Т.А.Карасева, 1971; Н.А.Преображенский, С.И.Абрамовичус, 1972; Б.М.Сагалович, В.Н.Цуканова, 1973, 1974; Г.А.Таварткиладзе, 1977; 1979; С.Н.Хечинаш-вили, Г.А.Таварткиладзе, А.Б.Гальперсон, 1976).
Определение акустического рефлекса стременной мышцы основано на регистрации изменений акустического импеданса, вызванных сокращением стременной мышцы (рис.8.6). Необходимым условием для успешного выполнения акустической рефлексометрии является достаточный уровень стимулирующего звука.
По данным разных авторов, порог акустического рефлекса для тональных сигналов составляет 80-90 дБ ПЧ (Б.С.Мороз, 1977; Л.Н.Бутенко и соавт., 1980; Б.М.Сагалович, В.Н.Цуканова, 19806; Deutsch, 1972; Peterson, Liden, 1972; Moller, 1974; Terkfldsen et al., 1970; Bielska, Gierek,
А кустическая импедаисометрия
193
1982). Отмечена тенденция к повышению порогов рефлекса с увеличением частоты стимуляции (Deutsch, 1972). Пороги акустического рефлекса стременной мышцы при шумовой стимуляции на 15-20 дБ ниже, чем при тональной (Б.С.Мороз, 1977; Г.А.Таварткиладзе, 1979; Moller, 1962; Мс Robert et al., 1968; Djupesland, Zwislocki, 1971; Flottorp et al., 1971; Deutsch, 1972; Peterson, Liden, 1972; Djupesland et al., 1973; Niemeyer, Sesterhen, 1974; Letien, Bess, 1975). Ha 5-15 дБ ниже и пороги акустического рефлекса при ипсилатеральной стимуляции (по сравнению с контралатеральной) (Moller, 1962а; Borg, Zakrisson, 1974). Еще ниже пороги рефлекса при бинауральной стимуляции (Moller, 1962).
:?$. 500Hz TONE SENS .ЗОч! 22№z 00C8E
49 те за зе хзе на из
IPS IKHz TONE SENS: .Mui 226Hz РЙС0Е
«8 ?8 38 96 08 110 1.9
- -~u. . -
IPSI 2XNz ТОНЕ SENS'.Mui 226HZ P9O0E dS **0 38 90 100 lie 115
------------у
:к: «юг тоне sens .seui 22«« ряже da ?9 во w tee no, ns
Рис. 8.6. Акустический рефлекс стременной мышцы
Количественное изучение изменений акустического импеданса показало, что сокращение стременной мышцы снижает передачу звуков через среднее ухо преимущественно на низких частотах. При частоте 500 Гц и интенсивности +20 дБ над порогом ипсилатерального акустического рефлекса стременной мышцы интенсивность аттенюируется на 12-15 дБ; при частоте 1450 Гц и интенсивности +15 дБ над порогом - на 0-6 дБ (Borg, 1968). На более высоких частотах (2-3 кГц) аттенюация практически не отмечается. Аттенюация на низких частотах увеличивается пропорционально интенсивности звукового стимула. При небольших интенсивностях это может быть объяснено повышением жесткости звукопроводящей системы среднего уха, а при высоких интенсивностях (+20-25 дБ над порогом ипсилатерального акустического рефлекса) за повышение аттенюации, очевидно, должен быть ответственен некоторый
194
Руководство по аудио югии
дополнительный фактор. Одной из причин могут быть эффекты движений стремени и напряжения кольцевой связки. Активность контралатерального акустического рефлекса стременной мышцы обратно пропорциональна аттенюации, вызываемой ипсилатеральным акустическим рефлексом. Borg (1968) отмечает наличие трех критериев оценки статической аттенюации стременного рефлекса в норме: 1) порог ипсилатеральной активности акустического рефлекса стременной мышцы; 2) истинная резонансная частота среднего уха; 3) взаимоотношение между ипси- и контралатеральным максимальным изменением акустического импеданса.
Порог акустического рефлекса стременной мышцы определяется как интенсивность (в децибелах по отношению к порогу слышимости), при которой начинает регистрироваться ответ. В соответствии с этим определением величина порога рефлекса зависит от чувствительности прибора, используемого для регистрации вызванных изменений импеданса. На величину порога оказывают влияние и параметры зондирующего тона. Величина эффекта зависит от 1) интенсивности зондирующего тона, 2) интенсивности стимула, 3) разницы в частоте между стимулом и зондирующим тоном и 4) использования ипси- или контралатеральной стимуляции.
В норме порог акустического рефлекса составляет 80-90 дБ над индивидуальным порогом слуховой чувствительности (дБ ПЧ). При сенсоневральной тугоухости, сопровождающейся ФУНГом, пороги рефлекса значительно снижаются, достигая 35-60 дБ ПЧ, а в ряде случаев -даже 10-15 дБ ПЧ.
Порог акустического рефлекса зависит также от возраста испытуемого, а именно, снижается с возрастом.
У лиц с нормальным слухом пороги акустического рефлекса на широкополосный шум ниже порогов на чистые тоны на 1 -10 дБ. У больных с сенсоневральной тугоухостью разница в порогах на широкополосный шум и чистые тоны меньше и зависит от степени тугоухости. Исходя из этого, определение разницы между порогами акустического рефлекса стременной мышцы при стимуляции чистыми тонами (500, 1000, 2000 Гц) и широкополосным шумом может рассматриваться как один из методов диагностики сенсоневральной тугоухости. Этот метод известен как тест дифференциальной суммации громкости (Jerger et al., 1974) и может быть объяснен более выраженной пространственной суммацией при широкополосной стимуляции. При сенсоневральном поражении разница между порогами акустического рефлекса на тоны и широкополосный шум резко уменьшена (Г.А.Таварткиладзе, 1979; Jerger et al., 1974; Niemeyer, Sesterhen, 1974). Предложено множество формул определения порогов слышимости по порогам акустического рефлекса, обеспечивающих с той или иной степенью точности информацию о среднем пороге слышимости на частотах 500, 1000 и 2000 Гц (в ряде формул - 500, 1000, 2000 и 4000 Гц).
А кустическая импедансометрия
195
Особого внимания заслуживают работы, в которых проводились попытки использовать регистрацию акустического рефлекса стременной мышцы при подборе слуховых аппаратов. Приоритет в этом направлении принадлежит McCandless и Miller (1972), которые отметили наличие связи между порогами дискомфорта и порогами акустического рефлекса стременной мышцы у лиц с нормальным слухом и больных с тугоухостью. Особое значение эти данные приобретают при выборе параметров усиления при протезировании детей и больных, у которых конвенциальные аудиометрические методики являются неэффективными.
Таким образом, акустическая импедансометрия позволяет провести дифференциальную диагностику патологии среднего уха (экссудативного среднего отита, отосклероза, адгезивного среднего отита, разрыва цепи слуховых косточек), а также получить представление о функции VII и VIII пар черепномозговых нервов и стволомозговых слуховых проводящих путей.
8.3. ИССЛЕДОВАНИЕ ВЕНТИЛЯЦИОННОЙ ФУНКЦИИ СЛУХОВОЙ ТРУБЫ.
Вентиляционная функция слуховой трубы может исследоваться при помощи манометрии, сонометрии или тимпанометрии. При тимпанометрии исследуются 1) остаточное давление в среднем ухе, 2) повышение-снижение давления, 3) опыт Тойнби, 4) опыт Вальсальва. При проведении всех тестов пациент, во избежание позиционных изменений, должен находиться в сидячем положении.
Нормально функционирующая слуховая труба обеспечивает компенсацию отрицательного давления, возникающего в барабанной полости за счет поглощения воздуха слизистой оболочкой. Эта функция слуховой трубы является, пожалуй, одной из основных. Для исследования этой функции при наличии у больного перфорации барабанной перепонки или тимпаностомической трубки в барабанной полости создается отрицательное давление. Выравнивание созданного отрицательного давления может быть достигнуто за счет активных глотательных движений. Учитывая то, что внезапное возникновение отрицательного давления в барабанной полости не является физиологичным, может возникнуть смыкание трубы, что делает выравнивание давления невозможным.
Следующим методическим приемом является создание положительного давления в барабанной полости, которое также может выравниваться при активных глотательных движениях. Однако в этом случае не происходит смыкания трубы.
Исследование функции при перфорированной барабанной перепонке. При наличии перфорации барабанной перепонки или при наличии
196
Руководство по аудиологии
тимпаностомической трубки может использоваться тест повышения-снижения давления при использовании насоса и манометра акустического импедансометра. Тест повышения давления может быть сравнен со взлетом самолета, когда происходит пассивное открытие слуховой трубы. Давление, остающееся в среднем ухе после пассивного открытия трубы и ее закрытия, называется давлением закрытия. Дальнейшее выравнивание давления достигается при повторных активных глотательных движениях, сопровождающихся сокращением мышцы, натягивающей мягкое небо. При этом происходит открывание трубы и прохождение воздуха в носоглотку.
Давление, сохраняющееся в среднем ухе после пассивного и активного открытия трубы, называется остаточным (резидуальным) давлением.
Снижение давления может быть сравнено с изменениями, происходящими при снижении самолета. Снижение давления в барабанной полости выравнивается за счет активных глотательных движений. Давление, оставшееся в результате, называется резидуальным отрицательным давлением.
При нормальной функции слуховой трубы исследуемый может полностью выравнить остаточное положительное давление, возникшее в результате пассивного открытия и закрытия трубы вследствие повышения давления т> слуховом прохода Аналогично происходит выравнивание отрицательного давления за счет повторных глотательных движений.
У больного после перенесенного экссудативного среднего отита повышение давления в наружном слуховом проходе сопровождается пассивным открытием и закрытием трубы, однако, активные глотательные движения не выравнивают остаточного давления в барабанной полости. Не выравнивается и отрицательное давление.
Особое значение при исследовании функции слуховой трубы играет скорость, с которой создается положительное и отрицательное давление. Чем быстрее изменяется давление, тем выше давление, необходимое для открытия трубы. В фазе снижения давления повышение скорости сопровождается смыканием трубы.
Следует помнить, что среднее давление, необходимое для открытия трубы у лиц с травматической перфорацией барабанной перепонки без отологических заболеваний, соответствует 330 мм водн. ст., однако у многих это давление превышает 400 мм водн. ст., что находится за пределами возможностей насоса акустического импедансометра. Кроме того, величина эта зависит от скорости, с которой меняется давление.
Диагноз полной механической обструкции слуховой трубы не может быть установлен, если невозможно повысить свыше 400 мм водн. ст. Обычно данный диагноз устанавливается, если открытия трубы не происходит при повышении давления свыше 1000 мм водн. ст. (данные
Акустическая импедансометрия
197
значения не представляют опасности для структур среднего и внутреннего уха, если изменение давления происходит медленно).
При выравнивании давления промежуток между глотательными движениями должен быть порядка 20 с для исключения натяжения глоточной мускулатуры.
При перфорации барабанной перепонки либо не удается провести тимпанометрию, либо регистрируется чрезмерно большой объем наружного слухового прохода. Дополнительным указанием на перфорацию является внезапное сбрасывание давления (давление открытия трубы) при создании давления в слуховом проходе в 200 мм водн. ст. Если открытия трубы не происходит, то давление повышается до 400 мм водн. ст. При этих значениях, как правило, в большинстве случаев слуховая труба открывается. Приведенные сведения имеют определенное практическое значение для диагностики микроперфораций барабанной перепонки и функционирования тимпаностомических трубок.
Зияющая слуховая труба
Слуховая труба считается зияющей, если при адекватной установке зонда импедансометра создать положительное и отрицательное давление в наружном слуховом проходе не удается. Данный диагноз ставится и при низком давлении открывания трубы (как положительном, так и отрицательном).
Клиническое применение акустической импедансометрии представлено подробно в главе "Аудиологическая семиотика различных форм тугоухости.
13 Заказ № К-4286
198
Руководство по аудиологии
РЕКОМЕНДУЕМАЯ ЛИТЕРАТУРА.
1. Альтман Я.А. Локализация движущегося источника звука.- Л."Наука", 1983.
2. Таварткиладзе Г.А., Гвелесиани Т.Г. Клиническая аудиология.-М., 2003.
3. Хечинашвили С.Н. Вопросы аудиологии. - Тбилиси: Мецниереба, 1978.
4. Beagley Н.А. Audiology and Audiological Medicine/Ed.-Oxford University Press, 1981.-V. 1.
5. Bess F.H., Humes L.E. Fudiology: The Fundamentals/Ed. - 2nd Edition.-Williams&Wilkins, 1995.
6. Jerger J.F., Northern J.L.Clinical Impedance Audiometry/ Ed. 2nd ed. Thieme, Stuttgart, 1980.
7. Katz J. Handbook of Clinical Audiology// 5th Edition.-Lippincott Williams & Wilkins, 2001.
8. Lehnhardt E., Laszig R. Praxis der Audiometrie// Ed., 8 Auflage.-Tieme, 2001.
9. Zelnick E. Hearing Instrument Selection and Evaluation/ Ed. - National Institute for Haring Instruments Studies, 1987.
Слуховые вызванные потенциалы
199
РАЗДЕЛ 2.
ОБЪЕКТИВНЫЕ МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ
СЛУХА.
ГЛАВА 9.
СЛУХОВЫЕ ВЫЗВАННЫЕ ПОТЕНЦИАЛЫ.
Регистрация слуховых вызванных потенциалов.
Электрическая активность мозга, лежащая в основе генерации вызванных потенциалов, очень мала по амплитуде и измеряется в микровольтах. Исходя из этого, для выделения потенциалов необходимы две следующие операции: 1) усиление сигнала, в результате которого амплитуда последнего обычно увеличивается в 100000 раз; 2) усреднение сигнала, задачей которого является выделение электрической активности, вызванной акустической стимуляцией, из шума, обусловленного фоновой энцефалографической активностью, мышечной активностью, электрическими наводками.
Рис. 9.1. Блок-схема аппаратуры, используемой при регистрации СВП.
На рис. 9.1 представлена блок-схема аппаратуры, обычно используемой при регистрации слуховых вызванных потенциалов, а также перечислены факторы, влияющие на параметры регистрируемых потенциалов.
Следует отметить, что на результаты регистрации СВП оказывают влияние многие факторы. К ним относятся: субъективные (непатологические) факторы, связанные с исследуемым ( возраст, пол, температура тела, бодрствование или сон, медикаментозный фон, мышечная активность); факторы, связанные со стимуляцией (частота, длительность, интенсивность, скорость предъявления, полярность, тип используемого преобразователя, маскировка, вид предъявления); факторы, связанные с процессом регистрации (тип и монтаж электродов, усиление, параметры
13*
200
Руководство по аудиологии
фильтрации, время анализа, усреднение сигнала); субъективные патологические факторы (кондуктивная тугоухость, улитковая тугоухость, патология слухового нерва, патология ствола мозга, центральные слуховые нарушения)
Классификация.
Слуховые вызванные потенциалы в зависимости от локализации генераторов и от времени возникновения (см. гл. 5) подразделяются на различные классы: коротколатентные СВП, к которым относятся потенциалы улитки и слухового нерва (регистрируемые при электрокох-леаграфии) и потенциалы структур ствола мозга (стволомозговые СВП), среднелатентные СВП и длиннолатентные СВП (рис. 9.2).
< КСВП->*----ССВП---> <----ДСВП----------
Рис. 9.2. Различные классы СВП
Электрокохлеография (ЭКоГ)
При электрокохлеографии регистрируется электрическая активность улитки и слухового нерва, возникающая в интервале 1-10 мс после предъявления стимула. Активность эта составляется 1) из пресинаптической рецепторной активности, к которой относятся микрофонный потенциал (МП) и суммационный потенциал (СП), генерируемые волосковыми клетками, и 2) из постсинаптической нервной активности, представленной потенциалом действия слухового нерва (ПД), генерируемым периферической частью слухового нерва.
Коротколатентные СВП
При регистрации коротколатентных СВП, регистрируется вызванная электрическая активность слухового нерва и структур ствола мозга, возникающая во временном окне 1-15 мс. Коротколатентный СВП является комплексным ответом, отражающим активность слухового нерва, улитковых ядер, ядер верхнеоливарного комплекса, боковой петли и нижнего бугорка.
Слуховые вызванные потенциалы
201
Среднелатентные СВП
Среднелатентные СВП возникают во временном окне 10-50 мс и отражают как нервную, так и мышечную активность. К возможным генераторам относят медиальное коленчатое тело и первичную слуховую кору.
Длиннолатентные СВП
Длиннолатентные СВП регистрируются во временном окне от 50 до 400 мс и преимущественно являются результатом активации первичной и вторичной слуховой коры.
9.1. ЭЛЕКТРОКОХЛЕОГРАФИЯ.
Расположение электродов. При электрокохлеографии используется как транстимпанальное, так и экстратимпанальное расположение электродов. При транстимпанальной регистрации используется игольчатый электрод, который, устанавливаемый на промонториальной стенке. При экстратимпанальной электрокохлеографии используются электроды различных конструкций, отличающиеся по форме и материалам, которые фиксируются на барабанной перепонке или коже наружного слухового прохода.
При использовании обоих видов отведений производится дифференциальная регистрация электрической активности, а именно, регистрация активности, отводимой от транс- или экстратимпанального электрода относительно электрода, устанавливаемого на мочке или на сосцевидном отростке. Либо, если регистрация производится при изменении монтажа электродов, то регистрируются инвертированные потенциалы (см. рис. 9.3А и Б)
Следует иметь в виду, что при экстратимпанальном отведении амплитуда потенциалов существенно меньше, чем при транстимпанальном (рис. 9.3).
При транстимпанальном отведении игольчатый электрод через барабанную перепонку подводится к промонториальной стенке и фиксируется на ней. При внутриоперационном мониторировании шариковый электрод устанавливается в нише круглого окна. При данном виде отведения обеспечивается оптимальное соотношение сигнал/шум и регистрация потенциалов большей амплитуды (по сравнению с экстратимпанальным отведением). Однако методика транстимпанальной электрокохлеографии является инвазивной и предусматривает использование местных анестетиков или общей анестезии.
При экстратимпанальной электрокохлеографии используются электроды различных конструкций, отличающиеся по форме и материалам,
202
Руководство по аудиологии
которые фиксируются на барабанной перепонке или коже наружного слухового прохода. К преимуществам экстратимпанального отведения относятся его неинвазивность, безболезненность, а также возможность проведения регистрации в условиях обычного звукозаглушенного помещения. Использование электродов современных конструкций позволяет легко располагать их на барабанной перепонке.
Промонторий
Слуховой проход
Рис. 9.3. ПД, зарегистрированные при транс- (А) и экстратимпанальном (Б) отведениях (инвертированные потенциалы); В - ПД и СП, зарегистрированные при транстимпанальном и экстратимпанальных (слуховой проход, барабанная перепонка) отведениях.
Оборудование, условия и методика проведения экстратимпанальной электрокохлеографии.
Для проведения электрокохлеографии необходимы биологический усилитель, клинический усреднитель (например, выполненный на базе персонального компьютера) и генератор акустических сигналов.
Оптимальным электродом для отведения потенциалов улитки от барабанной перепонки является электрод, конец которого имеет коллоидное покрытие, обеспечивающее надежный контакт с поверхностью барабанной перепонки и приемлемое электрическое сопротивление (до 10 кОм) при минимальных неприятных ощущениях пациента. Хранение электрода в физиологическом растворе позволяет многократно его использовать. Для обеспечения надежного контакта электрода с барабанной перепонкой рекомендуется проводить исследование пациента
Слуховые вызванные потенциалы
203
лежа на боку кверху исследуемым ухом. Предварительно проводится отоскопия с туалетом наружного слухового прохода и орошение барабанной перепонки физиологическим раствором. Электрод вводится под контролем зрения с помощью отоскопа или операционного микроскопа, что позволяет существенно улучшить соотношение сигнал/шум и снизить вариабельности ответов при экстратимпанальном отведении. Больного предупреждают о появлении характерного ощущения от контакта электрода с барабанной перепонкой и просят сообщить о возникновении такового. Местное обезболивание применять не рекомендуется, так как это увеличивает риск возможного повреждения барабанной перепонки. Исследователь фиксирует руку с электродом так, чтобы исключить его дальнейшие перемещения. Непосредственно после этого в наружный слуховой проход вводится внутриушной телефон со сменным поролоновым вкладышем, мягко и надежно фиксирующим электрод. Применение внутриушных телефонов вместо наушников является непременным условием проведения исследования. Экстратимпанальный электрод подключается к положительному входу усилителя.
В качестве отрицательного электрода, располагающегося на вертексе или в области контралатерального сосцевидного отростка, и заземляющего электрода, располагающегося в области 7-го шейного позвонка, используются обычные посеребренные чашечные электроды (серебро/хлорид серебра). Электроды заполняются электропроводной пастой и после предварительной обработки кожи спиртом и абразивной пастой фиксируются в соответствующей области.
Для стандартизации исследования рекомендуется создание типовых протоколов исследования щелчками и тональными посылками.
Акустическая стимуляция
В качестве стимулов рекомендуется использовать короткие широкополосные акустические щелчки (обычно длительностью в 100 мкс) или тональные посылки различных частот. Для регистрации ПД, когда требуется высокая синхронность ответов нескольких тысяч волокон слухового нерва, оптимальным стимулом является широкополосный акустический щелчок. Используются щелчки с начальной фазой сгущения или разрежения, а также щелчки переменной полярности. В связи с тем, что МП повторяет форму и фазу стимула, сложение ответов на щелчки различной полярности приводит к исключению МП и выделению СП.
На рис. 9.4 приведены ЭКоГ, зарегистрированные при стимуляции тональными посылками при транс- и экстратимпанальном отведениях.
Использование тональных посылок способствует повышению частотной специфичности ответа, что важно при заболеваниях, сопровождающихся прогрессирующим снижением слуха, таких как
204
Руководство по аудиологии
болезнь Меньера, при которых на начальных стадиях слух снижен не на всех частотах. Используются тональные посылки с частотами заполнения в 1, 2,4 и 8 кГц, длительность которых зависит от частоты заполнения (время нарастания и спада - 2 цикла, плато -3-4 цикла).
Рис. 9.4. ЭКоГ, зарегистрированная при стимуляции тональными посылками частотой 2000 Гц; А - транстимпанальное отведение; Б -экстратимпанальное отведение.
Ценная информация может быть получена при использовании длинных тональных посылок (до 10 мс вне зависимости от частоты заполнения). При этом ПД возникает лишь в моменты времени, соответствующие началу и концу стимула, а между ними регистрируется "чистый" СП (рис. 9.5).
Рис. 9.5. Комплекс ПД-СП, зарегистрированный при стимуляции длинными тональными сылками.
Учитывая выраженную вариабельность ответов, регистрируемых при экстратимпанальном отведении, для определения соотношения амплитуд СП/ПД рекомендуется определять абсолютные амплитуды СП и ПД, а не рассчитывать их от изолинии.
Слуховые вызванные потенциалы
205
Интервал между стимулами. Как правило, в клинической практике используется интервал между стимулами в 100 мс, что соответствует скорости предъявления стимулов 10/с. Укорочение межстимульного интервала сопровождается уменьшением амплитуды ПД.
Полоса пропускания усилителя (фильтры). Рекомендуется использовать нижнюю границу полосы от 5 до 30 Гц, а верхнюю границу - от 3 до 10 кГц.
Окно анализа. Как правило, применяется окно анализа в 10 мс. При использовании в качестве стимулов длинных тональных посылок (см. выше) окно анализа должно составлять около 20 мс.
Количество усреднений. При транстимпанальной электрокохлеографии используют от 200 до 1000 усреднений, в то время как при экстратимпанальной - 2000-3000 усреднений.
Методы качественного и количественного анализа ЭКоГ
На рис. 9.6 представлена типичная запись ПД и СП с указанием амплитуд и ЛП потенциалов.
Время (мс)
Рис. 9.6. Типичная запись ПД и СП.
Для количественной оценки полученных результатов целесообразно унифицировать методику измерения параметров потенциалов улитки и слухового нерва. При определении ЛП необходимо делать поправку на время прохождения стимула по трубке внутриушного телефона (при стандартной длине трубки в 25 см поправка составляет 0,9 мс).
При определении амплитуды пиков в качестве изолинии рекомендуется использовать кривую, полученную при фильтрации оцениваемой кривой в полосе 0-1 Гц, с последующим наложением исходной и фильтрованной кривых в автоматическом режиме. При этом амплитуда измеряется между изолинией и вершиной визуально определяемого пика (рис. 9.7).
14 Заказ X’К 42*6
206
Руководство по аудиологии
Рис. 9.7. Методика определения амплитуды ПД и СП с использованием отфильтрованной кривой в качестве изолинии (0-1 Гц), а также амплитуды СП при фильтрации в окне 0-300 Гц.
Существует описание другого способа оценки амплитуды СП при затруднении его визуализации. В этом случае получают третью кривую путем фильтрации реально зарегистрированной кривой в полосе 0-300 Гц, а затем производят автоматическое совмещение реальной и двух фильтрованных кривых (см. рис. 9.7). Глубина отрицательного зубца на дополнительной фильтрованной кривой определяется от изолинии. В литературе описан такой признак гидропса как уширение зубца. Преобразование более "широкого" (т. е. более продолжительного) зубца в процессе фильтрации будет давать более глубокий зубец на фильтрованной кривой и, следовательно, отражать характерные для гидропса изменения. Следует отметить, что способы оценки СП по визуальным критериям и с помощью низкочастотной фильтрации не являются взаимозаменяемыми.
В каждом конкретном случае своеобразие потенциалов улитки может быть обусловлено не только частотной характеристикой аудиограммы, но и давлением эндолимфы, а также выраженностью ФУНГа, что необходимо учитывать при интерпретации результатов электрокохлеографии.
Пресинаптические потенциалы.
К пресинаптическим потенциалам относятся микрофонный потенциал (МП) и суммационный потенциал (СП), генерируемые волосковыми клетками. Так как транс- и экстратимпанальные электроды располагаются вне улитки, регистрируемые потенциалы представляют собой суммарную активность всей улитки в ответ на акустическую стимуляцию. Оптимальным условием для регистрации МП и СП является использование в качестве стимулов тональных посылок длительностью, как минимум, в 5-10 мс.
Постсинаптический потенциал.
К постсинаптическому потенциалу, регистрируемому при электрокохлеографии, относится общий потенциал действия слухового нерва (ПД). Он представляет собой суммарную электрическую активность
Слуховые вызванные потенциалы
207
всех волокон слухового нерва, возникшую в ответ на акустическую стимуляцию. Оптимальным видом акустического стимула при регистрации ПД являются короткие стимулы, такие как акустические щелчки, короткие тональные импульсы и фильтрованные щелчки, обеспечивающие высокую степень синхронности разрядов различных волокон слухового нерва. Также как амплитуда МП и СП, амплитуда ПД при экстратимпанальной отведении значительно меньше.
Пороги визуальной детекции ПД приближаются к порогам слышимости испытуемого, что позволяет использовать электрокохлеографию для этих целей.
ПД состоит из двух пиков: N| и N2. Пик N! преобладает на высоких интенсивностях стимуляции, в то время как пик N2 - на низких (см. рис. 9.8). Повышение уровней интенсивности стимуляции сопровождается увеличением амплитуды потенциалов и укорочением латентного периода (ЛП). Графически динамика амплитуды и ЛП отображается в функциях входа/выхода. Кривая входа/выхода амплитуда/интенсивность состоит из двух частей: крутой (Н) и пологой (L), между которыми в области 80 дБ УЗД располагается "колено" кривой (рис. 9.8). Одним из объяснений может быть то, что на высоких интенсивностях ПД определяется в основном высоко синхронизированной активностью волокон, преимущественно исходящих от базальной части улитки, в то время как на низких уровнях интенсивности ПД формируется за счет активности волокон, исходящих от наиболее чувствительной области улитки человека, соответствующей 2 кГц.
9.2. КОРОТКОЛАТЕНТНЫЙ СВП.
Расположение электродов. Один из регистрирующих электродов (положительный) располагают обычно на вертексе или по средней линии лба на границе роста волос, второй (отрицательный) помещают на ипсилатеральный по отношению к звуковой стимуляции сосцевидный отросток или мочку уха, заземляющий электрод принято укреплять на контралатеральном по отношению к стимулу сосцевидном отростке или мочке уха.
Акустическая стимуляция. В качестве стимулов при регистрации коротколатентный СВП чаще всего используют короткие акустические щелчки переменной полярности, однако, не исключено также применение очень коротких тональных посылок или фильтрованных щелчков. При стандартной методике регистрации коротколатентного СВП частота предъявления стимулов составляет от 11 до 21/с.
Полоса пропускания усилителя (фильтры). Рекомендуется использовать нижнюю границу полосы от 100 до 300 Гц, а верхнюю границу - от 2 до 3 кГц.
208
Руководство по аудиологии
Рис. 9.8. Составной ПД слухового нерва (слева) и функции вход/выход амплитуды и Л П ПД (справа), зарегистрированного при стимуляции щелчками различной интенсивности.
Окно анализа. Рекомендуется использовать окно анализа в 10-15 мс. У новорожденных и детей первого года жизни целесообразно увеличение окна до 20 мс.
Количество усреднений. Как правило, используют 2000-4000 усреднений.
Структура коротколатентного СВП.
Коротколатентный СВП состоит из комплекса положительных пиков, обозначаемых в порядке их возникновения римскими цифрами (волны I-VII) (см. гл. 5). Считается, что источником I пика является собственно слуховой нерв, II - кохлеарное ядро, III - верхнеоливарный комплекс, IV-V - латеральная петля и нижние бугры четверохолмия, VI - VII - внутреннее коленчатое тело. Однако, как уже отмечалось в гл. 5, волны коротколатентного СВП являются алгебраической суммацией активности множества генераторов и имеют сублемнисковое происхождение.
На рис. 9.9 представлены типичные кривые КСВП, зарегистрированные при различных уровнях интенсивности широкополосной акустической стимуляции (акустический щелчок), а также кривые вход/выход волны V КСВП, которая является наиболее легко идентифицируемой и постоянной волной. Исследования на взрослых / показали, что она регистрируется вплоть до околопороговых интенсивностей звука. Другие компоненты коротколатентного СВП, как правило, возникают при подаче звуковых стимулов, существенно превышающих пороги звуковосприятия. В этой связи основным
Слуховые вызванные потенциалы
209
ориентиром порогов слуха при аудиометрическом исследовании по коротколатентному СВП является волна V. Ее амплитуда даже при оптимальных условиях звукового раздражения и регистрации редко превышает 0,5 мкВ. Амплитуда других компонентов потенциала, соответственно, значительно ниже.
Рис. 9.9. Типичные кривые КСВП, зарегистрированные при различных уровнях интенсивности широкополосной акустической стимуляции (слева), кривая вход/выход волны V КСВП (справа).
Коротколатентный СВП может быть успешно зарегистрирован уже в первые часы жизни ребенка. Существенным его преимуществом является также практически полная независимость от уровня бодрствования обследуемого. Поэтому обычно аудиометрическое исследование с использованием регистрации данного класса потенциалов проводят вскоре после кормления новорожденного, в условиях его естественного сна. У более старших детей (в возрасте 6-36 месяцев) коротколатеный СВП можно регистрировать как в бодрствующем состоянии (при условии достаточного физического покоя), так и при легком медикаментозном сне (димедрол внутримышечно, хлоралгидрат per rectum и т. п.).
К недостаткам объективной аудиометрии по данным регистрации коротколатентного СВП можно отнести невысокую частотную специфичность получаемой в результате информации. Кроме того, при использовании низкочастотных стимулов (например, 500 Гц) переменной
210
Руководство по аудиологии
полярности, у больных с дискантовой тугоухостью могут наблюдаться значительные искажения конфигурации потенциалов и уменьшение их амплитуды. Происходит это из-за различий временных характеристик ответов, возникающих при предъявлении стимулов с начальными фазами разрежения и сжатия. В таких случаях приходится пользоваться звуковыми стимулами с фиксированной полярностью, несмотря на то, что при высоких интенсивностях стимуляции начальная часть вызванного потенциала оказывается искаженной электрическим артефактом стимула.
9.3. СРВДНЕЛАТЕНТНЫЙ СВП.
Расположение электродов. Расположение регистрирующих электродов, в целом, такое же, как и при регистрации коротколатентного СВП, однако ряд исследователей предпочитают менять местами положительный и отрицательный электроды таким образом, чтобы на регистрируемой кривой отрицательные пики были направлены вверх.
Акустическая стимуляция. В качестве стимулов при регистрации ССВП можно пользоваться как широкополосными акустическими щелчками, так и тональными посылками длительностью около 6 мс. Полярность применяемого стимула не имеет существенного значения, поэтому во избежание электрических артефактов целесообразнее использовать стимулы переменной полярности. Частота предъявления стимулов при стандартной методике регистрации среднелатентного СВП составляет 9-11/с.
Полоса пропускания усилителя (фильтры). Отводимую активность усиливают при полосе пропускания усилителя от 10 до 100 Гц.
Окно анализа. Длительность усредняемых отрезков ЭЭГ составляет обычно 60-100 мс от начала стимула.
Количество усреднений. Достаточно четко идентифицируемый ответ можно зарегистрировать в результате накопления 1000 постстимульных отрезков ЭЭГ.
Структура среднелатентного СВП.
По времени возникновения среднелатентный СВП следует непосредственно за коротколатентным, занимая временной диапазон примерно от 10 до 50 мс с момента начала стимула. Он состоит из комплекса положительных и отрицательных пиков, наиболее постоянными из которых являются два отрицательных (Na и Nb) и один положительный (Ра) (см. рис. 9.10). Предполагают, что основным источником среднелатентного СВП является первичная слуховая кора, хотя нельзя исключить в их формировании участие подкорковых структур, в частности таламуса.
Пороги возникновения колебаний Na и Ра примерно одинаковы и близко соответствуют порогам звуковосприятия. Порог возникновения
Слуховые вызванные потенциалы
211
колебания Nb несколько выше. Соответственно, основными ориентирами при объективной аудиометрии должны быть пики Na и Ра. Межпиковые амплитуды среднелатентного СВП составляют 1-2 мкВ. Значения Л П пиков зависят от интенсивности и вида используемых стимулов и находятся, как правило, в пределах 20-30 мс (Na), 30-40 мс (Ра) и 40-50 мс (Nb).
Рис. 9.10. Среднелатентный СВП
Известно, что среднелатеный СВП может быть зарегистрирован в первые же часы после рождения. Правда, у новорожденных его порог может быть достаточно высок, по сравнению с взрослыми (около 30-40 дБ нПС). Однако уже к концу первого месяца жизни конфигурация и пороги среднелатеного СВП приближаются к таковым у взрослых. Так же, как и коротколатентный СВП, среднелатентный СВП практически не зависит от уровня бодрствования. Снижение его амплитуды может наблюдаться лишь при глубоком наркозе. Поэтому исследование слуха можно проводить как у бодрствующих детей, так и в состоянии естественного или медикаментозного сна.
Среднелатеный СВП обладает выраженной частотной специфичностью, что позволяет исследовать слуховые пороги в диапазоне от 500 до 4000 Гц с достаточной степенью достоверности. Более того, ЛП основных колебаний среднелатеного СВП позволяют использовать в качестве стимулов костнопроведенные звуковые сигналы. В результате исследователь получает возможность определить не только пороги слышимости, но и кохлеарный резерв, что особенно важно при наличии у ребенка смешанной или кондуктивной тугоухости.
212
Руководство по аудиологии
9.4. ДЛИННОЛАТЕНТНЫЙ СВП.
Расположение электродов. Расположение отводящих электродов при регистрации длиннолатентного СВП не отличается от такового при записи коротколатентного и среднелатентного СВП. Однако следует помнить, что максимальной амплитуды длиннолатентный СВП достигает над полушарием, контралатеральным по отношению к звуковой стимуляции. Расположение регистрирующих электродов, в целом, такое же, как и при регистрации коротколатентного СВП, однако ряд исследователей предпочитают менять местами положительный и отрицательный электроды таким образом, чтобы на регистрируемой кривой отрицательные пики были направлены вверх.
Акустическая стимуляция. Стимулами при регистрации длиннолатентного СВП служат достаточно длительные (50 мс и более) тональные посылки. Полярность их может быть произвольной. Длиннолатентный СВП обладает достаточно длительным периодом восстановления, поэтому желательно предъявлять стимулы один раз в 2 секунды и ни в коем случае не чаще одного раза в секунду.
Полоса пропускания усилителя (фильтры). Отводимую активность усиливают при полосе пропускания усилителя от 0,1 до 10 Гц.
Окно анализа. Длительность усредняемых отрезков ЭЭГ составляет обычно около 500 мс с момента начала стимула.
Количество усреднений. Для получения достоверно идентифицируемого ответа достаточно произвести 50-100 накоплений постстимульных реализаций.
Структура длиннолатентного СВП.
Так же, как и среднелатентный СВП, он состоит из комплекса положительных и отрицательных колебаний, обозначаемых, соответственно, латинскими буквами Р и N с цифровыми индексами, указывающими порядок их возникновения. Для объективной аудиометрии наибольший интерес представляют волны Pb N, и Р2 (см. рис. 9.11). Источником этих колебаний является слуховая кора.
В идеальных условиях эксперимента пороги визуальной детекции длиннолатентный СВП близки к психоакустическим порогам слышимости. Однако многие факторы могут ухудшить идентификацию ответа, о чем будут сказано ниже. Длиннолатентный СВП характеризуется наибольшей из всех слуховых вызванных потенциалов амплитудой. В зависимости от интенсивности и характера звуковой стимуляции межпиковые амплитуды составляют от 2 до 10 мкВ. ЛП пиков длиннолатеный СВП весьма вариабелен и зависит от возраста обследуемого и интенсивности стимуляции. Так, разброс значений ЛП пикаР] может составлять 50-250 мс,
Слуховые вызванные потенциалы
213
N, - 80-350 мс, Р2 - 160-450 мс. Иногда это значительно затрудняет идентификацию длиннолатентного СВП.
Рис. 9.11. Длиннолатентный СВП.
У новорожденных и детей первого года жизни зарегистрировать длиннолатентный СВП обычно не удается. Созревание потенциалов этого класса продолжается очень долго. Лишь к 12-13-летнему возрасту их конфигурация и ЛП становятся такими же, как у взрослых. Пороги возникновения и амплитудные характеристики длиннолатентного СВП в очень большой степени зависят от уровня бодрствования обследуемого. Значительное влияние на них оказывает также фактор внимания, т. е. прислушивается ли пациент к предъявляемым звуковым сигналам. Седативные препараты могут значительно снизить амплитуду коркового ответа, а наркоз, даже поверхностный, чаще всего приводит к полному их исчезновению. Все вышесказанное не может не накладывать значительные ограничения на использование длиннолатентного СВП в целях объективной аудиометрии у детей. Поэтому даже наибольшая среди всех классов слуховых вызванных потенциалов частотная специфичность не может компенсировать низкую достоверность значений порогов слышимости, получаемых при регистрации длиннолатентного СВП.
Подводя итог сказанному, необходимо подчеркнуть, что вопрос о выборе класса слуховых вызванных потенциалов для объективной аудиометрии должен решаться исследователем отдельно в каждом конкретном случае. При этом необходимо учитывать не только возраст и состояние обследуемого, но и тот объем информации, который необходим для решения данной клинической задачи.
214
Руководство по аудиологии
РЕКОМЕНДУЕМАЯ ЛИТЕРАТУРА.
1. Альтман Я.А., Вайтулевич С.Ф. Слуховые вызванные потенциалы человека и локализация источника звука. - С.Пб., "Наука", 1992
2. Таварткиладзе Г.А., Гвелесиани Т.Г. Клиническая аудиология. - М., 2003.
3. Хечинашвили С.Н. Вопросы аудиологии. - Тбилиси: Мецниереба, 1978.
4. Хечинашвили С.Н., Кеванишвили З.Ш. Слуховые вызванные потенциалы человека. - Тбилиси: Сабчота Сакартвело, 1985.
5. Beagley Н.А. Auditory Investigation: the Scientific and Technological Basis/ Ed.: H.A.Beagley.-Clarendon Press, Oxford, 1979.
6. Hall J.W.III. Handboor of Auditory Evoked Responses// Allin and Backon, 1992.
Отоакустическая эмиссия
215
ГЛАВА 10.
ОТОАКУСТИЧЕСКАЯ ЭМИССИЯ.
Отоакустическая эмиссия (ОАЭ) представляет собой акустический ответ, являющийся отражением нормального функционирования слухового рецептора. Впервые данный феномен был описан английским ученым Кемпом в 1978 г. (Kemp, 1978). Это чрезвычайно слабые звуковые колебания, генерируемые улиткой, которые могут быть зарегистрированы в наружном слуховом проходе при помощи высокочувствительного низкошумящего микрофона. Колебания эти являются результатом активных механических процессов, протекающих в органе Корти, а именно - в наружных волосковых клетках (НВК). Активные движения НВК, усиливающиеся за счет положительной обратной связи, передаются основной мембране, индуцируя обратно направленные бегущие волны, достигающие подножной пластинки стремени и приводящие в соответствующий колебательный процесс цепь слуховых косточек, барабанную перепонку и столб воздуха в наружном слуховом проходе.
В настоящее время, после открытия способности НВК к электрически вызванным высокочастотным сокращениям как в экспериментах на изолированных клетках, так и на фрагментах органа Корти, практически все исследователи предполагают, что именно активные сокращения НВК обусловливают функционирование электромеханической положительной обратной связи, что, в свою очередь, обеспечивает как высокую частотную селективность слуховой периферии, так и генерацию ОАЭ.
Различают спонтанную и вызванную ОАЭ.
Спонтанная ОАЭ может быть зарегистрирована в наружном слуховом проходе человека в отсутствие звуковой стимуляции и представляет собой низко-интенсивные тональные сигналы.
Вызванная ОАЭ регистрируется в ответ на звуковую стимуляцию и, в свою очередь, подразделяется на несколько подтипов:
- задержанную вызванную ОАЭ (ЗВОАЭ),
- ОАЭ на частоте продукта искажения {Distortion Product Otoacoustic Emission - DPOAE),
- ОАЭ на частоте стимуляции {Stimulus-Frequency Otoacoustic Emission).
Реально при регистрации вызванной ОАЭ измеряются не движения барабанной перепонки, а звуковое давление. Именно для этих целей обтурируется наружный слуховой проход, что способствует преобразованию смещений барабанной перепонки и вызванных ими смещений воздуха в звуковое давление. Кроме того, таким образом, исключаются эффекты внешнего шума.
216
Руководство по аудиологии
10.1. СПОНТАННАЯ ОАЭ.
Наличие спонтанной ОАЭ свидетельствует о том, что слуховая чувствительность не изменена, по крайней мере, на частотах близких к частоте, на которой регистрируется эмиссия (см. рис. 10.1). Существует мнение, что спонтанная эмиссия происходит от небольших структурных нерегулярностей в улитке (Kemp, 1986; Manley, 1993) таких, как, например, дополнительный четвертый ряд НВК (Lonsbury-Martin et al., 1988).
treijiencij Anelijsiu
ilOKHSHUREsystai US S8Ji
Patient- HcleEin S
Ear.
fcn*....8?rtl/lW
ЭМе 4 4Я Г>Й1< г
KX ♦ И V SUMI № 5
Sesjranse HI
St Jrt=£9. Zil
IWIST
а кН «45.38
Я.ЯИ1 « 1-3»^
in zw. t’ «rsXN EM
SqnrM-Tri’sctJ s*ontarK«is 0Ж
«18
ЗП№&>ЭДЛ<
- &1Ы
rntiunr Ц
•! ytSrrrPT ,тяи?:я.
КЛЕ1 SIHZTjE*
Рис. 10 1. Спонтанная ОАЭ.
Спонтаннная эмиссия характеризуется высокой стабильностью (по частоте и амплитуде) и подвержена воздействию гипоксии (Evans, Wilson, Borerwe, 1981), ототоксических препаратов (Long, Tubis,1988; McFadden, Plattsmier, 1984), шума (Norton, Mott, Champlin, 1989), снижения слуха (не регистрируется при повышении порогов свыше 25-30 дБ нПС) (Bright, Glattke, 1986; Probst et al., 1987; Bonfils, 1989; Moulin et al., 1991).
В большинстве случаев у взрослых спонтанная ОАЭ регистрируется в частотном диапазоне от 1000 до 2000 Гц, что, вероятно, отражает резонансные характеристики среднего уха. У детей и новорожденных спонтанная ОАЭ регистрируется в более высоком частотном диапазоне (3000-4000 Гц) (Strickland, Bums, Tubis, 1985; Bums, Arehart, Campbell, 1992; Kok, van Zanten, Brocaar, 1993). В работах многих исследователей продемонстрировано отсутствие корреляции между наличием спонтанной ОАЭ и субъективным ушным шумом (Zurek, 1981; Probst et al., 1982; Penner, Bums, 1987; Penner, 1990). В то же время, при наличии объективного тонального ушного шума спонтанная ОАЭ соотвествует ему по частоте (Wilson, Sutton, 1983; Mathis et al., 1991). Отличительной особенностью
Отоакустическая эмиссия
217
спонтанной ОАЭ является то, что при наличии сенсоневральной или кондуктивной тугоухости, сопровождающейся повышением порогов слышимости до 30 дБ и более, эмиссия перестает регистрироваться.
В настоящее время используются два типа регистрации спонтанной ОАЭ: 1) высокочувствительный миниатюрный микрофон располагается в наружном слуховом проходе, сигналы усиливаются и с целью подавления биологического шума фильтруются в окне 300-500 Гц, и далее подаются в спектральный анализатор или в компьютер с программным обеспечением для проведения быстрого преобразования Фурье; большое количество образцов накапливаются и усредняются с целью подавления шума; при наличии высокоамплитудной спонтанной ОАЭ нет необходимости в проведении усреднения; 2) данный метод подразумевает использование систем типа ILO88 и обеспечивает регистрацию, так называемой, синхронизированной спонтанной ОАЭ, которая при этом является осцилляцией, связанной по времени со стимулом. Усреднение спектра регистрируемой в наружном слуховом проходе энергии обеспечивает регистрацию узкополосных спектральных пиков, аналогичных регистрируемым при использовании первого метода.
Считается, что спонтанная ОАЭ регистрируется более, чем у 70% лиц с нормальным слухом (Penner, Zhang, 1997).
Достаточно интересным и необъяснимым фактом является то, что спонтанная ОАЭ у женщин регистрируется в 2 раза чаще, чем у мужчин (Bilger et al., 1990). При этом у женщин эмиссия чаще регистрируется в обоих ушах и носит множественный характер. Кроме того, спонтанная ОАЭ чаще регистрируется в правом ухе (Bilger et al., 1990; Penner et al., 1993). Половые различия в распространенности спонтанной ОАЭ пытаются связать с х-хромосомой.
С клинических позиций определенный интерес представляет соответствие частоты спонтанной ОАЭ минимальному порогу поведенческой аудиограммы, определяемой при изучении микроструктуры (шаг в 50 Гц) (Bright, 1985; Long, Tubis, 1988). Кроме того, следует отметить и взамодействие спонтанной ОАЭ с задержанной вызванной ОАЭ и ОАЭ на частоте продуктов искажений, результатом чего является увеличение спектральных пиков, соответствующих частоте спонтанной ОАЭ (Prieve, Falter, 1995; Wable, Collet, 1994, Tavartkiladze et al., 2002)
10.2. ЗАДЕРЖАННАЯ ВЫЗВАННАЯ ОАЭ.
В отличие от других типов вызванной ОАЭ ЗВОАЭ представляет собой акустический сигнал, излучаемый, главным образом, не во время, а после окончания стимула. Следовательно, для объяснения генерации ЗВОАЭ необходимо предполагать также и вероятное наличие процессов.
218
Руководство по аудиологии
запускаемых стимулом и длящихся в течение некоторого, достаточно продолжительного времени после его окончания (А.В. Круглов, В.И.Пасечник, Г.А.Таварткилазе, 1988).
Кроме того, все еще дискутируется вопрос о наличии связи между спектральными характеристиками стимула и частотной локализацией участков улитковой перегородки, генерирующих ЗВОАЭ. С одной стороны, частотные спектры ЗВОАЭ имеют достаточно сложную структуру (Probst et. al., 1986; Bonfils et al., 1988), не связанную с особенностями спектра стимула.
Более того, у подавляющего числа испытуемых спектральные компоненты ЗВОАЭ расположены только в определенном диапазоне частот: 0,5-4 кГц (Elberling et al., 1985; Probst et. al., 1986). Все это позволяет предположить, что ЗВОАЭ генерируется участками улитковой перегородки с определенными фиксированными частотами. С другой стороны, тональные посылки способны вызвать ЗВОАЭ, имеющую спектральный максимум на частоте, соответствующей частоте стимула (Probst et. al., 1986; Norton, Neely, 1987), что указывает на возможность генерации ЗВОАЭ, участками улитковой перегородки, соответствующими частоте стимула.
Response FFI
9 20
-.ЗРв-
4 ns
Response Uaueforn
Alt F-Menu Fl=Help
St inulus iiffliraii
.3Pe-
STIMULUS: BB GAIN
MXNQMIN СЩ-------------------
CH В GAIN OFF________________
IL088 DP+TEOAEs U5.60R® Patient:
Date’... 03/28/2000
TEST TINE ОМ 52SEC
Preset
Arts
+ 0.5nPa (Z8dB)
SAVE DIRECTORY C:\lLO\ECHODflTft
FILLEB=1157989
REVIEW DIRECTORY fi:\GR0UP7
SCREEN DATA SOURCE GR0UP7\32093O15
SIIMULUS82dBpk
START TO END bj STABILITY 98Z M
RESPONSE20.9i
WAVE REPRO 99ZM UJCTWRI SNRJI ™ 1.0 15 2-0 3-0 4.0 Kl
99 99 99 99 98Z
22 26 26 26 17 fl
MOISE input 33.0Й reject io at 45.31 EQUIVALENT P 3.7nlj
QUIET EH 260=3S otsyXN 17
АЙ МЕЖ 20.80
T-BD1EF -0.2Й
Рис. 10.2. Задержанная вызванная отоакустическая эмиссия (ЗВОАЭ), зарегистрированная при стимуляции щелчками; А- стимул; Б -ирформация о пациенте, программном обеспечении; В - форма ответа; Г -спектр ответа; Д - спектр стимула; Е (сверху вниз)- шум и режекция в дБ, количество усреднений, среднее суммы и разницы двух кривых, характеристики ответа, интенсивность стимула, длительность тестирования.
Stin«81.6w
Отоакустическая эмиссия
219
ЗВОАЭ представляет собой 2-3 (реже более) группы колебаний различной частоты, возникающих через 6-8 мс после начала стимула и продолжающихся в течение 20-30 мс (рис. 10.2). Как уже отмечалось, их амплитуда очень мала. Для регистрации ЗВОАЭ используют вводимый в наружный слуховой проход зонд, в корпусе которого размещены миниатюрные телефон и микрофон.
Стимулами служат широкополосные акустические щелчки длительностью 80-100 мкс, предъявляемые с частотой повторений 20-50/с и интенсивностью 80 дБ п.э. УЗД, что соответствует 45 дБ ПЧ (п.э. - пиковый эквивалент УЗД).
Допустимо и более частое повторение стимулов. Отводимый микрофоном ответный сигнал усиливается при полосе пропускания от 500 до 5000 Гц и направляется в компьютер через аналого-цифровой преобразователь. Обычно для получения четко идентифицируемого ответа необходимо усреднить 250-500 постстимульных отрезков длительностью по 20-30 мс каждый. Щелчки предъявляются в так называемом "нелинейном режиме" (рис. 10.3). При этом стимулы объединены в группы, состоящие из 4 щелчков каждая. Первые три щелчка в каждой группе имеют одинаковую полярность и равную интенсивность, тогда как 4-й щелчок обладает противоположной полярностью и превышает предыдущие стимулы по интенсивности в три раза.
_П Б _П В Г v
Рис. 10.3. Нелинейный тип стимуляции.
Таким образом, при сложении стимулов в каждой группе в результате будет получен ноль. В то же время различия, связанные с нелинейными процессами, будут сохранены. Это позволяет подавить линейные артефакты, источниками которых могут быть наружный слуховой проход и среднее ухо.
Однако слеует иметь в виду, что наряду с подавлением артефактов подавляется и информативные компонентны ЗВОАЭ линейного происхожения.
ЗВОАЭ может быть успешно зарегистрирована у детей на 3-4-й день после рождения. Учитывая уже упоминавшуюся высокую чувствительность ЗВОАЭ даже к незначительному нарушению функционального состояния органа слуха, можно прийти к выводу о прекрасной возможности использования ее регистрации в качестве метода проведения массовых обследований слуха у детей первых лет жизни. Следует иметь в виду, что у новорожденных амплитуда ЗВОАЭ более, чем на 10 дБ превышает
220
Руководство по аудиологии
амплитуду, определяемую у взрослых (Collet et al., 1988; Johnsen et al., 1988; Kemp, Ryan, Bray, 1993; Kemp, Ryan, 1993; Kok et al., 1994; Smurzynski et al., 1993; Smurzynski, 1994; Tavartkiadze et al., 1999; Thornton et al., 1994; van Zanten et al., 1995).
ЗВОАЭ, зарегистрированная в норме, отражает спектральные свойства использованного стимула. При наличии спонтанной ОАЭ регистрируется большая амплитуда задержанной эмиссии (Glattke, Robinette, 1997; Tavartkiladze et al., 2002).
Следует отметить, что у лиц с нормальным слухом (пороги слышимости менее 25 дБ нПС) амплитуда ЗВОАЭ снижается с возрастом. Кроме того, начиная с подросткового возраста, амплитуда эмиссии меньше у мужчин и при отведении от левого уха (Robinette, 1992; Stover, Norton, 1993; Glattke et al., 1994).
10.3. ОАЭ НА ЧАСТОТЕ ПРОДУКТОВ ИСКАЖЕНИЯ.
ОАЭ на частоте продуктов искажения является ответом интермодуляционного искажения, генерируемым ухом в ответ на одновременное предъявление двух тональных стимулов. Данный ответ рассматривается как "искаженный", так как он возникает на частоте, не присутствующей в стимуле. Условно, тон более низкой частоты обозначается как F,, его интенсивность - как Lb а тон более высокой частоты и его интенсивность -как F2 и L2, соответственно. Соотношение частот F2/Fj составляет, как правило, 1,2 (т.е. оба тона располагаются в пределах 1/3 октавы).
Ь
1,820 кГц
65 дБ УЗД ’2
2,196 кГц
55 дБ УЗД
2Мг
1,444 кГц
10 дБ УЗД
2f2-fi 2,572 кГц -16,3 дБ УЗД
УШ = -32 дБ УЗД
Рис 10.4. ОАЭ на частоте продукта искажения, зарегистрированная в виде частотного спектра в обтурированном слуховом проходе в ответ на стимуляцию двумя тонами: f] (1,820 кГц) и f2 (2,196 кГц) интенсивностью L1 =65 и 1-2=55 дБ УЗД; УШ - уровень шума.
Отоакустическая эмиссия
221
Наибольшее значение для получения информации о слуховой чувствительности имеет регистрация ОАЭ на частоте продукта искажения (2frf2).
Четко продемонстрировано, что ОАЭ на частоте продукта искажения является результатом процессов в улитке, прежде всего, связанных с нелинейностью в движениях НВК (Lonsbury-Martin, Martin, Whitehead, 1997).
В отличие от ЗВОАЭ, ОАЭ на частоте продукта искажения измеряется в присутствии стимулирующих тонов. Однако, ответы достаточно просто могут быть выделены при использовании узкополосной фильтрации (рис. 10.4).
Кроме ОАЭ на частоте 2f, -f2 регистрируются дополнительные продукты искажения на частотах 2f2-fj и 3f]-2f2.
Учитывая, что для регистрации низкоинтенсивной ОАЭ на частоте продуктов искажения в присутствии высокоинтенсивных стимулов необходим широкий динамический диапазон, обычно используются 16-битные АЦП.
Рис. 10.5. А - графическое отображение продуктов искажения ОАЭ, зарегистрированных на различных частотах (f2), заштрихованная область -значения шума; Б - функция вход/выход ОАЭ на частоте продуктов искажения.
222
Руководство по аудиологии
При регистрации данного класса ОАЭ на график (DP-Gram) наносится зависимость интенсивности ОАЭ от частоты стимуляции (F2). Одновременно на график наносятся значения шума на каждой частоте (рис. 10.5). Полученная информация реально отражает функциональное состояние НВК от основания до верхушки улитки, однако не является аудиограммой в привычном смысле этого слова.
Обычно в качестве референтной используется частота а2, хотя в некоторых приборах используется и геометрическая средняя [т.е. (f) xf2)°5]. Считается, что на низких интенсивностях (L]=55 дБ УЗД; L2=65 дБ УЗД) наиболее точно место генерации 2f2-f1 отражает f2, тогда как на высоких интенсивностях (L(=L2=75 дБ УЗД) - геометрическая средняя.
Дополнительная информация может быть получена при построении функции вход/выход (рис. 10.5), которая отражает уровень ОАЭ как функцию интенсивности тонов и способствует определению порога обнаружения (обычно, на 3-5 дБ над уровнем шума).
Не столь широко в клинической практике используется анализ ЛП, фазы, функции подавления, частотной настройки.
10.4. ОАЭ НА ЧАСТОТЕ СТИМУЛЯЦИИ.
При постоянной стимуляции низкоинтенсивным тоном улиткой генерируется дополнительная энергия на частоте, соответствующей частоте стимула (рис. 10.6). Данный вид ОАЭ получил название ОАЭ на частоте стимуляции (Kemp, Chum, 1980). Schloth (1982) и Zwicker, Schloth (1984) предложили термин "синхронно вызванная ОАЭ". Однако, учитывая то, что ОАЭ на частоте продукта искажения также вызывается синхронно, в литературе закрепился термин "ОАЭ на частоте стимуляции". Однако, учитывая,.что данный класс ОАЭ не нашел применения в клинической практике, свойства его не будут рассматриваться в данной главе.
Отоакустическая эмиссия 223
РЕКОМЕНДУЕМАЯ ЛИТЕРАТУРА.
1. Таварткиладзе Г.А., Гвелесиани Т.Г. Клиническая аудиология.-М., 2003.
2. Berlin Ch.I. Otoacoustic Emissios: Basic Science and Clinical Application/ Ed. - Singular Publishing Group, Inc., 1998.
3. Robinette M.S., Glattke Th.J. Otoacoustic Emissions: Clinical Applications/ Ed. 2nd edition.- Thieme, 2002.
4. Seminars in Hearing.-1992.-V.13(l).
224
Руководство по аудиологии
ГЛАВА 11.
АУДИОЛОГИЧЕСКАЯ СЕМИОТИКА РАЗЛИЧНЫХ ФОРМ ТУГОУХОСТИ.
При клиническом применении электрофизиологических методик, в частности, методик регистрации различных классов слуховых вызванных потенциалов, должно предусматриваться решение следующих основных задач 1) объективное определение порогов слышимости ("объективная" аудиометрия); 2) определение локализации поражения (топическая диагностика); 3) контроль за действием лекарственных препаратов и течением процесса; 4) физиологические исследования, направленные на изучение матурации и развития слуховой системы.
11.1. КОНДУКТИВНАЯ ТУГОУХОСТЬ.
Наряду с наличием костно-воздушного интервала и отмеченных выше показателей тональной надпороговой и речевой аудиометрии различные формы кондуктивной тугоухости характеризуются различными импедансометрическими признаками.
Отосклероз.
При отосклерозе, сопровождающемся фиксацией стремени, определяются тимпанограммы типа А и низкие значения статической податливости (0,2-0,4 мл). Фиксация стремени также сопровождается отсутствием акустического рефлекса на стороне поражения.
У больных с начальными стадиями отосклеротического процесса могут быть зарегистрированы, так называемые, "on-off' рефлексы, представляющие собой кратковременные сокращения мышечных волокон в начале и в конце акустической стимуляции (см. рис. 11.1).
Рис. 11.1. Регистрация on-off рефлекса при отосклерозе.
Аудиологическая семиотика различных форм тугоухости
225
Разрыв цепи слуховых косточек.
Ожидаемыми характеристиками разрыва цепи слуховых косточек считаются наличие тимпанограммы типа Е с высокими значениями податливости и отсутствие акустического рефлекса стременной мышцы. Однако следует помнить, что повышение значений статической податливости и амплитуды пика тимпанограммы могут иметь место при любых состояниях, сопровождающихся повышением мобильности барабанной перепонки.
Достаточно информативным является регистрация W-образной тимпанограммы при использовании высоких частот зондирующего тона (660 Гц и выше).
Как было отмечено, при разрыве цепи слуховых косточек не регистрируется акустический рефлекс. Исключение составляют случаи, когда разрыв локализуется дистальнее места прикрепления сухожилия стременной мышцы (например, перелом передней ножки стремени), и регистрируется контралатеральный рефлекс со стороны здорового уха (зонд расположен в больном ухе).
При нарушении вентиляционной функции слуховой трубы регистрируются тимпанограммы типа С.
Экссудативный средний отит.
В зависимости от стадии процесса меняется и конфигурация тимпанограммы. Стойкое нарушение функции слуховой трубы (тип С тимпанограммы) ведет к образованию экссудата и переходу типа С тимпанограммы в тип В с соответствующим уменьшением значений статической податливости. Как правило, акустические рефлексы стременной мышцы перестают регистрироваться уже на ранних стадиях процесса. Однако, при наличии типа С тимпанограммы рефлексы можно зарегистрировать, если удается уровнять давление в наружном слуховом проходе с давлением в барабанной полости.
При кондуктивной тугоухости не регистрируются контралатеральные рефлексы со стороны здорового уха и расположении зонда импедансометра в ухе с кондуктивным поражением. В то же время при расположении зонда в здоровом ухе и стимуляции уха с кондуктивным поражением регистрируются контралатеральные рефлексы с больного уха.
На рис. 11.2 приведен пример "вертикального" акустического рефлекса, характерного для периферического поражения. Не регистрируются ипсилатеральный рефлекс слева и контралатеральный с правого уха. В данном случае можно говорить либо о незначительном кондуктивном поражении слева, либо о поражении эфферентной части дуги рефлекса, т.е. повреждении лицевого нерва.
Характерным для "чистых" форм кондуктивного поражения является удлинение ЛП общего ПД слухового нерва, регистрируемого при
226
Руководство по аудиологии
электрокохлеографии, а также ЛП всех компонентов коротколатентного СВП. Межпиковые интервалы при этом не изменяются.
норма патология отсутствует |
перекрестный
неперекрестный
Рис. И.2. Вертикальный тип рефлекса, определяемый при невыраженной кондуктивной тугоухости (слева).
Кривые входа/выхода ПД и волн коротколатентного СВП аналогичны определяемым в норме и при использовании воздушнопроведенных звуков характеризуются смещением по шкале интенсивностей на величину, соответствующую степени кондуктивной тугоухости (рис. 11.3). Ценная дополнительная информация может быть получена при использовании костнопроведенных звуков.
1.0 •
О I I I - - - 1 L 1 . .1 1 О 20 40 80 100
Интенсивность дБ нПС
Рис. 11.3. Функция ЛП/интенсивность ПД, зарегистрированного у больного с кондуктивной тугоухостью.
А у диалогическая семиотика различных форм тугоухости
227
При всех формах и степенях кондуктивной тугоухости не регистрируется ни один из типов отоакустической эмиссии.
Необходимость повышения эффективности дифференциальной диагностики, в частности, при ретрокохлеарной патологии и при оценке слуховой функции у детей с врожденными аномалиями развития наружного и среднего уха, определяют целесообразность изучения динамики параметров слуховых вызванных потенциалов при кондуктивной тугоухости. Это обусловлено тем, что, как правило, при интерпретации параметров КСВП у больных с ретрокохлеарной патологией наблюдения с наличием костно-воздушного интервала исключаются из анализа. И, действительно, наличие даже незначительного кондуктивного снижения слуха (в отличие от сенсорного компонента) значительно удлиняет ЛП ПД слухового нерва и компонентов КСВП (в частности, ЛП волн Р[ и Pv). В клинической практике в этих случаях в качестве диагностического критерия используют не разницу Л П волны Pv КСВП, зарегистрированных с обеих сторон, а межушное различие в межпиковых интервалах волн Р] и Pv. Это, в свою очередь, предъявляет требования к четкой регистрации волны PI, нередко отсутствующей в патологических записях. Для оптимизации ее регистрации рекомендуется использование внутриушного электрода или проведение экстратимпанальной ЭКоГ.
Другим способом является регистрация КСВП при стимуляции костнопроведенными звуками. Однако интерпретация результатов регистрации при данном виде стимуляции весьма затруднена из-за сочетанного эффекта резонанса и вибрации костей черепа при стимуляции высокочастотными щелчками, хотя использование сигналов более низких частот и фильтрованных щелчков частично снимает ряд возникающих при костной стимуляции вопросов.
Наиболее перспективным для компенсации дополнительной задержки, обусловленной кондуктивным компонентом, считается определение костно-воздушного интервала. Однако основным условием для использования этого подхода следует считать определение значимости информации, полученной при психофизических исследованиях, и возможности ее использования с целью коррекции значений ЛП.
При регистрации КСВП и построении функций ЛП/интенсивность и амплитуда/интенсивность у больных с кондуктивной тугоухостью определяются сдвиг функции в сторону более высоких интенсивностей (соответствующий степени кондуктивного снижения слуха), а также четкая связь между удлинением ЛП волны Pv со стороны больного уха и интенсивностью стимуляции (в дБ нПС) (на высоких уровнях интенсивности стимуляции удлинение ЛП менее выражено).
Ценная дополнительная информация может быть получена при использовании номограмм коррекции значений ЛП волны PV КСВП,
228
Руководство по аудиологии
которые рассчитаны на основании нормальных функций ЛП/интенсив-ность (рис. 11.4) (Таварткиладзе Г.А. 1987). Для этого на тональной пороговой аудиограмме определяется костно-воздушный интервал на частоте 3 кГц, а далее по номограмме определяется величина коррекции ЛП на соответствующем уровне интенсивности стимуляции. Так, если костновоздушный интервал на частоте 3 кГц аудиограмме составил 40 дБ, то при интенсивности стимуляции 80 дБ удлинение Л П будет соответствовать 0,75 мс, а при интенсивности 40 дБ - 1,5 мс. Существенным ограничением для широкого использования представленной номограммы является то, что в основу ее положена предпосылка, заключающаяся в том, что между костновоздушным интервалом на частоте ЗкГц и значениями, рассчитанными по сдвигу функции ЛП/интенсивность КСВП, существует идеальная связь. Тем не менее, при "чистом" кондуктивном поражении использование номограммы приобретает диагностическое значение и позволяет вносить коррекцию в значения ЛП без необходимости построения функции ЛП/интенсивность, что весьма существенно. Кроме того, в детской практике, и особенно у детей с экссудативным средним отитом, подтвержденным при помощи тимпанометрии, использование номограммы обеспечивает определение степени кондуктивного снижения слуха.
Рис. 11.4. Номограмма коррекции значений волны PV КСВП у больных с "чистым" кондуктивным поражением
При смешанной форме тугоухости рекомендуется построение функции ЛП/интенсивность с последующим сдвигом ее на величину костновоздушного интервала, определенного на частоте 3 кГц.
Аудиологическая семиотика различных форм тугоухости
229
11.2. СЕНСОНЕВРАЛЬНАЯ ТУГОУХОСТЬ.
При патологии улитки (сенсоневральной тугоухости) определяется различная конфигурация аудиограмм: восходящая, плоская, нисходящая. Костно-воздушный интервал отсутствует. Данный вид патологии, как правило, характеризуется наличием ФУНГа, что при тональной надпороговой аудиометрии (при условии повышения порога слышимости на исследуемой частоте не менее 40 дБ) выражается в снижении значений ДП до 0,4 дБ, увеличении ИМПИ до 100%, положительном ответе при определении бинаурального баланса громкости, сужении динамического диапазона (при повышении порогов слышимости значения порогов дискомфорта соответствуют определяемым в норме).
Речевые тесты также указывают на сужение динамического диапазона. У больных с сенсоневральной тугоухостью никогда не достигается 100%-ная разборчивость речи, в отличие от кондуктивной тугоухости.
При чистых формах сенсоневральной тугоухости регистрируются тимпанограммы типа А. Разница же между порогами акустического рефлекса и порогами слышимости уменьшается, что также свидетельствует о наличии ФУНГа (положительный опыт Metz).
На рис. 11.5 представлен пример "диагонального" акустического рефлекса, характерный для повреждения афферентной части дуги акустического рефлекса, что имеет место либо при выраженной левосторонней сенсоневральной тугоухости, либо при левосторонней ретрокохлеарной патологии. Не регистрируются ипсилатеральный и контралатеральный рефлексы с левого уха.
В настоящее время электрофизиологической диагностике сенсоневральной тугоухости уделяется все большее внимание в аудиологической практике. Однако, несмотря на это, все еще отсутствуют единые электрофизиологические критерии дифференциальной и топической диагностики различных форм тугоухости, требуют уточнения некоторые положения, касающиеся интерпретации результатов, полученных при регистрации различных классов СВП.
Сенсоневральная тугоухость обычно подразделяется на улитковую и ретрокохлеарную. В свою очередь, улитковая тугоухость может быть подразделена на тугоухость сенсорного и нервного происхождения (Таварткиладзе Г.А., Гвелесиани Т.Г., 1995; Eggermont, 1983). Однако с целью исключения терминологических противоречий в дальнейшем периферическая тугоухость будет описываться как сенсоневральная (или улитковая), тугоухость же, обусловленная объемными процессами в слуховом нерве и стволе мозга, - как ретрокохлеарная.
При электрофизиологической диагностике сенсоневральной тугоухости прежде всего необходимо исключить наличие кондуктивного компонента тугоухости.
230
Руководство по аудиологии
перекрестный
нелерекрес^ный
Рис. 11.5. Диагональный тип рефлекса, определяемый при выраженной сенсоневральной тугоухости или ретрокохлеарном поражении слева.
Основная сложность при интерпретации данных электрофизиологических исследований, а также определении чувствительности или специфичности той или иной методики заключается в том, что значения ряда параметров, в частности, амплитуды, регистрируемых при ЭКоГ потенциалов, перекрывают друг друга у больных с различной патологией. Прежде всего, это касается абсолютных значений амплитуды СП, что снижает клиническую значимость этого параметра.
Сенсоневральная тугоухость, не сопровождающаяся гидропсом лабиринта.
При сенсоневральной тугоухости, не сопровождающейся гидропсом, имеет место некоторое удлинение ЛП ПД и уменьшение его амплитуды. Наклон кривой входа/выхода "амплитуда/интенсивность" более выражен. Величина же соотношения амплитуд СП/ПД не отличается от нормы, что обусловлено соответствующим снижением и амплитуды СП. Амплитуда МП при этом также снижается.
При сенсоневральной тугоухости обычно достаточно четко регистрируются КСВП, хотя волна I нередко отсутствует. Данный класс потенциалов не зависит от низкочастотного снижения слуха и регистрируется даже при сохранении слуховой чувствительности в диапазоне частот 2000-4000 Гц. Кроме того, при использовании высоких интенсивностей стимуляции у больных с тугоухостью в частотной полосе 1000-4000 Гц амплитуда и ЛП потенциала не отличаются от нормы, что обусловлено исключением "улитковой задержки". На низких уровнях интенсивности стимуляции имеет место удлинение ЛП, сопровождающееся увеличением крутизны наклона функции ЛП/интенсивность (рис. 11.6). Данное удлинение имеет место у больных с нисходящей формой аудиометрической кривой и коррелирует со степенью высокочастотной
Аудиологическая семиотика различных форм тугоухости
231
тугоухости. Волна V КСВП начинает идентифицироваться при интенсивности, соответствующей порогам слышимости на частотах 1000-4000 Гц. Определение же ее на меньших уровнях может быть объяснено содействием генерации потенциала апикальных отделов улитки, что сопровождается удлинением ЛП.
Рис. 11.6. Функция ЛП/интенсивность волны Ру КСВП.
У больных с сенсоневральной тугоухостью может иметь место тенденция к укорочению времени центрального проведения (интервала V-I) с повышением порогов слышимости свыше 50 дБ. В основе этого лежит разнонаправленность динамики волн PI и PV при повышении порогов слышимости, что подтверждается и удлинением ЛП пика Nj при ЭКоГ.
Следует подчеркнуть, что связь между параметрами КСВП и снижением слуха достаточно сложна и определяется рядом признаков: степенью тугоухости и профилем аудиометрической кривой, возрастом и полом пациента, параметрами акустической стимуляции и акустическими характеристиками телефонов.
Эндолимфатический гидропс.
Особое место в патологии улитки занимает болезнь Меньера, в основе которой лежит эндолимфатический гидропс. На начальных стадиях болезнь проявляется снижением слуха, характеризующимся преимущественно низкочастотной тугоухостью (восходящим типом аудиограммы). При дальнейшем прогрессировании процесса аудиограмма приобретает плоскую конфигурацию.
Принципиальное значение при электрокохлеографии приобретает использование тональных посылок с минимальным временем нарастания
232
Руководство по аудиологии
(1-2 цикла) и достаточно длительным плато (до 10 мс). Данный парадигм стимуляции обеспечивает четкую регистрацию ПД и СП и, что самое существенное, их разделение (см. рис. 11.7).
Тональная посылка 1000 Гц
Низкочастотная фильтрация (0-300 Гц) для выделения СП
Рис. 11.7. Регистрация СП при стимуляции тональными посылками: R - тональная посылка с начальной фазой разрежения; С -с начальной фазой сгущения; А - переменной полярности.
Патогномоничным для болезни Меньера является увеличение амплитуды СП и величины соотношения амплитуд СП/ПД. Величина этого соотношения у больных болезнью Меньера соответствует 0,51 (0,29-0,89). В норме у больных с сенсоневральной тугоухостью другой этиологии оно равно 0,25 (0,10-0,63).
Электрокохлеографические критерии наличия гидропса лабиринта.
Для определения наличия гидропса лабиринта и степени его выраженности рекомендуется использовать следующий комплекс признаков:
1. Наличие четко определяемой негативной волны (СП), предшествующей ПД, при исследовании щелчками различной интенсивности. Характерным для гидропса лабиринта является возрастание амплитуды СП по мере увеличения интенсивности с соответствующим увеличением соотношения амплитуд СП/ПД.
2. Повышение соотношения амплитуд СП и ПД до критического значения (0,35) при визуальной идентификации СП и выделении его методом низкочастотной фильтрации (Цыганкова Е.Р., 1999). Учитывая то, что по мере увеличения интенсивности стимуляции амплитуды СП и ПД возрастают неодинаково (увеличение амплитуды СП связано не только с формой аудиометрической кривой, но и с наличием эндолимфатического
Аудиологическая семиотика различных форм тугоухости
233
гидропса), что сказывается на величине соотношения их амплитуд, рекомендуется оценку производить на интенсивности, соответствующей порогу рефлекса стременной мышцы.
3. Наличие высокоамплитудного разнонаправленного МП при стимуляции щелчками разной полярности, выраженность которого прогрессивно возрастает с увеличением интенсивности стимула. Для сокращения времени исследования можно оценивать этот и последующий признак только на одной интенсивности (например, на интенсивности порога акустического рефлекса).
4. Сдвиг ЛП ПД при стимуляции щелчками сгущения и разрежения более, чем на 0,2 мс.
5. Формирование за счет увеличения СП характерной формы кривой со смещением сегмента от изолинии при исследовании длинными тональными посылками (на частотах 1, 2, 4 кГц). Как правило, смещенный сегмент имеет отрицательную полярность, однако возможно и позитивное смещение его на отдельных частотах.
Рис. 11.8. Соотношение амплитуд СП и ПД при сенсоневральной и ретрокохлеарной тугоухости и болезни Меньера. Сплошными линиями показан нормальный предел распределения.
На рис. 11.8 продемонстрировано распределение больных болезнью Меньера, с сенсоневральной тугоухостью и ретрокохлеарным поражением в виде скатгеграммы зависимости амплитуд СП и ПД. Из рисунка следует, что лишь у больных болезнью Меньера имеет место отклонение от нормальных пределов, в то время как у больных с сенсоневральной тугоухостью и ретрокохлеарным поражением эти значения не отклоняются от нормы.
Наиболее существенным для диагностики является подтверждение наличия или отсутствия влияния формы аудиометрической кривой на рост амплитуды СП. На рис. 11.9А представлены данные ЭКоГ и аудиометрии,
234
Руководство по аудиологии
определенные у больных с сенсоневральной тугоухостью с наличием гидропса и без него, а на рис. 11.9Б - скаттеграмма, построенная на основании определенных амплитудных значений. Приведенные на рис. 11.9Б данные позволяют исключить наличие зависимости роста амплитуды СП от формы аудиометрической кривой.
Рис. 11.9. А - данные ЭКоГ и тональной аудиометрии, определенные у больных с болезнью Меньера (1) и сенсоневральной тугоухостью (2); Б - зависимость амплитуд ПД и СП, определенных у больных, представленных на рис.11.10А. Сплошными линиями показан нормальный предел распределения.
При регистрации КСВП как и у больных с тугоухостью без гидропса следует учитывать как степень снижения слуха, так и профиль аудиометрической кривой. У больных с гидропсом лабиринта имеет место та же динамика амплитудно-временных параметров КСВП, что и у больных без гидропса, хотя и имеют место некоторые морфологические изменения, выражающиеся в уширении и раздроблении волны Pv.
Вне зависимости от степени снижения слуха имеет место удлинение ЛП волны Pj. При пересчете интенсивности относительно порогов слышимости имеет место укорочение ЛП и увеличение амплитуды компонентов КСВП на пороговых уровнях интенсивности стимуляции, а также увеличение крутизны наклона функций ЛП/интенсивность и амплитуда/интенсивность, по сравнению, как с нормой, так и с параметрами КСВП, зарегистрированными от здорового уха. При этом сглаживается и излом кривой амплитуда/интенсивность.
Аудиологическая семиотика различных форм тугоухости
235
Следует отметить, что наибольшую информативность для дифференциальной диагностики гидропса лабиринта (в том числе и болезни Меньера) имеет ЭКоГ.
11.3. РЕТРОКОХЛЕАРНАЯ ПАТОЛОГИЯ.
В практической работе аудиологу чаще всего приходится сталкиваться с невриномой VIII нерва, поэтому целесообразно остановиться именно на этой патологии.
Для невриномы характерно нарушение слуха на стороне поражения сенсоневрального типа. Степень тугоухости зависит от стадии заболевания (от первой степени до глухоты). Профиль аудиометрической кривой может быть разным, но наиболее характерны горизонтальные или же слегка восходящие типы аудиограмм. Костно-воздушный интервал отсутствует. Наиболее типично для тугоухости ретрокохлеарного происхождения отсутствие ФУНГа (см. надпороговую аудиометрию). В ряде случаев определяется положительный симптом Н.С.Благовещенской - отсутствие латерализации звука частотой 125-250 Гц при расположении камертона или костного вибратора аудиометра по средней линии черепа. Снижаются также показатели разборчивости речи при предъявлении речевого материала в пораженное ухо.
1000Hz leads +225 ---------------------
A ul
-225
leeeHz leads
+ 150^ -------------------------------
Б ul ! _ _____12s
-150 J
Рис. 11.10. Акустический рефлекс стременной мышцы: А -норма; Б -патологический распад акустического рефлекса.
Как и при сенсоневральной тугоухости кохлеарной природы регистрируется тимпанограмма типа А. В типичных случаях, абсолютные пороги акустического рефлекса повышены в соответствии со степенью тугоухости, что также свидетельствует об отсутствии ФУНГа. Наиболее характерным симптомом является наличие ускоренного распада акустического рефлекса при предъявлении стимула со стороны поражения. Распад рефлекса проявляется в снижении его амплитуды при
236
Руководство по аудиологии
продолжительной тональной стимуляции. Обычно применяют тон частотой 1 кГц, длительностью 10 с при уровне, на 10 дБ превышающем порог акустического рефлекса на данной частоте. На ускоренный распад рефлекса указывает снижение его амплитуды более, чем на 50% (см. рис. 11.10). Использование более высокочастотных стимулов нецелесообразно, т. к. при этом ускоренный распад акустического рефлекса может наступить и в случаях тугоухости кохлеарного происхождения. При вовлечении в патологический процесс лицевого нерва наблюдается выпадение акустического рефлекса на стороне поражения.
Рис. 11.11. А - горизонтальный тип акустического рефлекса; Б - интра-аксиальная опухоль ствола мозга (нарушение перекрестного проводящего пути дуги рефлекса).
Принципиальное диагностическое значение приобретает регистрация ипси- и контралатеральных рефлексов. На рис. 11.11 представлен горизонтальный тип акустического рефлекса, характерный для патологии ствола мозга на уровне перекреста проводящих путей: регистрируются ипсилатеральные рефлексы с обеих сторон и отсутствуют контралатеральные рефлексы при стимуляции правого и левого уха.
Характерным для ретрокохлеарной патологии является повышение порогов акустического рефлекса относительно нормальных порогов слышимости (дБ нПС), хотя по отношению к порогам слышимости, определяемым у больного, величина эта не меняется (см. табл. 11.1).
Таблица 11.1.
патология Аудиометрический порог (нПС) Порог рефлекса (нПС) Порог рефлекса (ПЧ)
Норма 0 85 85
Сенсоневральная 30 85 55
Ретрокохлсарная 30 115 85
Аудиологическая семиотика различных форм тугоухости
237
Одним из основных условий в диагностике невриномы слухового нерва (НСН), определяющих прогноз лечения, является ее ранее выявление, возможности которого значительно расширились после внедрения в клиническую практику объективных методов исследования слуха.
Основными ЭКоГ-критериями наличия НСН принято считать, расширение ПД слухового нерва, регистрацию четкого МП и определение ПД на уровнях стимуляции ниже порогов слышимости. Однако, как было отмечено выше, расширение ПД имеет место и при болезни Меньера. Дополнительная информация может быть получена при построении функций ЛП/интенсивность и амплитуда/интенсивность ПД, свидетельствующих об удлинении ЛП и уменьшении амплитуды.
Интенсивность, дБ нПС Интенсивность, дБ нПС
Рис. 11.12. Суммарный ПД слухового нерва (А), аудиограммы (Б), функции/интенсивность (В) и амплитуда/интенсивность (Г), определенные у трех больных с невриномой слухового нерва.
16 З.ж.иЛьк 42Ц6
238
Руководство по аудиологии
На рис. 11.12 представлены ПД слухового нерва, функции амплитуда/интенсивность и ЛП/интенсивность, а также аудиограммы 3 больных с верифицированной невриномой слухового нерва, у одного из которых зарегистрированы типичные расширенные ПД, у 2-го -нормальная форма ПД на высоких интенсивностях и измененная - на низких, у 3-го - нормальная форма ПД на всех интенсивностях стимуляции.
Функция амплитуда/интенсивность у 1-го больного не отличается от нормы, у 2-го отмечено увеличение амплитуды ПД до уровня стимуляции 60 дБ нПС, но нормальные значения на высоких интенсивностях, у 3-го выявлено незначительное повышение порогов и небольшое увеличение крутизны наклона функции. И, если в 1-м случае имеет место невыраженное высокочастотное снижение слуха, во 2-м - плоская конфигурация аудиограммы в зоне речевых частот, то в 3-м -незначительное снижение слуха на низких и средних частотах с резким повышением порогов в зоне высоких частот. Функции ЛП/интенсивность во всех наблюдениях отличалась от нормы в области интенсивностей стимуляции ниже 65 дБ, однако данный признак имеет место и у больных болезнью Меньера. Однако, сочетанное использование отдельных параметров, в частности, ширины ПД, амплитуды СП и крутизны наклона функций входа/выхода значительно повышает их диагностическую значимость. Так, например, расширение ПД характерно как для наличия НСН так и для болезни Меньера. Однако в последнем случае всегда имеют место нормальные значения амплитуды СП, либо их увеличение, в то время как при НСН амплитуда СП резко снижена. Основным признаком высокочастотной сенсоневральной тугоухости является подавление СП, сопровождающееся увеличением крутизны наклона кривых входа/выхода, в то время как при НСН имеют место более пологий наклон кривых и регистрируются СП (хотя и со сниженными амплитудами).
Имеющиеся на сегодняшний день данные свидетельствуют о том, что достоверное определение НСН, как минимум по трем признакам ЭКоГ, возможно лишь в 25-35%, что, естественно, исключает использование ЭКоГ в качестве единственного метода диагностики при данной патологии.
Из электрофизиологических признаков ретрокохлеарной патологии наибольшее внимание следует уделять удлинению интервала между пиками I и V КСВП, который в норме составляет около 4 мс. Критическим значением указанного интервала с точки зрения наличия ретрокохлеарной патологии принято считать 4,6 мс. Следует иметь в виду, что нередко при ретрокохлеарной патологии как на стороне поражения, так и на стороне здорового уха определяются межпиковые интервалы, равно как и ЛП волны PV, значения которых лежат в диапазоне нормальной вариабельности, что значительно снижает информативность этого признака и приводит к повышению ложноотрицательных результатов. .
Аудиологическая семиотика различных форм тугоухости
239
В этих случаях методом выбора является сравнение интервалов между пиками I и V при стимуляции здорового и пораженного уха (рис. 11.13).
При отсутствии волны PI КСВП (что нередко имеет место у больных с НСН) у больных с односторонней НСН и выраженной двусторонней тугоухостью величина межушного различия в ЛП волны Ру (IT5) может лежать в пределах нормы (до 0,3 мс). Единственный действенный выход в данном случае - оптимизация волны Pf за счет использования внутриушного электрода или проведения экстратимпанальной ЭКоГ. В норме и при патологии улитки межушное различие в межпиковых интервалах I-V (равно как и в ЛП волны Pv) не должно превышать 0,3 мс.
Рис. 11.13. КСВП, зарегистрированные у 3 больных (А, Б, В) с верифицированными невриномами слухового нерва: 1 - здоровое ухо; 2 -больное ухо.
При сравнении коротколатентных СВП, зарегистрированных при стимуляции здорового и пораженного уха рекомендуется использовать высокие уровни интенсивности стимуляции (желательно два), что исключает влияние улитковой задержки и, тем самым, необходимость пересчета интенсивностей относительно порогов слышимости. Кроме того, улучшение дифференциации волн КСВП может быть достигнуто при использовании широкополосных щелчков с начальной фазой разрежения и снижении скорости предъявления стимулов до 3-5/с. В некоторых случаях может наблюдаться выпадение поздних (начиная с III) волн КСВП. Опухоль большого размера может привести к полному выпадению слуха со стороны поражения. При этом нередко удлинение межпиковых интервалов КСВП можно обнаружить при стимуляции противоположного уха, что обусловлено, по-видимому, смещением структур стола мозга.
Вызванная отоакустическая эмиссия на стороне поражения, как правило, не регистрируется, хотя известны случаи сохранения эмиссии при отсутствии или патологических изменениях КСВП.
240
Руководство по аудиологии
11.4. АУДИТОРНЫЕ НЕЙРОПАТИИ.
К аудиторным нейропатиям относят функциональные нарушения или патологические изменения в периферическом отделе слухового анализатора (в функциональном комплексе, сформированном ВВК, нейронами спирального ганглия и синапсами 1-го порядка между ВВК и улитковым нервом). При этом в качестве патофизиологической модели рассматриваются нарушения временной суммации разрядов первичных афферентов.
Данная патология характеризуется:
- отсутствием или выраженным нарушением структуры КСВП, начиная с волны PI;
- регистрируется ОАЭ и МП;
- отсутствует способность к высвобождению от маскировки;
- отсутствует супрессия ОАЭ при контралатеральной маскировке;
- не регистрируются акустические рефлексы стременной мышцы.
К основным этиологическим факторам, лежащим в основе развития аудиторных нейропатий относятся генетическая и митохондриальная патология; вес при рождении <1500 г; неонатальная гипербилирубинемия (>350 мкМоль/л); врожденные пороки развития; асфиксия при родах, а также прочие причины.
Основным субстратом при данной патологии является повреждение внутренних волосковых клеток, патология синапсов или процессы демиелинизации в волокнах слухового нерва.
Патология ВВК (аналогичная карбоплатиновой интоксикации у экспериментальных животных) или их синапсов с нервными волокнами выражается в отсутствии КСВП.
Процессы демиелинизации в афферентных волокнах 1-го типа сопровождаются подавлением генерации и распространения ПД в пределах волокна, что, в свою очередь, ведет к резкому снижению амплитуды КСВП и удлинению Л П.
Митохондриальная патология сопровождается снижением продукции АТФ, что ведет к энергетическому дефициту и, как следствие, к снижению синхронности разрядов волокон за счет медленного восстановления отдельных нейронов после генерации ПД и, соответственно, к резкому снижению амплитуды КСВП и удлинению ЛП ЛП.
Во всех случаях регистрируются ОАЭ и МП, свидетельствующие о сохранности НВК!
На рис. 11.14 представлены результаты аудиометрического обследования, регистрации КСВП и ОАЭ у больного с аудиторной нейропатией. У больного определена односторонняя глухота, отсутствуют КСВП с больной стороны, однако четко регистрируется ЗВОАЭ.
А у диалогическая семиотика различных форм тугоухости
241
Частота (Гц)
Рис. 11.14. Результаты аудиометрического исследования (А), а также регистрации КСВП (Б) и ОАЭ (В) у больного с аудиторной нейропатией. У больного определена односторонняя глухота, отсутствуют КСВП с больной стороны, однако четко регистрируется ЗВОАЭ.
Дополнительным методом, способствующим уточнению топики поражения, является промонториальное тестирование. При наличии нормальных электрически вызванных КСВП исключается возможность нарушения процессов миелинизации. Процесс может быть локализован на уровне ВВК и синапсов.
Во всех случаях, кроме процессов демиелинизации, методом выбора является кохлеарная имплантация.
Однако следует иметь в виду, что у детей первого года жизни с прелингвальной глухотой вне зависимости от причин, вызвавших аудиторную нейропатию, показано слухопротезирование.
242
Руководство по аудиологии
РЕКОМЕНДУЕМАЯ ЛИТЕРАТУРА.
1. Таварткиладзе Г.А., Гвелесиани Т.Г. Клиническая аудиология.-М., 1996.
2. Хечинашвили С.Н. Вопросы аудиологии. - Тбилиси: Мепниереба, 1978.
3. Berlin Ch.I. Otoacoustic Emissios: Basic Science and Clinical Application/ Ed. - Singular Publishing Group, Inc., 1998.
4. Bess F.H., Humes L.E. Audiology: The Fundamentals/ 2nd edition. - Williams*Wilkins, 1995.
5. Katz J. Handbook of Clinical Audiology/ 5th Edition.-Lippincott Williams & Wilkins, 2001.
6. Lehnhardt E., Laszig R. Praxis der Audiometrie/ Ed.: E.Lehnherdt, R.Laszig, 8. Auflage. - Thieme, 2000.
7. Robinette M.S., Glattke Th.J. Otoacoustic Emissions: Clinical Applications/ Ed. 2nd edition.- Thieme, 2002.
Аудио.югический скрининг путем регистрации ЗВОАЭ и КСВП
243
ГЛАВА 12.
АУДИОЛОГИЧЕСКИЙ СКРИНИНГ ПУТЕМ РЕГИСТРАЦИИ ЗАДЕРЖАННОЙ ВЫЗВАННОЙ ОТОАКУСТИЧЕСКОЙ ЭМИССИИ И
КОРОТКОЛАТЕНТНЫХ СВП.
ЗВОАЭ может быть зарегистрирована у детей уже на 3-4-й день после рождения. Учитывая упоминавшуюся высокую чувствительность ЗВОАЭ даже к незначительному нарушению функционального состояния органа слуха, можно прийти к выводу о прекрасной возможности использования ее регистрации в качестве метода проведения массовых обследований слуха у детей первых лет жизни.
При скрининге новорожденных рекомендуется пользоваться стимуляцией широкополосными акустическими щелчками, имеющими плоскую спектральную характеристику в диапазоне от 500 Гц до 5-6 кГц, что обеспечивает достаточный охват зоны речевых частот. При этом срез низких частот в области 500 Гц снижает эффект миогенных влияний и окружающего шума, а срез высоких частот в области 6 кГц обеспечивает контроль инструментального шума. Используется временное окно от 2,56 до 20 мс, что позволяет исключить из записи большую часть артефакта стимула.
Щелчки предъявляются в так называемом "нелинейном режиме". При этом стимулы объединены в группы, состоящие из 4 щелчков каждая. Первые 3 щелчка в каждой группе имеют одинаковую полярность и равную интенсивность, тогда как 4-й щелчок обладает противоположной полярностью и превосходит предыдущие стимулы по интенсивности в три раза (см. гл. 10). Это позволяет подавить линейные артефакты, источниками которых могут быть наружный слуховой проход и среднее ухо. Врач оценивает результаты исследования на основании как визуальной идентификации ответа в конечной кривой, так и анализа достоверности наличия эмиссии в различных частотных диапазонах, автоматически производимого системой.
Обычно исследование одного уха с помощью указанной методики занимает от 1 до 10 минут, в зависимости от поведения ребенка.
Запись эмиссии не требует значительной звукоизоляции помещения.
При наличии широкополосной эмиссии с пиковым звуковым давлением свыше 10 дБ в ответ на акустическую стимуляцию интенсивностью около 80 дБ УЗД можно с высокой степенью вероятности констатировать нормальные пороги слышимости у данного исследуемого.
244
Руководство по аудиологии
После завершения скрининга результаты записываются на диск и при необходимости распечатываются. Аудиолог анализирует их в соответствии со следующими критериями:
1. Прошел тест: Амплитуда ответа или спектра ЗВОАЭ должны превышать уровень шума, как минимум, на 3 дБ. При этом спектр ответа должен охватывать не менее половины ширины каждой из следующих частотных полос - 1-2, 2-3 и 3-4 кГц (рис. 12.1).
Рис. 12.1. ЗВОАЭ у ребенка, прошедшего тест.
Stimulus
.ЗРа
;L0380«!taaMic5 «13.92 Patient:
Car. .right Case: Hatt.... 18/16/1992
-.3Pa-
Z0| Response ГП
S’IX"’• ? U ( № IhleHL MPID 9. В
fespanse Uavefor»
ISEukl 35.21
T UFM?»3i
________
iet EH S2<az>
1SYXH3&6
SRTR 4. Si
BIFF 6.5fi
pESFOKSEC ВД
* 8.5нРа
(28®
|!«т Tire и га-д
QuickScreen
12ms
KRECItR*
' f ajlwk
f FR_£E= 3/lS3 SiWEW DISECTOTf
ssxsfT sira
STSBIUTV-i- О
Рис. 12.2. ЗВОАЭ у ребенка, частично прошедшего тест.
: дави ev FEwacr & h 4 bh
ДО 96 89 78 72 X
2. Частично прошел тест: Данное решение принимается тогда, когда лишь в одной или двух из вышеуказанных частотных полос отмечается адекватный ответ (рис. 12.2). И, хотя реальное значение отсутствия ответа в отдельных частотных полосах у новорожденного остается неясным, не
Аудиологический скрининг путем регистрации ЗВОАЭ и КСВП
245
исключено, что в ряде случаев этому могут способствовать обтурация наружного слухового прохода послеродовыми массами или наличие в нем жидкости. Тем не менее, отнесение таких детей к группе непрошедших, а не к группе прошедших тест, более целесообразно, так как у новорожденных, как правило, регистрируется высокоамплитудная эмиссия во всех частотных полосах.
SthuilttS
I ,3Pa<
ilLSSaOtodsnjnRs ЖЗЛ2' iЯвёдагаГТП lN8lJiuw.31.4d
Fatlent: ;|чкегт unn 48. tt
Ear. Jef t Case: st® i? lai
|аи™1в/14А592 ij CJ
I -.ЗР».
a..; ♦ ; ?:etsl
ЕЫе? STIMIMS SB О№% ИХ BMsHL RSF1D -3.0
кщмаакё Utairfore Й Stini05.6d
15ИЕТЙ112?«s» ’«ttsndl 157
чи. ни -0.3E 1.3i
ЕЕ$ЖЕ< H4 (НЗШЕЧК ИИВД10Я It i J 4( Kk 88 08 08 33 807.
SHieUJSS&Hfck
5 ф-в tiff
j
'' й.5иГг Ч2МВ)
||ТВТЖ И (№£
ItuickSoreen
«RESTS»
FILLED
ЙЙЙЕЯГ Sfilb
Г
MESW 8 dR
Рис. 12.3. ЗВОАЭ у ребенка, не прошедшего тест.
3. Не прошел тест: Ответ полностью отсутствует во всех частотных полосах (рис. 12.3). В этом случае ребенок должен быть подвергнут дополнительным исследованиям (повторной регистрации ЗВОАЭ, регистрация КСВП) для установления причины.
Факторы, влияющие на результаты скрининга по ЗВОАЭ.
При отсутствии высокоамплитудной ЗВОАЭ необходимо отдифференцировать, является ли это следствием патологии внутреннего или среднего уха, либо результатом неадекватности условий регистрации. На сегодняшний день выделяют восемь факторов, которые могут оказывать влияние на результаты регистрации ЗВОАЭ или их интерпретацию: (1) количество накопленных ответов, (2) адекватность стимула, (3) повторяемость результатов и (4) стабильность зонда (факторы, описанные выше), а также (5) состояние ребенка, (6) наличие послеродовых масс в наружном слуховом проходе, (7) сроки, в которые проводится тестирование; (8) программное обеспечение для анализа ЗВОАЭ.
Повторное тестирование. Если ребенок не прошел тест, ему назначается повторное исследование, как правило, через 4-6 недель. Рекомендуется проведение повторного тестирования в условиях, аналогичных первичному тестированию. Однако следует помнить, что повторное тестирование обычно является более длительным (до 30 мин).
246
Руководство по аудиологии
При отрицательных результатах повторной регистрации ЗВОАЭ назначается скрининговое исследование, основанное на регистрации коротколатентных СВП. Следует помнить, что регистрация ЗВОАЭ не заменяет регистрацию коротколатентного СВП, а лишь дополняет ее. Это обусловлено следующими причинами:
1. Результаты, получаемые при регистрации ЗВОАЭ, в основном отражают информацию об активации средне- и низкочастотных областей улитки, в то время как при регистрации коротколатентного СВП в основном обеспечивается высокочастотная информация;
2. ЗВОАЭ генерируется наружными волосковыми клетками и отражает микромеханические процессы в органе Корти, тогда как коротколатентный СВП является результатом электрической активности слухового нерва и ядер различных структур слухового проводящего пути.
В целях аудиологического скрининга наиболее широко применяется коротколатентный СВП. В отличие от стандартной методики регистрации (частота предъявления стимулов составляет 11-21/с) при скрининге допускается использование более высоких частот предъявления, например, 30/с. Для исключения возможного взаимодействия стимула с электрическими эффектами сетевой частоты (50 Гц) рекомендуется использование дробного числа предъявлений - 21,1 Гц; 31,1 Гцит.д.
С целью исключения возможности коллапса наружного слухового прохода у новорожденных, а также уменьшения артефакта стимула рекомендуется использование внутриушных телефонов.
Рис. 12.4. КСВП, зарегистрированные у новорожденного и детей в возрасте 6 мес. и 1 года.
А у диалогический скрининг путем регистрации ЗВОАЭ и КСВП
247
Учитывая, что коротколатентный СВП у новорожденных характеризуется достоверным наличием низкочастотного спектра, рекомендуется использование полосы от 30 до 3000 Гц, что также сопровождается оптимизацией соотношения сигнал/шум (см. рис. 12.4).
Длительность усредняемых отрезков ЭЭГ (окно анализа) составляет обычно 15-20 мс от начала стимула. Для получения четкого потенциала достаточно произвести 1500-2000 усреднений постстимульных отрезков ЭЭГ. Следует, однако, отметить, что на околопороговых интенсивностях звуковой стимуляции и/или при беспокойном поведении ребенка указанного количества усреднений оказывается недостаточно. В таких случаях рекомендуется увеличивать количество накоплений (например, до 4000).
При скрининге основным ориентиром должна служить волна V. Коротколатентный СВП может быть успешно зарегистрирован уже в первые часы жизни ребенка. Существенным его преимуществом является также практически полная независимость от уровня бодрствования обследуемого. Поэтому обычно скрининговое исследование с использованием регистрации данного класса потенциалов проводят вскоре после кормления новорожденного, в условиях его естественного сна. У более старших детей (в возрасте 6-36 месяцев) СВП можно регистрировать как в бодрствующем состоянии (при условии достаточного физического покоя), так и при легком медикаментозном сне.
Скрининговое исследование с использованием регистрации КСВП может проводиться непосредственно в палате родильного дома или в боксе для недоношенных новорожденных. Существуют два основных варианта скрининга: развернутый и сокращенный. При развернутом варианте используют акустические стимулы (широкополосные щелчки) трех интенсивностей: 20, 40 и 60 дБ нПС. Более популярный в настоящее время сокращенный вариант подразумевает лишь один протокол стимуляции (35-40 дБ нПС). Критерием прохождения теста при скрининге по коротколатентному СВП является наличие ответов от каждого уха при интенсивности 40 дБ нПС или ниже. Отсутствие же потенциала служит показанием к принятию ребенка на диспансерное наблюдение и обязательному повторному исследованию не позднее, чем через месяц после выписки, но не позже 3-месячного возраста. Если новое исследование подтверждает отсутствие идентифицируемого ответа, ребенку проводится объективная аудиометрия с целью определения порогов слышимости в обоих ушах, после чего приступают к реализации необходимых реабилитационных и/или лечебных мероприятий.
248
Руководство по аудиологии
РЕКОМЕНДУЕМАЯ ЛИТЕРАТУРА.
1. Таварткиладзе Г.А, Васильева Л.Д., Коротков Ю.В. Методика массового скрининга нарушений слуха у детей первого года жизни// Методические рекомендации. - М.,1991
2. Таварткиладзе Г.А, Загорянская М.Е., Гвелесиани Т.Г., Румянцева М.Г. и др. Единая система аудиологического скрининга// Методические рекомендации. - М., 1996
3. Таварткиладзе Г.А., Шматко Н.Д. Диагностика и коррекция нарушенной слуховой функции у детей первого года жизни// Методическое пособие. - Полиграф сервис, М., 2001.-160 с.
4. Prieve В.A. Otoacoustic Emissions in Neonatal Hearing Screening// In: Otoacoustic Emissions: Clinical Applications 2nd Ed.// Ed.: M.S.Robinette, Th.J. Glattke. - Thieme, 2001. - P.348-374.
Кохлеарная имплантация
249
РАЗДЕЛ 3.
РЕАБИЛИТАЦИЯ БОЛЬНЫХ С ТУГОУХОСТЬЮ И ГЛУХОТОЙ.
ГЛАВА 13.
КОХЛЕАРНАЯ ИМПЛАНТАЦИЯ.
Единственным методом реабилитации больных с тотальной глухотой является кохлеарная имплантация. В настоящее время в мире насчитывается уже более 40000 больных, использующих вживленные кохлеарные протезы, что, несмотря на некоторый риск послеоперационных осложнений, трудоемкость послеоперационной реабилитации и чрезвычайную дороговизну, свидетельствует о том, что кохлеарная имплантация постепенно становится реальным средством слухопротезирования данной категории больных.
Под термином "кохлеарная имплантация" обычно подразумевают вживление электродных систем во внутреннее ухо с целью восстановления слухового ощущения путем непосредственной электрической стимуляции афферентных волокон слухового нерва.
Кохлеарные импланты представляют собой биомедицинские электронные устройства, обеспечивающие преобразование звуков в электрические импульсы с целью создания слухового ощущения путем непосредственной стимуляции сохранившихся волокон слухового нерва.
Исследования в области электрической стимуляции слуховой системы насчитывают многие десятилетия, однако, лишь в течение последних 30 лет были разработаны имплантируемые устройства, предназначенные для длительной электрической стимуляции у человека. И уже за эти годы был отмечен существенный прогресс: одноканальные системы были вытеснены многоканальными системами со сложными стратегиями кодирования речевой информации.
13.1. ФИЗИОЛОГИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ МЕТОДА КОХЛЕАРНОЙ ИМПЛАНТАЦИИ.
В идеале, для воспроизведения периферического частотного анализа в системах кохлеарной имплантации должна быть предусмотрена независимая стимуляция сегментов улитковой перегородки, по ширине соответствующих спектральной ширине эквивалентного фильтра, характеризующего частотный анализ акустического сигнала в норме, т.е.
250
Руководство по аудиологии
критической полосе слухового восприятия. Как известно, ширина сегментов улитковой перегородки, соответствующих критической полосе, составляет около 0,9 мм. Всего можно выделить около 35 критических полос, перекрывающих весь диапазон слышимых частот. Исходя из этого, минимальное количество независимых каналов стимуляции должно было бы составить 35. Если учесть психоакустические данные, полученные при применении вокодеров, количество каналов может быть ограничено 10. При этом они должны располагаться через каждые 1,5 мм, что соответствует 300 Гц. Это обеспечивает перекрывание системой до 15 мм улитковой перегородки на отрезке от 10 до 25 мм от основания стремени (рис. 13.1).
>асто1ные полосы речи
Рис. 13.1. Минимальные требования для многоканальной электрической стимуляции волокон слухового нерва.
Большинство разрабатываемых в настоящее время систем удовлетворяют этим требованиям, а некоторые из них даже приближаются к описанным выше идеальным условиям. Так, системы Nucleus доминирующая на рынке кохлеарных имплантов, обеспечивает независимую стимуляцию 22 сегментов улитковой перегородки. Возбуждение слухового нерва при этом носит локальный характер: как показали специальные исследования (Clark G.M. et al., 1987), пороги ответов различных нейронов нижнего двухолмия на электрическую стимуляцию одного и того же электрода отличаются даже у нейронов с разницей в характеристических частотах, соответствующей расстоянию вдоль улитковой перегородки, не превышающему 0,75 мм. Однако, наклон частотно-пороговой кривой (около 6-10 дБ/окт. в низкочастотной области и около 10-15 дБ/окт. в высокочастотной), значительно отличается от наклона частотно-пороговых кривых ответа афферентных волокон слухового нерва на акустическую
Кохлеарная имплантация
251
стимуляцию (около 90-180 дБ/окт. в низкочастотной области и около 200-600 дБ/окт. в высокочастотной для волокна с характеристической частотой около 12 кГц). Это приводит к тому, что увеличение амплитуды электрического стимула всего в 2 раза (на 6 дБ) сопровождается расширением области возбуждения улитковой перегородки примерно в 3 раза (до 2,25 мм).
Аналогичное расширение области возбуждения при акустическом раздражении нормальной улитки возникает лишь после увеличения интенсивности стимула не менее, чем на 50 дБ. К счастью, интенсивность импульсации волокна слухового нерва, а, соответственно, и громкость слухового ощущения, нарастают при увеличении амплитуды электрического стимула на несколько порядков быстрее, чем при увеличении интенсивности акустического стимула (рис. 13.2). Соответственно, электрический стимул с амплитудой, на 6 дБ превышающей порог ответа волокна, вызывает афферентный поток больший, чем акустический стимул интенсивностью 40 дБ над порогом (рис. 13.2).
-40 -20 О
( him юка (дБ / 0 7 мА п э > I_______I________I_______I_______I________।
20 40 60 80
УЗД 'дБ ' О 0002 дин гм и э I
Рис. 13.2 Характеристики разрядов волокон слухового нерва при акустической и электрической стимуляции.
Психоакустические исследования показали, что у имплантированных больных диапазон изменений амплитуды электрических стимулов, соответствующий изменениям громкости слухового восприятия от
252
Руководство по аудиологии
минимального до максимального (дискомфорт), составляет 6-12 дБ. Это свидетельствует о том, что область возбуждения улитковой перегородки охватывает не более 2-4 мм по обе стороны от стимулирующего электрода даже при максимальной интенсивности стимуляции (см. рис. 13.1), что, в свою очередь, может обеспечить лицам, использующим современные кохлеарные импланты, способность к высокому разрешению пространственно разнесенных стимулов.
У большинства больных, оглохших после приобретения речевых навыков, отмечается значительный адаптационный период (несколько месяцев), в течение которого они "привыкали" к необычному слуховому ощущению, вызванному электрической стимуляцией. По окончании этого периода больные уверенно определяют стимуляцию электродов, расположенных в различных местах вдоль улитки, как звуки, отличающиеся по "высоте". Такие различия в "высоте" звука испытуемые отмечали даже при стимуляции большинства близлежащих электродов, т.е. электродов, расстояние между которыми составляло 0,75 мм. Способность различать пространственно разнесенные стимулы и, соответственно, стимулы различной частотной окраски у всех испытуемых примерно одинакова и весьма высока. Несмотря на это, уровни восприятия речевого материала у них резко отличались. Даже учитывая различия в интенсивности тренировочной слуховой работы каждого из больных, результаты речевых тестов у них отличаются столь значительно, что это позволяет предположить существование каких-то других физиологических факторов, помимо частотного анализа, решающим образом влияющих на разборчивость речи имплантированными пациентами. Одним из таких факторов по современным представлениям является способность имплантированного больного к анализу временных характеристик акустического сигнала. Действительно, патологический процесс, приводящий к сенсоневральному поражению слуха, по-видимому, не затрагивает механизмов временного анализа. Более того, эти механизмы могут быть задействованы с высокой эффективностью: описаны случаи неожиданно хороших результатов, вплоть до понимания незнакомых предложений исключительно на слух, полученные у больных с одноканальными кохлеарными имплантами, т.е. в условиях, когда нет раздельной стимуляции различных участков улитковой перегородки, и вся информация о речевом сигнале основывается на его временных характеристиках. Однако, исследование способности имплантированных больных к временному анализу крайне сложно. Это, прежде всего, обусловлено отсутствием общепринятых методов тестирования эффективности временного анализа речи в слуховой системе, а также тем, что электрическая стимуляция вызывает афферентный поток, временная структура которого абсолютно не соответствует структуре афферентного потока, возникающего при акустической стимуляции, что, в свою очередь, затрудняет анализ временных параметров в слуховой системе.
Кохлеарная имплантация
253
Основное отличие электрической стимуляции от акустической заключается в том, что первая вызывает ответы волокон слухового нерва с высокой степенью синхронизации и соответствия фазе стимула. На относительно низких частотах (когда межстимульный интервал короче рефрактерного периода слухового нерва, т.е. не превышает нескольких миллисекунд) каждый стимул через фиксированный промежуток времени сопровождается генерацией спайка в афферентном волокне слухового нерва. На высоких частотах электрической стимуляции нервный ответ претерпевает еще более существенные изменения. Начало ответа представляет собой синхронный залп спайков, за которым следуют периодические всплески активности с периодом, равным времени относительной рефрактерности нейрона. Таким образом, в афферентном потоке возникает частота, не связанная с частотой стимула, а определяемая исключительно свойствами нейронов. Естественно, что при акустической стимуляции не наблюдается ни резко выраженного синхронного залпа в начале стимуляции, ни периодичности, связанной с рефрактерным периодом волокна.
Другим характерным свойством нервного ответа на акустическую стимуляцию является временная огибающая, свойства которой достаточно хорошо изучены. Ответ волокна на тональную посылку характеризуется выраженным пиком на протяжении первых 1-2 мс. Затем частота спайков экспоненциально снижается и достигает постоянных значений через десятки миллисекунд. При отключении стимула интенсивность импуль-сации афферентного волокна снижается до уровня ниже спонтанной активности, а далее - экспоненциально восстанавливается до исходных предстимульных значений. При электрической стимуляции начальный разряд слуховых волокон намного более выражен, однако отсутствует кратковременный экспоненциальный адаптационный спад активности. Что же касается момента отключения стимула, то из-за отсутствия тонических разрядов афферентных волокон после повреждения улитки, адаптационные процессы, подобные процесам, наблюдаемым в норме, в этот момент практически возникнуть не могут. Следует отметить, что адаптационные процессы, подчеркивая быстрые изменения звукового давления, участвуют в предварительной обработке речевого сигнала. Отсутствие подобной обработки, возможно, приводит к резкому ухудшению восприятия речи.
Суммируя приведенные данные, можно заключить, что, хотя современные системы кохлеарной имплантации и обеспечивают удовлетворительную имитацию процессов периферического частотного анализа в слуховой системе, воспроизведение нормальной временной обработки сигнала, тем не менее, все еще далеко от разрешения. Это, в свою очередь, позволяет предположить, что дальнейшее совершенствование систем кохлеарной имплантации, прежде всего, может быть достигнуто при
254
Руководство по аудиологии
оптимизации стратегии стимуляции слухового нерва, а именно, при получении в ответ на электрическую стимуляцию более естественного афферентного потока.
Нормальная улитка.
Для понимания принципов действия кохлеарного импланта остановимся вкратце на наиболее важных свойствах нормально функционирующей улитки. Звуковые волны через наружный слуховой проход поступают к барабанной перепонке, колебания которой приводят в движение слуховые косточки. В свою очередь, движения стремени передаются жидкостям внутреннего уха. При передаче движений через жидкости лестницы преддверия вызываются сгибательные движения волосковых клеток, сопровождающиеся химической реакцией в теле клеток, трансформирующейся в электрические импульсы. Эти импульсы активируют клетки спирального ганглия в пределах канала Розенталя и передаются далее по волокнам слухового нерва к стволу мозга и слуховой коре.
Кохлеарный имплант предназначен для обеспечения нефункционирующей слуховой периферии (патологический процесс локализован на уровне волосковых клеток) возможности воспринимать информацию об окружающих звуках, речевых сигналах и музыки наиболее физиологичным способом. Это означает, что имплантированные больные в идеале должны воспринимать звуки через сохранные функционирующие слуховые проводящие пути. Учитывая, что при тотальной глухоте поражена улитка, логичной является непосредственная стимуляция волокон слухового нерва в обход улитки. Именно так и работают кохлеарные импланты, активирующие нейроны, расположенные за волосковыми клетками.
Патологическая улитка.
Основным критерием для определения показаний к кохлеарной имплантации является повреждение большинства волосковых клеток. Это означает, что информация передается через нормально функционирующее среднее ухо, а далее из-за патологии улитки не преобразуется в электрические сигналы, передаваемые в норме через слуховой нерв. Причина, препятствующая передаче слуховой информации, может находиться и на уровне ствола или слуховой коры, что является противопоказанием к кохлеарной имплантации. При повреждении волокон слухового нерва в настоящее время с успехом используются стволомозговые импланты. При патологии на уровне коры головного мозга современные технологии не могут обеспечить компенсации утраченной функции.
Кохлеарная имплантация
255
Типы глухоты у больных, являющихся кандидатами для кохлеарной имплантации, варьируют от генетической, наследственной или неизвестной, до травматической или связанной с инфекциями. Выраженностью патологии определяется степень подавления функции волосковых клеток и волокон слухового нерва, а также эффективность передачи информации через улитку.
Рис. 13.3. (а) нормальная улитка; (б) патологическая улитка; (в) имплантированная улитка.
На рис. 13.3 схематически представлена функция нормальной и патологической улитки. В норме (рис. 13.3,а) сохранены все клетки спирального ганглия и нервные волокна. Звуковая волна, достигающая улитки, возбуждает нервные волокна, при этом паттерн возбуждения соответствует входному сигналу. На рис. 13.3,6 представлена частично развернутая открытая улитка, в которой патологическим процессом повреждены волосковые клетки, клетки спирального ганглия и нервные волокна. В данном случае, акустический сигнал не достигает сохранных нервных волокон. При повреждении волосковых клеток не может быть запущен механизм химико-электрических преобразований. На рис. 13.3,в представлена улитка с кохлеарным имплантом. Электроды электрически активируют клетки спирального ганглия и нервные окончания, стимулируя паттерн, соответствующий входному сигналу. Однако, как следует из рисунка, электрически вызванный паттерн не полностью соответствует по параметрам паттерну, имеющему место в норме.
Волокна слухового нерва, подходящие к улитке, имеют четкую тонотопическую организацию: волокна, передающие высокие частоты,
256
Руководство по аудиологии
расположены у основания улитки, в то время как волокна, передающие низкие частоты, расположены в верхушечной области. Данная предсказуемая ориентация позволяет выделять и передавать частотноспецифичные особенности речи или других акустических сигналов к слуховому нерву при расположении электродов в лестнице улитки. Локализация электродов вдоль лестницы способствует определению частотной информации, а величина тока (в микроамперах) определяет амплитуду. При использовании психоакустической терминологии это означает, что слуховому нерву обеспечивается передача высоты и громкости сигнала. Тонотопическая организация улитки является определяющей для передачи речевой информации. Она может быть сравнена с сериями частотных полосовых фильтров, расположенных вдоль улитки.
Спектральная информация, связанная с речью, проходит через эти фильтры и объединяется в мозгу, формируя смысловые единицы разговорного языка.
Рис. 13.4. Схематическое отражение различий между слуховым аппаратом и кохлеарным имплантом.
При наличии оставшихся функционирующих волосковых клеток (остаточный слух) слуховой аппарат обеспечивает усиление входящих сигналов, вовлекая большое количество нервных волокон и обеспечивая, тем самым, слуховое ощущение (рис. 13.4). Однако, если повреждено большинство волосковых клеток на значительном протяжении вдоль улитки, даже при использовании большого усиления слуховое ощущение не вызывается. Больные с глухотой, использующие слуховые аппараты, имеют проблемы с тонотопическим отражением высоты сигнала, что обусловлено недостаточным количеством волосковых клеток в различных областях улитки. Эти больные получают некоторую акустическую информацию при пользовании слуховыми аппаратами, однако, этой информации недостаточно для понимания речи. Данная группа больных должна рассматриваться в качестве потенциальных кандидатов на кохлеарную имплантацию.
Кохлеарная имплантация
257
Электроды могут располагаться на медиальной стенке барабанной полости (экстракохлеарные), в лестнице улитки (интракохлеарные), в модиолюсе или на поверхности улитковых ядер. Наименее инвазивными являются экстракохлеарные электроды, наиболее инвазивными -электроды, располагаемые на поверхности улитковых ядер. Наиболее широкое распространение получили внутриулитковые электроды. Расположение многоканальных электродных систем в лестнице улитки вблизи к окончаниям сохранных нервных волокон обеспечивает воспроизведение пространственного представления частот, характерного для нормальной улитки. Так, наличие высокочастотных звуков отражается в стимуляции электродов, расположенных у основания улитки, в то время как наличие низкочастотных звуков отражается в стимуляции электродов, расположенных у верхушки.
Качество пространственного отражения частотной информации зависит от числа и расположения независимых мест стимуляции.
13.2. КОМПОНЕНТЫ СИСТЕМЫ КОХЛЕАРНОЙ ИМПЛАНТАЦИИ.
Наиболее важной функцией кохлеарного импланта, является обеспечение разборчивого восприятия речи имплантированному больному. Это зависит от а) расположения, количества и геометрического соотношения имплантированных электродов; б) от различий в локализации и состоянии сохранных нейронов спирального ганглия, расположенных вблизи электродов; в) способа передачи информации от внешнего процессора к электродам и г) каким образом электрические сигналы выделяются из речи.
Рис. 13.5. Схема системы кохлеарной имплантации: а) микрофон, б) речевой процессор,
в) передающая антенна, г) кожа, д)приемник, е) стимулятор, ж) электроды, з) слуховой нерв.
Любая система кохлеарной имплантации включает следующие элементы: микрофон, воспринимающий звуки и преобразующий их в электрические сигналы, блоки усиления, анализа, кодирования и передачи сигналов. Кроме того, в этих системах должна быть предусмотрены блоки,
258
Руководство по аудиологии
обеспечивающие прием электрических сигналов, генерируемых речевым процессором, декодирование этих сигналов и передачу их к слуховому нерву (рис. 13.5).
Внешние компоненты.
К внешним компонентам относятся принимающий микрофон, соединительные кабели, речевой процессор и передающая антенна (рис. 13.6). Внешние компоненты импланта собирают, анализируют, кодируют и передают слуховую информацию к внутренним компонентам импланта, осуществляющим прием, декодирование и передачу слуховой информации к слуховому нерву.
Рис. 13.6. Принимающий микрофон, соединительные кабели, речевой процессор и передающая антенна: слева - карманный процессор SPrint, справа -заушный процессор ESPrit фирмы "Cochlear".
Современные речевые процессоры могут иметь форму карманного или заушного слухового аппарата. Они обеспечивают анализ звуков практически в реальном времени. Перед кодированием звуки фильтруются, а амплитуда их регулируется. Далее закодированные сигналы проводятся к передающей антенне. Как правило, антенна крепится на коже при помощи магнитного притяжения к другому магниту, расположенному под мягкими тканями. Таким образом, осуществляется чрезкожная передача сигналов.
Внутренние компоненты.
Имплант включает принимающую антенну, электронный блок, электродную систему, а также (во многих системах) - заземляющий электрод (рис. 13.7). Внутренние компоненты располагаются в костном ложе сосцевидного отростка (под мягкими тканями), а электроды, как правило, вводятся в лестницу улитки. Электронная часть устройства обеспечивает передачу закодированной информации, полученной от речевого процессора либо практически одновременно, либо очень быстро к одному (или более) электроду. Тонкие проволочки, исходящие из электронного устройства, покрываются инертным материалом, обеспечивающим их защиту от жидкостей внутреннего уха. Проволочки заканчиваются шариками, пластинками или кольцами.
Кохлеарная имплантация
259
Рис. 13.7. Многоканальная электродная система, включающая принимающую антенну, электронный блок, электродную решетку и заземляющий электрод: слева CI24M (Cochlear), справа - Combi 40+ (Med-El).
13.3. ХАРАКТЕРИСТИКА МНОГОКАНАЛЬНЫХ СИСТЕМ КОХЛЕАРНОЙ ИМПЛАНТАЦИИ.
Факторы, определяющие эффективность системы кохлеарной имплантации, - это количество и локализация активированных электродов, метод передачи токов, скорость стимуляции и стратегия кодирования речи.
Количество имплантированных электродов.
Количество имплантированных электродов в современных многоканальных системах варьирует от 12 до 24. Данные электроды могут рассматриваться как электродные контакты.
Пространственное расположение электродов.
Расстояние между двумя настроенными электродами может варьировать от 0,5 до 2, 8 мм.
Электродная решетка.
Электродная решетка образуется проволочками, исходящими от электронного устройства к электродному окончанию и покрытыми биоинертным материалом. Проксимальная часть электродной решетки представляет собой фрагмент, расположенный между концом имплантированной части системы и телом электронного устройства. Фиксация электродной системы осуществляется в проксимальной ее части при помощи цемента или наложения фиксирующего шва во время хирургической операции.
В большинстве случаев глубина введения электродов описы-вается общей длиной введенной электродной системы, что соответствует 22-25 мм. Это включает и часть системы без активных электродов. Например, система Nucleus имеет 22 электрода, разнесенных на 0,75 мм. Из этого следует, что протяженность электродной системы в данном случае составляет 16,5 мм, расстояние полного введения системы из 22 электродов - 17 мм, а глубина
260
Руководство по аудиологии
полного введения - 25 мм (когда включаются 10 неактивных колец, обеспечивающих жесткость системы). При этом длина улитки, которая может электрически стимулироваться, составляет соответственно 16,5 мм.
Активные и неактивные электроды.
Электрод считается активным, когда он имеет определенные пороги и уровень комфорта, и запрограммирован для передачи токов. При этом он может быть неактивным. Существуют различные причины, из-за которых аудиолог может инактивировать электрод.
Каналы.
Каналы отражают количество электродов, передающих токи в пределах установленного формата, который обычно представлен временем (1 мс) или полным проведением всех электродов (CIS). В зависимости от характеристик сигнала количество активных электродов в пределах цикла стимуляции колеблется в среднем от 6 до 15. Так, например, если один и тот же сигнал подается к каждому электроду многоканальной системы, или лишь один электрод выбирается для стимуляции, система рассматривается как одноканальная.
Расположение электродов.
Используется экстра- и интракохлеарная установка электродов. При экстракохлеарной установке электрод (как правило, одноканальный) располагается в нише окна улитки. При интракохлеарной имплантации используются многоканальные системы. К экстракохлеарной имплантации может быть отнесена и стволомозговая имплантация, т.е. имплантация, при которой электродная система устанавливается в области ствола мозга с целью стимуляции улитковых ядер (при двусторонней патологии слухового нерва - нейрофиброматоз II - состояние после перерезки слуховых нервов).
Цикл стимуляции.
Серии электродов стимулируются в пределах определенного цикла. Системы, использующие стратегию CIS, обычно имеют цикл, который зависит от ширины импульса (его длительности) сигналов, передаваемых через имплант, в том случае, если отсутствует возможность подстройки временного интервала между импульсами. В этих системах при увеличении ширины импульса снижается скорость стимуляции на каждом канале. Кроме того, цикл может ограничиваться и максимальным временем.
Частота отсчетов.
Обычно она описывается количеством точек (или амплитуд), измеренных цифровым путём на определенной частоте для каждого сигнала, воспринимаемого микрофоном. Чем выше частота, тем качественнее цифровой выход речевого процессора.
Кохлеарная ими юитация
261
Скорость стимуляции (общая и на каждом канале).
Количество импульсов, которые проходят через электроды в 1 с, определяется как скорость стимуляции. Импульсы, как правило, имеют бифазическую форму. Это означает, что любая полярность импульса (положительная или отрицательная) сопровождается противоположной полярностью. Практически во всех современных системах кохлеарной имплантации используется бифазическая стимуляция, позволяющая исключить избыточный заряд постоянного тока, представляющий опасность для нервной ткани.
Общая скорость стимуляции соответствует количеству импульсов, проходящих в 1 с по всем электродам. В большинстве систем с CIS используется постоянная общая скорость.
Частотные границы.
Частотные границы для любого электрода описываются как нижние и верхние. При использовании стратегии CIS частотный диапазон, как правило, соответствуют 300 - 5500 Гц, однако колеблется от системы к системе (МХМ - от 100 до 7800 Гц; Nucleus - 180 - 10000 Гц. Ширина частотного диапазона является фактором, влияющим на эффективность доступа к речевой информации. Частотный диапазон каждого канала может быть определен как результат деления частотного диапазона (5500-300=5200 Гц) на количество электродов. Однако, вне зависимости от количества электродов в системе, речевой процессор анализирует общий частотный диапазон.
Виды стимуляции.
Вид стимуляции обычно определяется тем, как электроды взаимодействуют друг с другом. В современных системах кохлеарной имплантации существуют три вида стимуляции: биполярная, монополярная и с общей землей {common ground). При биполярной стимуляции электроды всегда располагаются внутри улитки, при этом один из пары электродов является активным, а другой выполняет функции заземляющего. Электроды в паре могут располагаться непосредственно друг за другом либо могут быть разнесены. При монополярной стимуляции активный электрод располагается в улитке, в то время как заземляющий -вне улитки.
При стимуляции с общей землей (используется в системах Nucleus и МХМ) активируется один электрод, в то время как все остальные электроды объединяются в один общий электрод заземления.
17 Заказ К» К-4286
262
Руководство по аудиологии
13.4. СТРАТЕГИИ КОДИРОВАНИЯ РЕЧИ.
Аналоговые стратегии.
Принцип аналоговой стратегии кодирования речевой информации заключается в передаче акустической информации без селективной фильтрации входного сигнала. Основным критерием является способность системы имплантации активировать несколько электродов одновременно. Набор полосовых фильтров перекрывает весь спектр речи. Сегмент речи проходит через каждую полосу, связанную с определенным электродом. В зависимости от частот, присутствующих в сегменте речи, соответствующие электроды будут активироваться при определенной амплитуде сигнала.
Основные различия между современными стратегиями кодирования речи могут быть представлены количеством возможных точек стимуляции в карте процессора, максимальным количеством используемых каналов и скоростью стимуляции, подведенной к выбранным каналам.
Главной характеристикой речи является основная частота (Fo), обеспечивающая значительную супрасегментальную информацию. Другие свойства связаны с формантами. Для гласных - это первая (F0 и вторая (F2) форманты, а также высокочастотные элементы, способствующие восприятию согласных. Каждое из этих свойств связано с конкретными частотами: например, основная частота является самой низкой (около 135 Гц для мужского голоса, 235 Гц - для женского и 275 Гц для детского). Первая форманта располагается в диапазоне от 270 до 1000 Гц, а вторая - от 1000 до 3200 Гц. Из этого следует, что перечисленные свойства могут быть подчеркнуты при помощи фильтрации. Полосовые фильтры сортируют (анализируют) входящие сигналы для определенных частот, после чего они передаются к соответствующим электродам. Максимальное количество каналов, стимулируемых за цикл в системе Nucleus при использовании данной стратегии кодирования, соответствует 4. При этом электроды стимулируются не одновременно.
Стратегия SPEAK (стратегия выделения спектральных пиков).
При использовании данной стратегии кодирования электроды активируются в зависимости от того, какие фильтры получают информацию, имеющую амплитуду большую, чем пороговая амплитуда (может стимулироваться любой из 22 электродов). Это означает, что сигнал в пределах определенной частотной полосы должен иметь интенсивность, достаточную для того, чтобы быть распознанным. Как правило, выбираются от 3 до 10 амплитудных значений с определением соответствующих электродов, которые должны стимулироваться. Данный принцип определяется как принцип выделения максимального спектрального пика. Он также зависит от порогов и уровней комфорта у конкретного больного, что обусловлено тем, что при увеличении стимула увеличивается
Кохлеарная ими чантация
263
и ширина импульса (его длительность). Иными словами, при использовании системы Nucleus количество каналов, которое будет выделено, будет зависеть от интенсивности входного сигнала и заданного выхода на электродах. Если входной сигнал имеет небольшую амплитуду, меньше частот будет определено в системе фильтрации (меньшее количество пиков, достигающих максимального уровня), а, следовательно, меньшее количество каналов (электродов) будет выбрано для стимуляции. Другим фактором, оказывающим влияние, является интенсивность. Чем громче должен быть сигнал для восприятия имплантированным больным тихих звуков и восприятия на комфортном уровне (программируемое значение), тем меньшее количество каналов будет стимулироваться. Прежде всего, это имеет место при высоких уровнях стимуляции, так как при этом необходимо использование широких импульсов (цикл стимуляции определяется временем). При расширении импульсов меньшее количество каналов будет стимулироваться. Дополнительной характеристикой стратегии SPEAK является то, что обычно активируются несколько электродов, расположенных друг за другом. Это происходит потому, что максимальная энергия обеспечивается в области близьрасположенных частот. Количество каналов стимуляции при данной стратегии варьирует от 3 до 10 (в среднем 6), а электроды стимулируются неодновременно со средней скоростью 250 Гц.
CIS (непрерывная чередующаяся стимуляция).
Основным принципом данной стратегии является стимуляция всех активных электродов в каждый цикл, но не одновременно. Данная стратегия отличается от SPEAK и стратегии выделения характеристик сигнала тем, что в последних стратегиях электроды (каналы) для стимуляции выбираются из набора активных электродов. Она отличается от аналоговых стратегий тем, что электроды стимулируются не одновременно. При этом происходит непрерывная стимуляция, не происходит выделение максимумов спектра, а отображается весь спектр. Стратегия ориентирована на выделение временных характеристик звука. Данная стратегия отличается высокими скоростями стимуляции, достигающими 2500 импульсов в с. Максимальное количество каналов за один цикл соответствует 12 при скорости, равной 18000 имп./с (Med-El).
АСЕ.
Стратегия АСЕ объединяет стратегии SPEAK и CIS, что значительно расширяет возможности. Данная стратегия кодирования обеспечивает максимально индивидуальный выбор параметров. При этом может стимулироваться любая из 22 точек при выборе до 12 каналов стимуляции при скорости до 1000 имп./с на канал. Данная стратегия обеспечивает возможность оптимизировать объем спектральной информации путем кодирования "по месту", а объем временной информации - путем
264
Руководство по аудиологии
кодирования скорости. Данный подход обеспечивает передачу информации с минимальными затратами энергии. Основным принципом данной стратегии кодирования является выбор аудиологом 3 параметров:
1. какая из 22 точек (электродов) должна стимулироваться;
2. сколько каналов (количество электродов стимулируемых при проходе от основания к верхушке) должны стимулироваться и следует ли стимулировать все эти точки динамически или лишь их фиксированные группы;
3. выбор соответствующей скорости стимуляции.
Максимальная скорость стимуляции на каждом электроде, установленная программой, равна 2400 имп./с. Общая же максимальная скорость соответствует 14400 имп./с.
13.5. ПСИХОФИЗИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ.
Результаты психофизических исследований, полученные у имплантированных больных, обеспечивают информацию, необходимую для выбора индивидуальных программ речевого процессора вне зависимости от стратегии кодирования. Они обычно выбираются на основании субъективных оценок пациента при настройке процессора. Эти параметры непосредственно влияют на результаты реабилитации и должны четко оцениваться специалистами.
Порог.
В аудиологических терминах порог может быть определен как наименьший уровень, при котором пациент распознает сигнал в 50% предъявлений. При использовании некоторых стратегий (выделение характеристик, SPEAK) подразумевается, что сигнал должен быть определен в 100% предъявлений, однако стратегия CIS использует те же пороги, что и аудиометрические. В зависимости от используемой стратегии, порог может быть определен как ток на выходе (в микроамперах или децибелах) или уровень стимула (функция длительности импульса и амплитуды).
Комфортный уровень.
Данный уровень описывается как максимально комфортный уровень слушания, который может использоваться пациентом в течение длительного промежутка времени. В зависимости от стратегии комфортный уровень может быть определен как ток на выходе (в микроамперах или децибелах) или уровень стимула (длительности импульса и амплитуды).
Кохлеарная имплантация
265
Динамический диапазон.
Динамический диапазон определяется как разница между максимально комфортным и пороговым уровнями. Динамический диапазон может незначительно меняться от электрода к электроду.
Восприятие высоты сигнала.
Способность к различению разной высоты сигнала на различных электродах или при различных скоростях стимуляции определяется как восприятие высоты. В первом случае - это восприятие высоты, связанное с "местом", а во втором - дискриминация высоты, связанная со скоростью. Основной результат достигается при изменении места стимуляции с целью использования преимуществ тонотопического представления частот.
Восприятие громкости.
Способность к определению различий в токе на выходе между фазами (длительность импульса,умноженная на амплитуду) определяется как восприятие громкости. Низкий уровень тока воспринимается как тихий звук, а больший - как более громкий звук. Увеличение ширины импульса (длительности) обычно сопровождается восприятием звуков как более громких.
Рост громкости.
Данная функция может быть описана как отношение скорости к восприятию громкости. При наличии крутого наклона функции роста имеет место ограничение динамического диапазона. Так, если разница между комфортным и дискомфортным восприятием невелика, имеет место очень крутой наклон функции роста громкости И, наоборот, медленный рост функции соответствует широкому динамическому диапазону. Как правило, имплантированные больные имеют невыраженный рост функции громкости для звуков низкой и средней интенсивности, в то время как при увеличении интенсивности крутизна наклона резко возрастает. Однако возможны ситуации, когда при предъявлении интенсивных звуков определяется незначительный рост функции громкости или даже его отсутствие. Обычно это обусловлено характеристиками конкретного электрода на выходе, а не особенностями слуховой системы имплантированного больного. Известны случаи медленного роста функции громкости и при использовании пороговых уровней стимуляции.
13.6. ЗНАЧЕНИЕ ПАРАМЕТРОВ НАСТРОЙКИ РЕЧЕВОГО ПРОЦЕССОРА ДЛЯ РЕАБИЛИТАЦИИ БОЛЬНЫХ.
Пороги.
Неправильная установка порогов при использовании стратегии CIS приводит к возникновению постоянных низкочастотных гудящих звуков
266
Руководство по аудио югии
или неинтенсивного шума, которые всегда присутствуют при включении процессора. Если пороги установлены слишком низкими или слишком высокими, нарушается эффективный динамический диапазон речи даже при правильно определенном комфортном уровне. Возможны ситуации, когда неправильно устанавливаются пороги на ряде электродов, а не на всех. В данном случае нарушается функция роста на каждом электроде, что обусловлено различиями в величинах динамического диапазона на каналах. В данном случае, в зависимости от различий между каналами, речь может восприниматься искаженной. Неправильная установка порогов может также сопровождаться плохими послеоперационными результатами аудиометрического тестирования в свободном звуковом поле, что приводит к тому, что речь в свободном звуковом поле воспринимается на очень высоких уровнях. При интерпретации результатов клиницист должен учитывать, что имеют место различия в данных, определенных в свободном звуковом поле, для различных систем кохлеарной имплантации, обусловленные тем, происходит ли стимуляция каналов одновременно или нет, и какова скорость стимуляции на каждом канале.
Уровни комфорта.
В большинстве систем кохлеарной имплантации стимуляция происходит на уровнях, близких к комфортным. В случае, когда уровни комфорта существенно варьируют от канала к каналу, речь воспринимается как неравномерная, отрывистая. К сожалению, четкое определение порогов комфорта является наиболее сложной процедурой как у детей, так и у взрослых. Это связано с тем, что оценка громкости является субъективной, и пациент самостоятельно определяет, являются те или иные звуки "комфортными". У некоторых глухих пациентов желание слышать вступает в конфликт с необходимостью определить уровень комфорта, так как больные считают, что чем громче звуки, тем лучше. У других больных увеличение громкости может сопровождаться стрессом из-за того, что они не понимают, когда звуки становятся чрезмерно громкими. Взрослыми больными в данном случае определяются заниженные пороги. У маленьких детей определение порогов комфорта еще более сложно, так как у них отсутствует способность к сравнению звуков по интенсивности. Эти дети могут лишь реагировать на звуки, что чревато нежелательными последствиями, так как ребенок не может оценить интенсивность до тех пор, пока звук не становится четко определяемым. В результате уровень воспринимаемых звуков становится чрезмерно интенсивным, и ребенок реагирует неадекватно (пытается избавиться от приемного устройства, плачет или становится агрессивным). Тем не менее, следует помнить, что достаточную информативность у маленьких детей имеют игровые методики, обеспечивающие относительное определение уровня громкости. Особое место принадлежит объективным внутри- и послеоперационным методикам, основанным на регистрации рефлекса стременной мышцы,
Кохлеарная штцаптацня
267
электрически вызванных потенциала действия слухового нерва (телеметрия нервного ответа) и коротколатентных слуховых вызванных потенциалов.
Динамический диапазон.
Обычно динамический диапазон на различных каналах относительно постоянен, однако это не означает, что пороги восприятия и комфорта также равны: чем больше различия в функции роста громкости между электродами (при равном динамическом диапазоне), тем больше проблем возникает у имплантированного больного при различении изменений громкости тихих и громких звуков. Задачей клинициста является сбалансировать восприятие громкости как на соседних электродах, так и вдоль всей электродной системы. Это обусловлено тем, что чем выше тон, тем громче воспринимаются звуки.
Восприятие высоты.
Определение различий в высоте звуков является одним из наиболее важных свойств, обеспечивающих больному с глухотой обучение пониманию речи. Разговорный язык состоит из звуковых образов, имеющих различные частоты и интенсивности. Для более образного понимания того, каким образом головным мозгом воспринимаются различия между соседними и разнесенными электродами, целесообразно сравнить их с восприятием различий в звучании близлежащих клавиш пианино и в звучании одинаковых нот различных октав. Чем больше разнесены активные электроды, тем более эффективно обеспечивается различение между каналами.
13.7. ГЛУХОТА.
Прежде, чем перейти к определению критериев отбора больных на кохлеарную имплантацию, представляется целесообразным рассмотреть различные формы глухоты.
Обычно выраженная глухота определяется как повышение порогов слышимости в 90 дБ и более с обеих сторон, рассчитанное как среднее значение порогов на четырех частотах (500, 1000, 2000 и 4000 Гц).
В течение многих лет выраженная глухота не могла быть компенсирована при помощи слуховых аппаратов и являлась практическим синонимом полной глухоты. За последние 30-40 лет, благодаря достижениям в разработке современных типов слуховых аппаратов, ситуация кардинально изменилась, и сегодня, на основании возможностей электроакустической коррекции, термины выраженная и полная глухота не являются уже синонимами.
За последние 15 лет возможности реабилитации существенно расширились, что связано, прежде всего, с разработкой современных систем кохлеарной имплантации. У взрослых оглохших больных импланты
268
Руководство по аудиологии
обеспечивают практически полное восстановление восприятия речи. Для глухих детей они являются методом, способствующим формированию естественно звучащей, близкой к норме устной речи. Успехи, полученные при использовании кохлеарных имплантов, привели некоторых исследователей к заключению, что наличие выраженной глухоты уже само по себе является абсолютным показанием к кохлеарной имплантации. Однако это неверно. Популяция больных с выраженной глухотой является далеко не гомогенной. Больные отличаются по своим слуховым возможностям, а многие из них достигают отличных результатов при адекватной электроакустической коррекции. Кроме того, они отличаются по своему развитию, речевым возможностям и др.
Слуховые характеристики у больных с выраженной глухотой и их значение для кохлеарной имплантации.
Слуховые возможности.
Больные с выраженной глухотой различаются по своим слуховым возможностям, которые заключаются в способности к определению и различению звуковых сигналов. Слуховые возможности предполагают наличие трех компонентов: снижение слуха, динамический диапазон и анализ.
Снижение слуха определяется как среднее значение порогов на частотах 500, 1000, 2000 и 4000 Гц в лучше слышащем ухе. У больных с выраженной глухотой снижение слуха колеблется от 90 дБ до 120 дБ. Больные со снижением слуха в 120 дБ должны рассматриваться как больные с тотальной глухотой, которые и могут реагировать на звуки лишь тактильной реакцией. Следует иметь в виду, что, хотя мы и рассматриваем слуховые пороги на четырех частотах, слуховые возможности не ограничиваются ими и зависят также от состояния слуха на других частотах.
Величина снижения слуха имеет значение с двух позиций. Во-первых, именно им определяется степень сохранности структур внутреннего уха и потенциальных слуховых возможностей, и, во-вторых, по величине снижения слуха определяется величина усиления, необходимая для восприятия слабоинтенсивных звуков.
Динамический диапазон при определении глухоты представляется как разница в децибелах между порогами слухового восприятия и дискомфорта. В норме эта величина соответствует 90 дБ и снижается у глухих больных до 30 дБ и менее. С повышением порогов динамический диапазон уменьшается, и также как и пороги, различается на различных частотах. Однако в отличие от порогов динамический.диапазон может меняться с опытом: на ухе, на котором в течение длительного времени использовалось усиление, определяются более высокие пороги дискомфорта и, соответст
Кохлеарная имп иштация
269
венно, более широкий динамический диапазон.
Слуховой анализ определяется как способность структур внутреннего уха и связанных с ними нервных систем генерировать образцы нервной активности, отражающие спектральные и временные различия между звуковыми образцами. У больных с выраженной глухотой резко снижен слуховой анализ. Однако, его нередко хватает для обеспечения восприятия речи. В лучшем случае, у больных с выраженной глухотой сохранена способность к восприятию ритма и интонаций речи, также контрастов между большинством гласных и согласных. В худшем случае, у них сохранена способность к грубому определению различий в интенсивности. Кроме того, слуховой анализ оказывает непосредственное влияние на способность различать речь в шуме.
Категории выраженной глухоты.
На основании возможностей слухового анализа больные с выраженной глухотой могут быть подразделены на четыре качественно различные группы:
1. Больные с выраженной глухотой и сохранной способностью к слуховому анализу - обычно имеют снижение слуха порядка 90 дБ и динамический диапазон в пределах 30 дБ. Разборчивое восприятие речи может быть у них достигнуто при адекватно подобранном слуховом аппарате. Как правило, уровень слухового анализа у них обеспечивает восприятие ритма и интонаций речи, большинства контрастов между гласными и многих контрастов между согласными звуками. При выборе адекватного усиления, адекватных условий слушания и при наличии хороших языковых навыков эти больные различают порядка 40% индивидуальных фонем в списке односложных слов. Когда же слова предъявляются в разговорном варианте, больные различают порядка 60% слов. Повышение разборчивого восприятия речи может быть достигнуто при владении считыванием с губ.
2. Больные с выраженной глухотой и пониженной способностью к слуховому анализу - обычно имеют снижение слуха порядка 100 дБ и динамический диапазон в пределах 20 дБ. При использовании слухового аппарата они слышат большинство звуков собственной речи, однако нуждаются в дополнительном (разнесенным с аппаратом) микрофоне для восприятия тихих звуков окружающей речи. Слуховой анализ у них достаточно сохранен для обеспечения восприятия ритма и интонаций речи, а также гласных и согласных. При использовании списков односложных слов эти больные различают до 25% фонем. В условиях разговорной речи различение слов у них не превышает 20%. Как и в первой группе, повышение разборчивости может быть достигнуто при визуальном подкреплении.
270
Руководство по аудиологии
3. Больные с выраженной глухотой и минимальной способностью к слуховому анализу - обычно имеют снижение слуха порядка ПО дБ и динамический диапазон в пределах 10 дБ. При использовании слуховых аппаратов с вынесенным микрофоном обеспечивается восприятие некоторых ритмических и интонационных характеристик речи, однако возможности слухового анализа на обеспечивают различения гласных и согласных. Различение фонем при предъявлении списка односложных слов не превышает 10%, что недостаточно для понимания слова в целом, даже в разговорной ситуации. Визуальное подкрепление обеспечивает не более 10% прироста в различении слов.
4. Больные с выраженной глухотой и отсутствием способности к слуховому анализу - обычно имеют пороги слышимости в пределах 120 дБ и практическое отсутствие динамического диапазона. При использовании любых условий усиления они способны различать лишь громкие звуки речи. Эти больные должны рассматриваться как больные с полной глухотой.
13.8. СРАВНЕНИЕ ВОЗМОЖНОСТЕЙ СЛУХОПРОТЕЗИРОВАНИЯ И КОХЛЕАРНОЙ ИМПЛАНТАЦИИ.
Прежде всего, учитывая то, что на выходе кохлеарного импланта имеются электрические, а не акустические сигналы, исключается проблема обратной акустической связи. А это означает, что восприятие слабоинтенсивных звуков может быть обеспечено без изменений в стабильности системы.
Вторым преимуществом кохлеарных имплантов является возможность обеспечивать информацию о высокочастотных составляющих речи, что, в принципе, не может быть обеспечено слуховыми аппаратами. Верхняя граница частот преобразователей, используемых в мощных слуховых аппаратах, соответствует 3,5-4 кГц, что обусловлено как невозможностью технического решения комбинации высокой мощности и широкой полосы в одном преобразователе, так и более выраженной обратной акустической связью на высоких частотах.
Третьим неотъемлемым преимуществом кохлеарного импланта является конструктивное решение проблемы динамического диапазона. Звуки на входе кодируются в электрические импульсы на выходе. При настройке параметров процессора последний перекодирует широкий диапазон звуковых сигналов на входе в диапазон электрических импульсов, воспринимаемых на комфортном уровне.
Итак, основными преимуществами кохлеарных имплантов являются их независимость от усиления, ширины полосы и ограничений динамического диапазона.
Кохлеарная имплантация
271
13.9. ФАКТОРЫ, ОПРЕДЕЛЯЮЩИЕ ЭФФЕКТИВНОСТЬ КОХЛЕАРНОЙ ИМПЛАНТЦИИ.
Эффективность имплантации определяется многими факторами, в частности, возрастом, в котором наступила глухота, длительностью глухоты, способностью к обучению, интеллектуальным развитием. Эти факторы могут воздействовать как раздельно, так и взаимодействуя друг с другом. Наибольшая эффективность имплантации может быть достигнута у взрослых и детей, у которых глухота наступила после развития речи (постлингвальная глухота). К следующей по эффективности группе относятся взрослые и дети с постлингвальной глухотой, длящейся в течение длительного периода. Особое место занимают дети с прелингвальной глухотой. У данной категории больных эффект может быть достигнут лишь в том случае, если проводится интенсивная работа по развитию слухового восприятия и разговорного языка.
Возраст, в котором возникла глухота.
На самом деле, основополагающее значение имеет не сам возраст, а развитие больного к наступлению глухоты. Под развитием в аспекте кохлеарной имплантации следует понимать слуховое восприятие, речь, разговорный язык и интеллект.
Возрастные группы подразделяются на прелингвальные (глухота наступила до развития речи) и постлингвальные (глухота наступила после развития речи).
Постлингвальная глухота.
Взрослые (18 и более лет)’, при наступлении глухоты в этом периоде психологические и коммуникационные аспекты играют важную роль и могут оказывать отрицательные эффекты на социальный и профессиональный компоненты реабилитации. Однако, безусловно, данная возрастная группа имеет несомненные преимущества, заключающиеся в наличии сформированных слухового восприятия, речи, разговорного языка и интеллекта, а также в умении читать и писать.
"Позднее"детство (7-18лет): В этом возрасте имеются более серьезные проблемы, обусловленные несформированным знанием окружающего мира и словарного запаса, что создает определенные проблемы в процессе обучения. И, пожалуй, наиболее важным психологическим фактором является сам факт возникновения глухоты в наиболее активном подростковом возрасте.
Раннее детство (3-7 лет): при возникновении глухоты в раннем постлингвальном периоде, хотя и считается, что продукция речи и сформирована, на самом деле, процесс этот еще не завершен. Кроме того,
272
Руководство по аудиологии
имеется существенный риск распада речи, что должно быть предотвращено.
Прелингвальная глухота.
Поздняя (1-3 года): глухота, возникшая в возрасте от 1 до 3 лет, безусловно, должна рассматриваться как прелингвальная. Однако, слуховое, речевое и общее развитие, имеющиеся на момент возникновения глухоты, существенно облегчают процесс обучения, включая адаптацию к слуховым аппаратам и кохлеарным имплантам.
Врожденная и ранняя (от рождения до 1 года): Только ребенок, у которого глухота возникла в первый год жизни, может рассматриваться как не имеющий навыков слухоречевого и общего развития, хотя и нельзя исключить возможности слухового и фонологического развития в этом возрасте. Тем не менее, этот вклад столь незначителен, что на практике он не принимается во внимание.
Текущий возраст.
Текущим возрастом определяются потребности больных с тотальной глухотой в сенсорном подкреплении и в обучающих и реабилитационных мероприятиях. У взрослых на первое место выступают социальные и профессиональные аспекты; у подростков - это образовательная и социальная сфера, в то время как у младших школьников на первое место в процессе обучения выступают общее и речевое развитие, овладение устной и письменной речью. У детей дошкольного возраста процесс обучения концентрируется, прежде всего, на формировании представлений об окружающем мире, развитии практики устной или альтернативных способов коммуникации, обучении грамоте. Возможно, наибольшее значение текущего возраста проявляется в относительном вкладе в реабилитацию сенсорных (слуховых), обучающих и реабилитационных мероприятий. Взрослый больной с глухотой, получающий сенсорную информацию посредством слуховых аппаратов или кохлеарного импланта, может нуждаться в реабилитационных мероприятиях для облегчения настройки и повышения эффективности электроакустической коррекции и имплантации. Маленькие дети с глухотой, находящиеся в процессе накопления речевого опыта, нуждаются в сенсорной поддержке с целью облегчения процесса обучения. Иными словами, у взрослых сенсорная поддержка играет определяющую роль, а реабилитационные мероприятия являются подкрепляющими, в то время как у детей на первое место выступает процесс обучения, а сенсорная поддержка является вспомогательной.
Длительность глухоты.
Третьим важным временным фактором является длительность глухоты, определяемая как разница между текущим возрастом и началом глухоты.
Кохлеарная ими чашпация
ТП
Чем меньше длительность процесса, тем больше потенциальных возможностей для успешной реабилитации как при помощи слухового аппарата, так и при помощи кохлеарного импланта. Существует две возможные проблемы, связанные с длительностью глухоты: одна из них -это утрата навыков и знаний, имевшихся на момент возникновения глухоты, а вторая - это развитие особенностей в поведении, мешающих адаптации к сенсорной работе.
Длительность глухоты особенно важна у больных с прелингвальной глухотой. Если подобные больные обучались разговорному языку и пользованию слуховым аппаратом, возможности адаптации к кохлеарному импланту у них улучшаются, даже если длительность глухоты составляет несколько лет. У больных старше 6-8 лет без развитой разговорной речи и слухового опыта или утративших приобретенные ранее навыки, прогноз неблагоприятен.
13.10. ОТБОР КАНДИДАТОВ НА КОХЛЕАРНУЮ ИМПЛАНТАЦИЮ. МЕТОДИКИ ПРЕДОПЕРАЦИОННОГО ОБСЛЕДОВАНИЯ.
Аудиологическое исследование и вестибулометрия
Аудиологическое исследование должно включать:
1. тональную пороговую аудиометрию (определение средних значений порогов на частотах 500, 1000, 2000 и 4000 Гц);
2. акустическую импедансометрию (тимпанометрию - с целью исключения патологии среднего уха; акустическую рефлексометрию - с целью подтверждения высокой степени тугоухости или глухоты, а также дифференциации улитковой и ретрокохлеарной глухоты);
3. исследование слуховых вызванных потенциалов, начиная с коротколатентных, а при необходимости - средне- и длиннолатентных; кроме того, для исключения возможной сохранности сенсорных клеток органа Корти необходимо проведение электрокохлеографии (регистрация микрофонного потенциала) и исследование вызванной отоакустической эмиссии. Регистрация слуховых вызванных потенциалов и отоакустической эмиссии проводится с целью подтверждения высокой степени тугоухости или глухоты, а также дифференциации улитковой и ретрокохлеарной глухоты.
4. исследование порогов слышимости с оптимально подобранным слуховым аппаратом в свободном звуковом поле (определение порога восприятия речи - SRT, порога распознавания речи - SDT);
5. исследование разборчивости речи (протокол обследования - см. табл. 13.1).
274
Руководство по аудиочогии
Таблица 13.1.
ПРОТОКОЛ ОБСЛЕДОВАНИЯ (пример)
ФИО Хххх Хххххххх Дата рождения 22 06 85
Дата исследования OX 11 94
Название учреждения РНПЦАиС Фамилия врача
ХХХХХХ
АУДИОМЕТРИЧЕСКИЕ ДАННЫЕ влЬнПС
Тип слухового аппарата Unilron 80 PPL Установки Л 3. П 2 5
ЛЕВОЕ УХО 250 500 1000 2000 3000 4000 Гц
пороги
воздушного проведения 80 НО 120 - - -
костною проведения 25 45 70 - -
со слуховым аппаратом 45 45 40 35 -
ПРАВОЕ УХО 250 500 1000 2000 3000 4000 Ги
пороги
воздушного проведения 70 100 ПО НО - -
костною проведения 20 50 70 - -
со слуховым аппаратом 45 45 40 40 -
ИССЛЕДОВАНИЕ РАЗБОРЧИВОСТИ РЕЧИ: в дБ нНС
ЛЕВОЕ УХО порог детекции речи восприятие речи.записанной на пленке восприятие 'живой' речи
без слухового аппарата -дБ 0% 0%
со слуховым аппаратом 65 дБ 0% 5%
ПРАВОЕ УХО порог детекции восприятие восприятие
речи речи.записанной живой'речи
без слуховою аппарата -дБ на пленке 0% 0 %
со слуховым аппаратом 70 дБ 0% 2%
РЕЗУЛЬТАТЫ ТЕСТА РАСПОЗНАВАНИЯ РЕЧИ (пример- 10/50)
Язык русский Количество используемых слов 6
Количество используемых гласных звуков 4 Количество слоюв _5
СЛОВА ЗАКРЫГЫЙ ВЫБОР ОТКРЫТЫЙ ВЫБОР
(кол-во слоюв_1_) 12/25 0/20
1ЛАСНЫЕ СРЕДИННЫЕ 7/25 2/20
СОГЛАСНЫЕ 4/30 -/-
ПРЕДЛОЖЕНИЯ -/- 2/10
Кохлеарная имичаптация
275
ИССЛЕДОВАНИЕ СО ЗРИТЕЛЬНОЙ ОПОРОЙ:
Предложения ТОЛЬКО ЧТЕНИЕ С ГУБ 3/10
ЧТЕНИЕ С ГУБ + ЗВУК 4/10
ИНТЕНСИВНОСТЬ ПРЕДЪ-
ЯВЛЯЕМЫХ СТИМУЛОВ _65_дБ
Рекомендации по исследованию разборчивости речи.
Целесообразно применение следующего набора тестов (тесты проводятся на слух и при слухозрительном восприятии):
- распознавание слов при закрытом выборе (предъявляется слово из известного набора слов, обычно четырех; предполагается определенная вероятность угадывания; правильность случайного выбора из четырех вариантов составляет 25%);
- распознавание гласных и согласных фонем при закрытом выборе;
- распознавание слов, фонем и предложений при открытом выборе, т.е. при предъявлении неизвестного материала (вероятность угадывания исключается);
- распознавание простых, часто встречающихся в быту предложений при открытом выборе.
Исследование разборчивости восприятия речи должно проводиться в наилучших условиях для слухового восприятия. Это означает, что пациент должен использовать оптимально подобранные слуховые аппараты (желателен некоторый опыт пользования такими аппаратами - обычно не менее 6 мес.). Для оптимального подбора слухового аппарата рекомендуется применение формул расчета вносимого усиления слухового аппарата по аудиометрическим данным, а также использование объективных методов контроля уровня звукового давления в наружном слуховом проходе. В тех случаях, когда слуховой аппарат не оказывает помощи, пациенту может быть предложено вибротактильное устройство (специальный вибратор или, например, костный вибратор аудиометра). Если слухопротезирование было произведено относительно недавно, то перед предоперационным тестированием обязателен период работы с сурдопедагогом для оптимального выявления возможностей слухопротезирования традиционными слуховыми аппаратами.
Исследование в свободном звуковом поле рекомендуется проводить либо в калиброванной звукозаглушенной камере, либо при постоянном контроле уровня звукового давления. Пациент должен сидеть перед громкоговорителем так, чтобы микрофон слухового аппарата (или вибротактильного устройства) был расположен на расстоянии 1 метра от источника звука, а измерительный микрофон помещался в непосредственной близости от него. При исследовании со слуховым
276
Руководство по аудиологии
аппаратом проводится оценка пороговых значений модулированного (волчьего) тона на частотах 250, 500, 1000, 2000, 3000, 4000 Гц, предъявленных в каждое ухо. Пороги детекции и разборчивого восприятия речи должны оцениваться также для каждого уха.
Рекомендуемая интенсивность предъявления стимула при тестировании разборчивости речи в свободном звуковом поле - 70 дБ УЗД, что соответствует уровню обычной беседы. Если пациент не может распознать стимул на данном уровне интенсивности, исследование следует проводить на уровне, который комфортен для пациента и который обеспечивает наилучшую разборчивость. Этого можно добиться, увеличив интенсивность. В ходе исследования, когда возможно, нужно использовать записанный на пленку речевой материал, что позволит в последующем более точно сравнить данные предоперационного и послеоперационного обследований.
Для уточнения функции вестибулярного анализатора рекомендуется проведение электронистагмографии.
Таблица 13.2
КАРТА ПРОМОНТОРИАЛЬНОГО ТЕСТИРОВАНИЯ (пример) РЕЗУЛЬТАТЫ ПРОМОНТОРИАЛЬНОЙ СТИМУЛЯЦИИ
ФИО Ххххх Ххххх Тестируемое ухо левое Дата ХХХХХ Слуховое ощущение обнаружено
ИЗМЕРЕНИЯ ДИНАМИЧЕСКОГО ДИАПАЗОНА 100 200 400
Частота (Гц) 50
Максимально допустимый уровень стимуляции (*А) 13,9 31 86
Порог (*А) 2.8 13 51 80
Динамический диапазон (*А) 11.1 18 35 -
ОПИСАНИЕ РАЗЛИЧНЫХ ЧАСТОТ 50 Гщ_"дзинь" . 100 Гц "дзинь" , 400 Ги _ 'тук' . Другие 200 Гц 'шшшш’
РАЗЛИЧЕНИЕ ЧАСТОТ' 100/200 Гц _да_; Другие
ДЕТЕКЦИЯ РАЗРЫВА
250 мс X . 200 мс X ; 150 мс X , 100 мс X .
50 мс X . 40 мс - , 30 мс - , 10 мс РАСПОЗНАВАНИЕ ВРЕМЕННЫХ ИНТЕРВАЛОВ 20 мс - ,
250 мс X , 200 мс X , 150 мс х , 100 мс X .
50 мс - .40 мс - . 10 мс АДАПТАЦИЯ Нет 30 мс 20 мс
Кохлеарная имплантация
277
Промонториальное тестирование.
Клинически наиболее значимый вопрос, выясняемый в ходе предоперационного обследования, - способна ли электрическая стимуляция вызывать у данного больного слуховые ощущения. Положительный ответ на этот вопрос свидетельствует о сохранности волокон слухового нерва (клеток спирального ганглия) и принципиальной возможности кохлеарной имплантации.
Для того, чтобы ответить на этот вопрос, каждому кандидату на имплантацию проводят промонториальный тест (см. табл. 13.2).
Методика состоит в следующем. Под местной анестезией (или без нее) или общим обезболиванием (в зависимости от возраста) транстимпанальным подходом на стенке промонториума в непосредственной близости от окна улитки фиксируют активный электрод подобно тому, как это делают при транстимпанальной электрокохлеографии. Игольчатые электроды, применяемые в кохлеографии, вполне пригодны и для проведения промонториального теста. Референтный электрод обычно устанавливают в мастоидальной области. Затем при помощи специального стимулятора на активный электрод подают биполярные импульсы частотой 50-400 Гц*. На различных частотах стимуляции определяют пороги возникновения слуховых ощущений и максимально допустимый уровень стимуляции, внимательно наблюдая за тем, как именно описывает свои ощущения испытуемый.
Ощущения должны носить выраженный характер звука и отличаться от тактильных ощущений или ощущения "подергивания" током. Разность между максимально допустимым уровнем стимуляции и порогом слухового ощущения называется динамическим диапазоном и является важным прогностическим критерием. Чем больше этот диапазон, тем в большей степени сохранны волокна слухового нерва (клетки спирального ганглия) и, соответственно, тем лучше прогноз кохлеарной имплантации. Другим прогностическим критерием является способность больного различать короткий промежуток в непрерывной электрической стимуляции (детекция разрыва), а также распознавать отличие в длительности стимулов (распознавание временных интервалов).
Результат промонториального теста считается отрицательным, если не удалось вызвать выраженного звукового ощущения при любых частотах стимуляции или если такое ощущение очень быстро угасает (ярко выраженная адаптация). Результаты промонториального теста фиксируются в специальной карте.
У детей первых лет жизни определение порогов, детекции разрыва и распознавание временных интервалов при промонториальном тесте затруднены. Поэтому у этих больных тестирование проводят с одновременной регистрацией коротколатентных, а также средне- и
* Возможно использование и иных методик промонториального тестирования, в частности, через наружный слуховой проход.
18 Заказ № К-4286
278
Руководство по аудиологии
длиннолатентных слуховых вызванных потенциалов, вызываемых электрической стимуляцией. Порогом при этом называют порог визуальной детекции потенциалов, а максимально допустимым уровнем -интенсивность стимуляции, при которой не происходит дальнейшего роста их амплитуды.
Компьютерная и магнитно-резонансная томография.
С целью исключения облитерации улитки (при которой операция крайне затруднительна и которая весьма часто встречается у детей с врожденной патологией или перенесших менингит) и выяснения точного расположения и хода тимпанального канала необходимо проведение компьютерной томографии внутреннего уха с шагом 1-1,5 мм (рис. 13.8).
Рис. 13.8. Компьютерная томограмма улитки в аксиальной (слева) и фронтальной (справа) проекциях.
Рис. 13.9. Магнитно-резонансная томограмма улиток (указаны стрелками).
Больным, перенесшим менингит, необходимо дополнительно провести магнитно-резонансную томографию (рис. 13.9).
Кохлеарная имплантация
279
13.11. ФАКТОРЫ, ОПРЕДЕЛЯЮЩИЕ СТЕПЕНЬ УЛУЧШЕНИЯ СЛУХОВОГО ВОСПРИЯТИЯ ПОСЛЕ КОХЛЕАРНОЙ
ИМПЛАНТАЦИИ.
При определении степени эффективности кохлеарной имплантации для данного больного при наличии всех необходимых условий, перечисленных выше, нельзя руководствоваться только средним порогом слухового восприятия пациента. Ни средний порог, ни этиология глухоты, ни возраст, в котором проведена операция, не являются решающими факторами, влияющими на послеоперационную разборчивость речи имплантированным больным. В то же время существует выраженная корреляция между длительностью периода глухоты (от потери слуха до имплантации) и результатами имплантации: чем меньше этот период, тем быстрее и выраженнее их прогресс в слуховом восприятии.
Важный фактор - наступила ли глухота в доречевом или в послеречевом периоде жизни больного. В последнем случае прогресс больного в распознавании речи после имплантации оказывается более быстрым и значительным.
Указанные 2 фактора столь значимы для прогноза результатов кохлеарной имплантации, что в течение длительного времени для имплантации, в основном, отбирали недавно оглохших больных, глухота которых наступила в послеречевом периоде.
Весьма хорошие результаты имплантации возможны и у глухих от рождения детей, хотя скорость достижения хорошей разборчивости речи у них замедлена по сравнению с поздно оглохшими пациентами. Следует учитывать критическую длительность глухоты (около 10 лет для оглохших больных) или критический возраст (около 10 лет для врожденно глухих детей), по прошествии которых прогноз кохлеарной имплантации резко ухудшается. Так, наиболее плохим прогноз оказывается у взрослых с врожденной глухотой. Больным этой группе имплантацию можно рекомендовать с крайней осторожностью только при хороших результатах промонториального теста, при наличии внятной членораздельной речи, близкой к норме по темпоритмическим характеристикам, при наличии ярко выраженной мотивации к интеграции в среду слышащих.
Ключевым элементом прогнозирования возможных результатов имплантации могут быть результаты промонториального теста.
280
Руководство по аудиологии
13.12. ПОКАЗАНИЯ И ПРОТИВОПОКАЗАНИЯ К КОХЛЕАРНОЙ ИМПЛАНТАЦИИ.
Основными показаниями к кохлеарной имплантации являются:
1. двусторонняя глубокая сенсоневральная глухота (средний порог слухового восприятия на частотах 0,5, 1, 2 и 4 кГц более 95 дБ);
2. пороги слухового восприятия в свободном звуковом поле при использовании оптимально подобранных слуховых аппаратов (бинауральное слухопротезирование), превышающие 55 дБ на частотах 2-4 кГц;
3. отсутствие выраженного улучшения слухового восприятия речи от применения оптимально подобранных слуховых аппаратов при высокой степени двусторонней сенсоневральной тугоухости (средний порог слухового восприятия более 95 дБ) по крайней мере, после пользования аппаратами в течение 3-6 мес. (у детей, перенесших менингит, этот промежуток может быть сокращен);
4. отсутствие когнитивных проблем;
5. отсутствие психологических проблем;
6. отсутствие серьезных сопутствующих соматических заболеваний;
7. наличие серьезной поддержки со стороны родителей и их готовность к длительному послеоперационному реабилитационному периоду занятий имплантированного пациента с аудиологами и сурдопедагогами.
Возрастные критерии:
При врожденной глухоте и у детей, оглохших в первый год жизни (до формирования речи), минимально рекомендуемый возраст соответствует 12-18 месяцам (он определяется формированием в этом возрасте минимально необходимых размеров улитки). Оптимальные результаты могут быть достигнуты в возрасте до 3 лет (принципиально вопрос об имплантации ребенка даже большего возраста должен решаться индивидуально в каждом конкретном случае с учетом как медицинских, так и психологических и социальных показателей).
У взрослых максимальный возраст ограничен общим состоянием здоровья больного и необходимостью длительного (несколько лет, по крайней мере, более года) реабилитационного периода.
Наряду с перечисленными, дополнительным критерием отбора на имплантацию больных с двусторонней сенсоневральной глухотой является разборчивость на слух предложений, равная или ниже 40%, при использовании оптимально подобранных слуховых аппаратов.
Противопоказания к кохлеарной имплантации:
1. Полная или частичная, но значительная, облитерация улитки.
Кохлеарная имплантация
281
2. Ретрокохлеарная патология.
3. Отрицательные результаты промонториального теста.
4. Сопутствующие тяжелые соматические заболевания.
5. Интеллектуальная недостаточность.
6. Наличие очаговой патологии в корковых или подкорковых
структурах головного мозга.
7. Отсутствие стремления к многолетней работе с сурдопедагогом после имплантации (у взрослых) или отсутствие поддержки членов семьи и их готовности к длительной реабилитационной работе.
13.13. ХИРУРГИЧЕСКИЙ ЭТАП КОХЛЕАРНОЙ ИМПЛАНТАЦИИ.
Барабанная лестница является оптимальным местом для установки электродной системы в максимальном приближении к волокнам слухового нерва. При этом электроды располагаются под основной мембраной и дендритами, проходящими через спиральную пластинку по направлению к клеткам спирального ганглия. Длина электродной системы кохлеарных имплантов Nucleus равна 25 мм. Система включает 22 активных электродных кольца, расположенных на расстоянии 0,75 мм, и 10 неактивных колец, увеличивающих жесткость системы. Обычно в барабанную лестницу вводится от 15 до 25 мм электродной системы, что зависит от анатомических особенностей и наличия патологии. Электроды, оставшиеся вне улитки, исключаются из карты стимуляции (инактивируются).
Основной задачей хирургического этапа кохлерной имплантации, прежде всего, является асептическое и атравматическое введение электродной системы максимально близко к нейронам спирального ганглия, что обеспечивает стимуляцию раздельных групп нейронов и, во-вторых, обеспечение четкой установки приемника/стимулятора в подготовленном костном ложе в сосцевидном отростке с последующей передачей ему посредством радиоволн информации от антенны. Хирургические этапы приведены в таблице 13.3.
Подготовка больного.
Операция производится под общим обезболиванием на фоне антибиотиков широкого спектра, введение которых начинается за 2 часа до операции. Открытие стерильного импланта производится непосредственно перед введением электродной системы.
Подготовка операционного поля ничем не отличается от подготовки при общеполостной операции на ухе.
282
Руководство по аудиологии
Таблица 13.3.
I Подютовка пациента
2 Разрез,
3 Мастоидогомия,
4 Задняя тимпанотомия,
5 Подютовка ложа для приемника-стимулятора,
6 Подготовка перешейка, соединяющего ложе с мастоидальной полостью.
7 Установка фиксирующих лакроновых полосок,
8 Кохлеостомия,
9 . Введение электродной системы.
10 Фиксация импланта,
11 Послойное ушивание раны
Разрез.
Лекало приемника/стимулятора располагается таким образом, что его верхний край соответствует верхнему уровню прикрепления ушной раковины, а его передний край отстоит приблизительно на 1 см от заушной складки. Обычно используются перевернутый U-образный или С-образный разрезы. Маркером наносится линия разреза, края которой отстоят минимум на 2 см от краев лекала. Производится инфильтрация лоскута сосудосуживающими препаратами по ходу разреза и ниже его, а также в кожу задней стенки наружного слухового прохода.
U-образный разрез.
Размеры лоскута должны обеспечивать достаточную мобильность при установке приемника/стимулятора, а основание его должно быть достаточно широким для улучшения кровоснабжения кожи. Обязательным правилом является то, чтобы разрез не проходил над проекцией расположения приемника-стимулятора. После подготовки кожного лоскута с подкожной клетчаткой отсепаровывается второй лоскут, состоящий из глубокой фасции и надкостницы. Второй лоскут смещен кпереди.
Использование двух лоскутов снижает риск распространения поверхностной раневой инфекции вглубь.
С-образный разрез.
Данный разрез имеет расходящиеся верхний и нижний края, что обеспечивает адекватное кровоснабжение через поверхностную височную артерию сверху и позадиушную артерию снизу. Расстояние между краями разреза и краями приемника/стимулятора, как и при U-образном разрезе, превышает 2 см.
Эндауральный разрез.
Разрез проводится по задней стенке наружного слухового прохода с
Кохлеарная имплантация
283
выходом через sulcus preauricularis, огибает ушную раковину сверху и продлевается на 10-12 см кзади. Данный разрез обеспечивает большее удаление от приемника/стимулятора.
Мастоидотомия и задняя тимпанотомия.
Проводятся классическая мастоидотомия и задняя тимпанотомия (рис. 13.10). При выполнении задней тимпанотомии необходимо убедиться, что обозримы все необходимые ориентиры: латеральный полукружный канал, короткий отросток наковальни и стременная мышца.
Операция продолжается до обозначения структур стремени и ниши окна улитки. Задняя тимпанотомия должна быть шириной, как минимум, в 2 мм для обеспечения адекватного доступа к окну улитки. Место проведения задней тимпанотомии определяют, истончая кость задней стенки наружного слухового прохода до тех пор, пока не обозревается под оставшейся костью барабанная струна.
Рис. 13.10. Задняя тимпанотомия: обозреваются структуры длинного отростка наковальни (1), стремени (2), стременной мышцы (3) и ниша круглого окна (4)
Рис. 13.11. Завершенные мастоидотомия и задняя тимпанотомия. Шаблон установлен в области формирования костного ложа для приемника/стимулятора.
284
Руководство по аудиологии
Подготовка ложа для приемника-стимулятора и формирования перешейка между ним и мастоидальной полостью.
Костное ложе должно обеспечивать неподвижность приемника-стимулятора. Форма ложа определяется при помощи специального шаблона (рис. 13.11). Передний край его должен располагаться на 1 см кзади от позадиушной бороздки. Ложе формируется при помощи боров, а края его и дно сглаживаются при помощи специальных алмазных боров (рис. 13.12). По обе стороны ложа высверливаются отверстия, которые будут использоваться в дальнейшем для фиксации приемника-стимулятора.
Рис. 13.12 Подготовка костного ложа для приемника/стимулятора (слева); сглаживание краев и дна ложа при помощи алмазных боров (справа).
Далее формируется перешеек между ложем и мастоидальной полостью (рис. 13.13). В костном выступе высверливаются две пары отверстий для дакроновых полосок, предназначенных для фиксации электродной системы.
Рис. 13.13. Формирование перешейка между костным ложем и мастоидальной полостью.
Кохлеарная имплантация
285
Кохлеостомия.
Вскрытие барабанной лестницы (кохлеостомия) производится на 1 мм кпереди и книзу от ниши окна улитки (рис. 13.14). При формировании отверстия в промонториальной стенке следует помнить, что диаметр самого большого электродного кольца равен 0,6 мм.
Рис. 13.14. Вскрытие барабанной лестницы в области основного завитка кпереди и книзу от ниши круглого окна.
Введение электродов.
Имплант достается из контейнера и с электродной системы снимается защитная трубка. Приемник-стимулятор удерживается между пальцами и начинается введение электродной системы в кохлеостому при помощи специального инструмента (см. рис. 13.15).
Рис. 13.15 Электродная система вводится в барабанную лестницу через кохлеостому Подготовлены дакроновые полоски (слева); приемник-стимулятор установлен в костном ложе и зафиксирован швами (справа).
Как правило, без всяких усилий вводится до 9-10 мм электродной системы. После этого используется вилочка. Как было отмечено выше, последние 10 колец обеспечивают жесткость системы и не используются для стимуляции. Поэтому нет никакой необходимости в их введении в улитку. Если имеется какое-либо препятствие для введения электродов,
286
Руководство по аудиологии
никогда не следует применять усилия. В то же время, если удается ввести все 25 мм электродной системы, больному будет обеспечена лучшая разборчивость гласных, что связано с тем, что большее количество электродов будет расположено вблизи волокон, наиболее чувствительных к речевым частотам.
При возникновении препятствия введению электродов могут быть использованы следующие рекомендации. Прежде всего, можно попробовать деликатно повернуть электрод на 180° по направлению завитка улитки по часовой стрелке в левом и против часовой стрелки в правом ухе (рис. 13.16).
Рис. 13 16. Схема изменения направления введения электрода при вращении его в сторону завитков улитки.
Тестирование импланта.
После введения электродной системы производится тестирование импланта при помощи регистрации рефлекса стременной мышцы (производится при помощи специальной системы (для имплантов CI22 и CI20+2) или программного обеспечения (для имплантов CI24)). За 10 мин. до начала тестирования прекращается введение миорелаксантов. Сокращение мышцы определяется хирургом под визуальным контролем.
В системе CI24 имеется система автоматической телеметрии, обеспечивающая определение импеданса электродов и телеметрию нервного ответа (регистрацию электрически вызванного потенциала действия слухового нерва). Импеданс измеряется в режиме общей земли. При этом в течение 10 с обеспечивается информация как о закороченной, так и об открытой цепи каждого из 22 активных электродов.
*Рис. 13.10-13.16 предоставлены фирмой Cochlear
Кохлеарная имплантация
287
Проведение телеметрии нервного ответа не требует дополнительных внешних устройств и внешних электродов. В результате получается информация об активности отдельных групп нейронов спирального ганглия, расположенных соответственно локализации каждого электрода системы.
Стабилизация импланта.
После введения электродной системы она должна удерживаться при помощи вилочки. Далее затягиваются подготовленные узлы из дакроновых полосок. Длина электродной системы (65 мм) позволяет избежать нежелательных петель. В завершение в область кохлеостомы укладываются кусочки мышечной ткани. Приемник-стимулятор фиксируется при помощи швов из нерассасываюшегося шовного материала (см. рис. 13.16).
Следует помнить, что после установки электродной системы последняя может быть повреждена электромагнитным излучением, исходящим от электроножа. Нож может использоваться только в режиме коагуляции в биполярной форме, но ни в коем случае в режиме резания. В случае возникновения кровотечения в пределах 4 см от импланта, приемник-стимулятор следует удалить, не сдвигая электродной системы.
Закрытие и ушивание раны.
Приемник-стимулятор покрывается фасциальным лоскутом и ушивается, обеспечивая дополнительную фиксацию приемника-стимулятора.
Рана обрабатывается раствором антибиотика.
Следует помнить, что края фасциального лоскута не должны располагаться под краями кожного разреза.
13.14. ПОДКЛЮЧЕНИЕ РЕЧЕВОГО ПРОЦЕССОРА И СУРДОПЕДАГОГИЧЕСКАЯ РЕАБИЛИТАЦИЯ.
Подключение речевого процессора производится через 4-6 недель после операции. Первая настроечная сессия проводится в течение шести дней (по три дня в течение двух недель): осуществляется настройка речевого процессора (определяются пороги восприятия и комфорта на каждом активном канале) и начинаются реабилитационные мероприятия. Далее сессии проводятся раз в три месяца в течение одной недели в первый год после операции. В последующие годы контроль за картой процессора и реабилитационные сессии проводятся 2-3 раза в год.
Для имплантированных детей особое значение приобретает взаимодействие между аудиологом, сурдопедагогом и родителями, а также
288
Руководство по аудиологии
эмоциональный контакт каждого из них с ребенком. Аудиологу для успешной настройки речевого процессора необходимо наличие у пациента некоторых умений (реагировать на присутствие или отсутствие звука, сосчитать количество звучаний, определить субъективно ощущаемую абсолютную или относительную громкость звука и др.). Сурдопедагог может определить и показать, как, какими способами научить ребенка этим умениям. Однако, основной процесс обучения, автоматизации необходимых умений обеспечивается родителями в домашних условиях.
100-
80-
60-
40-
Ж я ч ♦ я п X - 8 В О ЕН А МП V НД а на К НФ ♦ ЕН-А М П ' V НД • ЯП- Н А •
0НА
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18
-Г“Т—г-’.Т'г.ГП.....’.1.'.Г"1
20 22 24 26 28 30 32
Длительность пользования речевым процессором (мес)
Рис. 13.17. Зависимость динамики разборчивости слов, предъявляемых в открытом выборе, от длительности пользования речевым процессором .
Уже в процессе дооперационного психолого-педагогического обследования ребенка можно сделать предварительный прогноз о результативности кохлеарной имплантации. Важными показателями для этого являются не только и не столько уровень общего развития маленького пациента (соответствие возрасту его познавательной, эмоциональноволевой, интеллектуальной сферы) и уровень его речевого развития (состояние устной и письменной речи, перцептивных навыков при коммуникации с окружающими). Опыт показал, что не менее важными, а в некоторых случаях - решающими факторами оказывается, во-первых, психологическая готовность родителей к повседневной кропотливой работе с собственным ребенком (четкое выполнение заданий сурдопедагога, пунктуальное посещение сеансов настройки речевого процессора и педагогических занятий), и, во-вторых, владение родителями или их способность к овладению элементарными педагогическими знаниями и умениями, необходимыми для целенаправленной работы со своим ребенком в домашних условиях.
Кохлеарная импчантация
289
И, наконец, весьма существенным является следующее:
- обеспечение ребенку после имплантации речевой среды (условия пребывания среди нормально говорящих сверстников и взрослых) с учетом уровня его общего и речевого развития;
- решение вопроса о возможности обеспечить усвоение общеобразовательной программы (детского сада, школы), соответствующей возрасту ребенка, и об организационных формах этого обеспечения.
Отсутствие возможности положительного решения этих проблем ставит под сомнение успешность операции.
Прогресс в слуховом восприятии и продукции речи, наряду с перечисленными выше критериями, зависит и от длительности использования кохлеарного импланта.
На рис. 13.17 представлены результаты динамики разборчивости восприятия слов от длительности использования речевого процессора кохлеарного импланта. Из рисунка следует, что практически у всех больных процент разборчивости возрастает со временем. Однако количественная характеристика увеличения разборчивости и сроки достижения максимальной разборчивости зависят как от длительности глухоты, так и от возраста на момент операции. Особое значение имеют характеристика глухоты (пре- или постлингвальная) и ее этиология.
290
Руководство по аудиологии
РЕКОМЕНДУЕМАЯ ЛИТЕРАТУРА.
1. Ланцов А.А., Петров С.М., Пудов В.И. Краткое введение в проблему кохлеарной имплантацию// Вестн. оторинол.-1998.-№2.-С.9-11.
2. Таварткиладзе Г.А. Кохлеарная имплантация// Учебное пособие.-М.,2000.
3. Таварткиладзе Г.А, Фроленков Г.И., Белянцева И.А., Миронова Э.В. и др. Показания к имплантационному слухопротезированию// Методические рекомендации. - М., 1995.
4. Таварткиладзе Г.А., Миронова Э.В., Фроленков Г.И., Белянцева И.А. Восприятие речевых стимулов различного лингвистического уровня больными с кохлеарными имплантами Nucleus // В кн.: Расстройства речи/ Новости оториноларингологии и логопатологии.-1999.- Приложение 1,-С.87-97.
5. Clark G.M., Blarney P.J., Brown А.М., et al. The University of Melbourne - Nucleus multi-electrode cochlear implant/ Advances in Oto-Rhino-Laryngology / Ed.: C.R. Pfaltz. - Karger, 1987. - Vol.38. - 189 p.
6. Cochlear implants with emphasis on the pedagogical follow-up for children and adults/ Ed.: I. Post, K. Trondhjem / 17th Danavox Symposium. - 1997.
7. Schindler R.A., Merzenich M.M. Cochlear implants/ Ed.: R.A. Schindler, M.M Merzenich. - Raven Press, N.Y., 1985.
8. Tavartkiladze G.A. Mironova E.V., Borovleva R.V., Belyantseva I.A., Frolenkov G.I. Therapeutic Concepts for Training Cochlear Implant Patients Who Have Good Preoperative Language Skills// In: Cochlear Implant Rehabilitation in Children and Adults/ Ed.: D.Allum-Mecklenburg, Whurr Publishers, 1996, P.232-242
9. Tavartkiladze G.A., Frolenkov G.I., Mironova E.V. Evidence for association between perception of electric stimuli and rehabilitation dynamics in users of 22-channel "Cochlear" implant//Ann. Otol. Rhinol. Laryngol (St. Louis).-1995,-Suppl.166.-Vol. 104, N9, part 2, P. 181-184.
10. Tavartkiladze G.A., Mironova E.V., Borovleva R.A. et al. Therapeutic concepts for trainingcochlear implant patients who have good preoperativelanguage skills// In: Cochlear implant rehabilitation in children and adults/ Ed.: D.J.Allum. - Whurr Publishers, 1996,-Chapt. 15.-P.232-242.
11. Tyler R.S. Cochlear implants: Audiological foundations/ Ed.: R.S. Tyler. -Whurr Publishers, 1993.
Слухопротезирование
291
ГЛАВА 14.
СЛУХОПРОТЕЗИРОВАНИЕ.
Основное предназначение слухового аппарата (СА) - это обеспечение усиления звуков таким образом и в такой степени, чтобы больной смог бы наиболее эффективно использовать свой остаточный слух.
14.1. ТИПЫ СЛУХОВЫХ АППАРАТОВ .
Механические СА.
Первой системой усиления, вероятно, следует считать использование ладони, прикладываемой к уху. Данный способ обеспечивает усиление в 14 дБ на частоте 1500 Гц. К механическим средствам относятся акустические рожки, трубки и др. Данный класс СА использовался, начиная с 17-го века, и сохранялся в обращении до начала 20-го столетия.
Электрические СА.
На замену механическим пришли электрические СА, получившие бурное развитие в течение последних 50 лет.
Современные СА.
В зависимости от расположения современные слуховые аппараты подразделяются на внутриушные и внутриканальные, заушные, карманные, в очковой оправе и имплантируемые.
Как правило, внутриушные слуховые аппараты относятся к индивидуальным, т.е. электронные компоненты аппарата располагаются в корпусе, изготовленном по индивидуальному слепку наружного слухового прохода и ушной раковины. Они подразделяются на аппараты, занимающие всю ушную раковину ("full concha ") или часть ее ("half concha ").
К этомуже классу относятся аппараты модульного типа, которые имеют фиксированную форму и устанавливаются в индивидульном ушном вкладыше.
К внутриканальным СА относятся перимеатальные (располагаемые частично в ушной раковине, частично в хрящевом отделе наружного слухового прохода) и перитимпанальные (полностью располагаемые в слуховом проходе в непосредственной близости от барабанной перепонки). Последние СА имеют ряд преимуществ, прежде всего заключающихся в косметическом эффекте, необходимости в меньшем усилении и выходном УЗД, большем усилении высоких частот, уменьшении или исключении окклюзионного эффекта, улучшенном функционировании в шуме, уменьшении обратной связи, нормальном использовании телефона (отсутствии необходимости в катушке индуктивности).
292
Руководство по аудиочогии
14.2. ПОДРАЗДЕЛЕНИЕ СЛУХОВЫХ АППАРАТОВ В СООТВЕТСТВИИ С ПРИНЦИПАМИ ДЕЙСТВИЯ.
В соответствии с принципами действия СА подразделяются на одно- и многополосные СА, неадаптивные и адаптивные, аналоговые и программируемые, а также цифровые.
Использование в современных СА нескольких частотных полос обеспечивает возможность их раздельной регулировки.
Специальные функции - так называемый, CROS (Harford, Batty, 1965), что означает контралатеральное подведение сигналов, предназначен для восприятия звуков со стороны глухого уха при подведении их к уху слышащему. Данный подход исключает эффекты тени головы. Особенно эффективен данный подход при круто нисходящей высокочастотной тугоухости (начиная с 1000 Гц) при сохранном слухе на низких частотах.
Эффективность данного подхода определяется практически полным исключением усиления на низких частотах при подаче звука в открытый слуховой проход через пластиковую трубку. Усиление при использовании CROS при замере у барабанной перепонки без слухового аппарата и при его применении равно нулю на частотах ниже 800 Гц. На более высоких частотах (1000-5000 Гц) усиление практически однородно и равно приблизительно 30 дБ.
Дополнительным преимуществом разделения микрофона и телефона головой пациента является снижение возможности возникновения обратной связи, что, в свою очередь, позволяет использовать дополнительное усиление и больший выходной уровень СА. При этом используются трубки и открытые ушные вкладыши.
BICROS - ситуация, когда сигнал через микрофон, установленный у непротезируемого уха, добавляется к тракту усиления со стороны протезируемого уха. Обычно используются закрытые вкладыши или вкладыши с вентильными отверстиями.
MULTICROS- пациент может сам выбирать режим: CROS, BICROSили монауральное усиление.
Неадаптивные СА.
В неадаптивных СА используются схемы, не позволяющие изменить выходные характеристики СА при предустановке его переключателей. Данная категория СА характеризуется наличием триммеров, контролирующих тембр и выходной уровень.
Адаптивные СА.
Адаптивные СА включают схемы, в которых предусмотрена обработка сигнала, изменяющая характеристику СА при изменении входного сигнала. Данная модификация сигнала триггерируется в основном изменениями
Слухопротезирование
293
частоты и интенсивности. Наиболее характерными отличиями данного класса С А являются автоматическая регулировка усиления (АРУ), автоматическая обработка сигнала и наличие схемы адаптивной фильтрации шума.
Аналоговые СА.
Данный класс СА обеспечивает отображение постоянно меняющейся физической переменной (звука) в виде другой физической переменной -электрического тока. До настоящего времени - это все еще достаточно распространенный класс СА.
Программируемые СА.
В данном классе СА используются обычные усилители и фильтры, контролируемые внешним цифровым источником. В них заложены ситуационные программы, используемые пациентом по собственному выбору.
Цифровые СА.
В настоящее время цифровые аппараты получают все более широкое распространение. Истинно цифровые аппараты отличаются от программируемых, по крайней мере, по трем основным признакам:
1) в них производится оцифровка входного сигнала;
2) в них используется схема цифровой обработки сигнала;
3) в них может быть предусмотрено принятие решений.
На самом деле цифровой аппарат представляет собой компьютер, в котором используется цифровая обработка сигнала для исключения необходимости применения обычных аналоговых компонентов, таких как транзисторы, сопротивления, конденсаторы и диоды. Осуществляется это путем перевода соответствующих компонентов в программное обеспечение.
В соответствии со способом передачи СА подразделяются на СА воздушного звукопроведения и СА костного звукопроведения. В СА воздушного звукопроведения электрическая энергия (усиленная) преобразуется в акустическую энергию, подводимую в слуховой проход. В СА костного звукопроведения электрическая энергия (усиленная) преобразуется в механические вибрации, передаваемые к костям черепа. Использование последних СА ограниченно ситуациями, когда имеется большой костно-воздушный интервал (30-50 дБ) или имеются постоянные выделения из уха.
Монауральное и бинауральное слухопротезирование.
Раличают слухопротезирование монауральное, когда протезируется одно, как правило, лучше слышащее ухо, и бинауральное, когда протезируются оба уха двумя слуховыми аппаратами. Альтернативой
9 J<i ка । \ К 42К6
294
Руководство по аудио югии
является псевдобинауральное слухопротезирование, когда оба уха протезируются одним слуховым аппаратом (один микрофон и два телефона). Как правило, данный тип используется в карманных СА.
14.3. ХАРАКТЕРИСТИКИ СЛУХОВЫХ АППАРАТОВ.
Успехи в технологии разработки СА определяются, прежде всего, совершенствованием их компонентов, что выражается в улучшении акустических и электрических характеристик, а также в миниатюризации и повышении надежности компонентов.
На рис. 14.1 представлена упрощенная схема СА.
Рис. 14.1. Упрощенная схема СА.
Телефон
Источники питания.
Как правило, чем больше усиление и выходной УЗД насыщения СА, тем большей должна быть емкость батареи и, соответственно, большим ее размер. Наиболее распространенными являются воздушно-цинковые батареи (до 63%), в то время как ртутные не превышают 36%, хотя и намечается тенденция к их вытеснению. Применение других типов батарей - оксид-серебряных или никель-кадмиевых - весьма ограничено. Основным отличительным свойством батарей слуховых аппаратов является относительно пологая характеристика их разряда. Это означает, что в течение жизни батареи она не разряжается резко. Емкость батареи измеряется в мА/час. При известном разряде тока жизнь батареи определяется по формуле: емкость, деленная на разряд тока. Формула эта справедлива для усилителей типа А, так как разряд тока постоянен и не зависит от установки громкости или входного уровня. В усилителях же типа Б время жизни батареи установить достаточно сложно. В данном классе усилителей разряд тока - величина непостоянная. Кроме того, разряд имеет большие значения при высоких входных уровнях, высоких уровнях усиления, высоких уровнях окружающего шума, а также при сдвинутом в
Слухопротезирование
295
низкочастотную область диапазоне усиления. Для усилителей класса Б (пуш-пульных, с большим усилением и уровнями выхода) обычными являются значения разряда, равные 3-15 мА.
Преобразователи.
К преобразователям СА относятся микрофоны и телефоны. Они активируются одним видом энергии, преобразуя его в другую форму.
Микрофоны. Они преобразуют звуковое давление в небольшие аналоговые электрические сигналы. В микрофонах, используемых в течение десятилетий в слуховых аппаратах, применялись различные принципы, в частности, углеродные и пьезоэлектрические микрофоны (1930). Электромагнитный микрофон с низким входным сопротивлением был впервые применен в 1946 г. в карманном СА и послужил основанием для разработки в начале 1950-х годов транзисторного усилителя. Ограничения данного класса микрофонов - плохая низкочастотная характеристика ответа и относительно высокая чувствительность к механическим повреждениям и вибрации.
Начиная с 1971 г., в СА используются электретные микрофоны, что обусловлено их высокой чувствительностью, прекрасным широкополосным частотным ответом и качеством звука, небольшими размерами, надежностью, низким внутренним шумом и низкой чувствительностью к механическим вибрациям.
Категории: микрофоны, используемые в СА, могут характеризоваться как по давлению (всенаправленные), так и по градиенту давления (направленные).
К дополнительному входу, используемому в СА, относится индукционная катушка. Она используется как при разговоре по телефону, так и в помещениях с индукционной петлей.
Кроме того, в большинстве современных СА имеется аудиовход, обеспечивающий подсоединение СА к внешним источникам звуков.
Телефоны (или приемники) предназначены для преобразования усиленного электрического сигнала в акустический или вибраторный сигнал на выходе. Соответственно, различаются телефоны воздушного и костного звукопроведения.
Усилители.
Усилитель предназначен для усиления слабого электрического сигнала на выходе микрофона. Нередко процесс усиления разделяется на несколько стадий. В современных СА усиление обеспечивается использованием транзисторов, которые могут рассматриваться как полупроводниковые
296
Руководство по аудиологии
резисторы, регулирующие ток или действующие как преобразователь. Так в СА он преобразует ток, поступающий от батареи, в требуемый на выходе ток. При этом общее усиление контролируется входным током микрофона.
Как правило, усилители, используемые в СА, представляют собой монолитные интегральные схемы или же гибридные интегральные схемы, а также их комбинации.
Схемы, используемые в СА, имеют три или более стадий усиления. Финальная выходная стадия усилителя может подразделяться на классы А, В и D.
Класс А обычно используется в СА с низким усилением и выходным УЗД, в которых пиковое усиление не превышает 50 дБ. Они имеют постоянный разряд тока вне зависимости от уровня входного сигнала.
При необходимости использования большего усиления применяются пуш-пульные СА, в которых используются усилители класса В. В них имеются два раздельных устройства, обеспечивающих усиление отрицательных и положительных циклов входной волны. При отсутствии сигнала на входе отсутствует и разряд тока. Иными словами, они более экономичны. Выходная стадия усиления данного класса усилителей теоретически может обеспечить в 4 раза большую амплитуду выходного сигнала в телефоне, по сравнению классом А. Кроме того, усилители класса В обеспечивают больший выходной уровень на высоких частотах.
Усилители класса D - в отличие от предыдущих встроены непосредственно в телефон. Это позволяет запустить телефон относительно низкими уровнями переменного тока. К преимуществам интегральных схем данного класса относятся: 1) меньшее количество элементов и размеры; 2) меньший ток; 3) более высокий уровень насыщения; 4) повышенная надежность СА, обусловленная меньшим количеством внешних связей. Однако, учитывая то, что в современных усилителях класса В также используется минимальное количество внешних связей, отмеченные преимущества относятся прежде всего к классу А.
Наконец усилители подразделяются на одно- и многополосные. Используемые до 1987 года однополосные усилители обеспечивали лишь регулировку высоких и низких частот.
Многополосные усилители аналогичны графическим эквалайзерам. Они обеспечивают раздельную регулировку усиления раздельных частотных полос.
Регулировки.
Регулировкам принадлежит особая роль в изменении характеристик СА. Наиболее часто используемой является регулировка усиления, применяемая больным и представляющая собой переменное сопротивление.
Слухопротезирование
297
Существует также триммерный контроль усиления, представляющий собой регулировку усиления, используемую специалистом.
Электронная регулировка тембра - меняет частотный ответ СА и включает набор фильтров (конденсаторов, сопротивлений). Изменения частотного ответа регулируются дискретной установкой при помощи переключателя или плавной установкой при помощи отвертки. Набор фильтров имеет диапазон от простого пассивного фильтра первого порядка до активных фильтров более высокого уровня, обеспечивающих большее низкочастотное и высокочастотное подавление, а также фильтрацию отдельных полос в многополосных СА.
Регулировка выходного уровня звукового давления (SSPL90) используется для обеспечения максимального выходного уровня, не достигающего однако порогов дискомфорта пациента. Диапазон составляет 15-25 дБ.
Другие регулировки представлены автоматической регулировкой усиления, схемами подавления обратной связи (в основном подавлением высокочастотного усиления, однако иногда и фильтрами).
Ограничивающие системы.
Предназначением каждого СА является усиление слабых звуков до достаточно громкого уровня, однако, без их чрезмерного усиления, достигающего дискомфортных уровней. Каждый слуховой аппарат имеет максимально достижимый УЗД (насыщение, перегрузка), определяемый телефоном, напряжением батареи, а также усилителем. На практике, однако, ограничения преимущественно определяются усилителем. Эти уровни могут регулироваться и устанавливаться ниже уровня насыщения.
Рис. 14.2. Кривые входа-выхода линейного СА.
298
Руководство по аудиологии
Концепция линейного усиления.
Усиление линейного аппарата отображено кривыми входа/выхода на рис. 14.2.
Линейное усиление означает, что выходной сигнал всегда пропорционален входному сигналу. При увеличении входного УЗД выходной УЗД увеличивается на ту же самую величину до достижения уровня насыщения, после чего дальнейшее увеличение входного УЗД не сопровождается изменением выходного. В большинстве линейных СА насыщение достигается при уровне входного сигнала 90 дБ УЗД. Передаточная функция (характеристики входа/выхода) всегда изображается под углом в 45° к абсциссе, если и абсцисса, и ордината имеют одинаковую шкалу. Линейное усиление может быть описано как отношение 1:1 в рабочем диапазоне, с наклоном в 45" или постоянным усилением. В подобных системах при достижении уровня насыщения имеет место клиппирование пиков (см. рис. 14.3).
Рис. 14.3. Жесткое клиппирование
Ограничение выхода путем непосредственного его регулирования.
Жесткое клиппирование.
Клиппирование пиков является самым простым способом ограничения выходного уровня СА и определяется как удаление электронным путем пиков сигнала одной или обеих полярностей (рис. 14.3).
К преимуществам жесткого клиппирования относятся его конструктивная простота и малые размеры при обеспечении эффективного ограничения выхода.
К недостаткам жесткого клиппирования прежде всего следует отнести возникновение гармонических и интермодуляционных искажений над уровнем ограничения.
Слухопротезирование
299
Мягкое клиппирование.
Данный вид клиппирования является разновидностью нелинейного усиления, которое характеризуется медленным увеличением выходного уровня при увеличении входного уровня (см. рис. 14.4)
Рис. 14.4. Мягкое клиппирование
Ограничение выхода путем регулирования усиления в зависимости от времени: схемы обратной связи, преобразования, адаптивные слуховые аппараты.
Автоматическая регулировка усиления.
Данные системы имеют встроенную схему, автоматически уменьшающую электронное усиление СА как функцию величины сигнала, подлежащего усилению. Усиление уменьшается, однако способ этот отличается от клиппирования. Двумя основными задачами данной системы являются: 1) снижение усиления СА при повышении входного УЗД таким образом, что не достигается предел выходных характеристик, а искажения снижаются и 2) снижение динамического диапазона выходного сигнала и приведение его к динамическому диапазону поврежденного уха. Уровень усиления контролируется автоматически. Данный процесс описывается также как компрессия имеющегося динамического диапазона в меньший диапазон. Иными словами, компрессия сводит к минимуму искажения при высоких уровнях входного сигнала, перераспределяет динамический диапазон речи, выполняет функции автоматического регулятора громкости, обеспечивает слуховой комфорт в шумной обстановке.
Кривая входа/выхода СА с автоматической регулировкой усиления может быть разделена на 3 части: линейный отрезок при низких входных значениях УЗД, когда прибавки во входном УЗД вызывают равные прибавки в выходном УЗД; отрезок, соответствующий компрессии, когда прибавки во входном УЗД вызывают меньшие прибавки в выходном УЗД;
300
Руководство по аудиологии
отрезок с ограничениями, когда прибавки во входном УЗД не оказывают существенного влияния на выходной УЗД.
Компрессия характеризуется следующими понятиями:
Ограничительный уровень - уровень, которым ограничен выходной уровень насыщения СА.
Колено компрессии - порог компрессии или порог автоматической регулировки усиления. Порог компрессии - это минимальный входной уровень, необходимый для срабатывания компрессии. Колено компрессии может быть охарактеризовано как точка, в которой кривая входа/выхода отстоит на 2 дБ по оси выходного УЗД от продолжения линейного участка кривой входа/выхода (при нелинейной компрессии). Уровень, на котором проявляется это колено, различает аппараты с высокими и низкими уровнями компрессии.
Коэффициент компрессии - степень компрессии представляет собой результат отношения величины изменения (увеличения) входного УЗД к величине изменения (увеличения) выходного УЗД в области действия компрессии.
Рис. 14.5. Варианты компрессии.
Коэффициент компрессии может определяться также как отношение порога дискомфорта к величине динамического диапазона.
Постоянная времени. В процессе стабилизации при новых значениях усиления возникают временные задержки, обусловленные схемами обратной связи.
Время атаки (время срабатывания) относится к промежутку времени, необходимому для схемы обратной связи для установки нового значения
Слухопротезирование
301
усиления при высокоинтенсивных сигналах на входе. Как правило, время атаки равно 1 - 5 мс.
Время восстановления относится к промежутку времени, необходимому для схемы обратной связи для возвращения сниженных значений усиления к предыдущим величинам, когда прекращается подача высокоинтенсивных сигналовна вход. Время восстановления всегда больше времени атаки. Время восстановления может колебаться от 40 мс до нескольких секунд.
Компрессия может разделяться на низкопороговую и высокопороговую (см. рис. 14.5).
Нелинейная компрессия. При нелинейной компрессии коэффициент компрессии меняется в зависимости от входного уровня.
Рассматривая весь диапазон компрессии, можно вычислить средний эффективный коэффициент компрессии.
Большинство компрессионных технологий можно разделить на следующие категории: компрессия, регулируемая по входу (AGC-I), и компрессия, регулируемая по выходу (AGC-O).
Компрессия, регулируемая по входу. При компрессии сигнала до его усиления можно использовать низкие значения порога и коэффициента компрессии. Можно также использовать AGC-I для ограничения компрессии при высоких значениях порога и коэффициента компрессии. При этом следует иметь в виду, что положение регулятора громкости влияет на максимальный выходной уровень сигнала (рис. 14.6).
Рис. 14.6. Компрессия, регулируемая по входу.
В некоторых СА используется фронтальная AGC-1 (высокий порог для ограничения компрессии) и вторичная AGC-I для компрессии обычных сигналов ниже высокого порога срабатывания входной компрессии.
302
Руководство по аудиологии
Применяется также первичная нелинейная обработка сигнала, предполагающая использование низкого порога компрессии для восстановления нормального ощущения громкости.
Компрессия, регулируемая по выходу.
В данном случае при компрессии сигнала после его усиления необходимо использовать высокие значения порога и коэффициента компрессии. Положение регулятора громкости минимально влияет на максимальный выходной уровень сигнала (14.7). Первичная линейная обработка не предназначена для восстановления нормального ощущения громкости, а используется в основном для уменьшения искажений (сравните с клиппированием) при высоких уровнях входного сигнала.
Рис. 14.7. Компрессия, регулируемая по выходу.
Ограничение компрессии.
Ограничение компрессии может быть использовано как при компрессии, регулируемой по входу, так и при компрессии, регулируемой по выходу. При этом отсутствует необходимость в использовании специальной электронной схемы. Ограничение компрессии используется для предотвращения искажений, дискомфорта и болевых ощущений при громких звуках. Обычно применяются высокие значения порога и коэффициента компрессии. Данная функция может быть сравнена с "ударом по тормозам".
Следующей разновидностью компрессии является компрессия в широком динамическом диапазоне. В данном случае используется низкий порог компрессии - не выше 55 дБ. Иногда именуется компрессией в полном динамическом диапазоне.
Слухопротезирование
303
Слоговая компрессия. Компрессия с низкими значениями порогов и коэффициентов характеризуется коротким временем срабатывания и отпускания - 50 - 150 мс.
Таким образом, ограничение усиления может происходить как при компрессии, регулируемой по входу, так и при компрессии, регулируемой по выходу, однако компрессия, регулируемая по входу, не обязательно ограничивает усиление, в то время как компрессия, регулируемая по выходу, всегда ограничивает усиление.
Компрессия в широком динамическом диапазоне всегда является компрессией, регулируемой по входу. В то же время, компрессия, регулируемая по входу, не обязательно является компрессией в широком динамическом диапазоне.
Слоговая компрессия всегда является компрессией в широком динамическом диапазоне, но последняя не всегда является слоговой.
Автоматическая обработка сигнала (ASP).
На рис. 14.8. представлена схема, включающая многообразие принципов обработки сигнала. До настоящего времени в подобных схемах предусматривалось ослабление усиления на высоких уровнях и/или увеличение усиления на низких уровнях без изменения частотных характеристик (фиксированный частотный ответ - FFR). В данных схема предусмотрено использование схем традиционной автоматической обработки сигнала (схем автоматической регулировки усиления или компрессии).
ASP
(автоматическая обработка сигнала)
I FFR
(Фиксированный частотный ответ)
| LDFR
| (частотный ответ зависящий от уровня)
Лимит компрессии
Широкополосная компрессия
BILL (Тип I) Повышение басов! ча низких уровнях
Понижение усил на высоких уровн
Повышение усил на низких уровнях
Понижение басов' на высоких уровн ।
I TILL (Тип II) i Повышение выс I |част на низк ур I
Понижение высок част на выс уровн
PILL (Тип III) Прслраммируемое повьн на низких уронях
t Понижение низких и вы 1 1 соких на высоких уровнях!
Рис 14.8. Схема, отображающая принципы автоматической обраблотки сигнала.
В современных схемах предусмотрено также и изменение частотного ответа как функции входного сигнала (частотный ответ, зависящий от уровня - LDFR).
304
Руководство по аудиологии
Типы частотного ответа, зависящего от уровня.
Тип 1 (BILL) - повышение низких частот на низких уровнях и понижение их на высоких уровнях (см. рис. 14.9).
Тип 3 (PILL) (программируемое повышение на ниаких уровнях)
Рис. 14.9. Тпы частотного ответа, зависящего от уровня
Тип 2 (TILL) - повышение высоких частот на низких уровнях и понижение их на высоких уровнях (см. рис. 14.9).
Тип 3 (PILL) - программируемое повышение (модификация частотного ответа) на низких уровнях, зависящее от уровня, в нескольких частотных полосах (см. рис. 14.9).
Схема К-амр.
Наиболее распространенными схемами автоматической обработки сигнала являются схемы, обеспечивающие усиление низких частот на низких уровнях и снижение их на высоких. В отличие от этого, в К-амр на низких уровнях усиливаются высокие частоты, которые ослабляются на высоких уровнях. Как правило, данный тип используется у больных с высокочастотной тугоухостью.
Электроакустические искажения, влияющие на характеристики слухового аппарата.
Искажения.
Гармонические искажения возникают при прохождении сигнала через нелинейный усилитель. Усилитель искажает сигнал за счет использования части энергии входного сигнала и передачи его в виде нового сигнала или
Слухопротезирование
305
продуктов искажений, расположенных на частотах, кратных частоте входного сигнала. Так, например, если входной сигнал с основной частотой, равной 500 Гц, проходит через нелинейный усилитель, то результатом будет образование новых сигналов, имеющих частоты кратные основной частоте, а именно, 1000, 1500 и 2000, 2500 Гц и т.д. При разделении гармоник с основной частотой в выходном сигнале и измерении отношения общего значения гармоник и основной частоты определяется коэффициент гармонических искажений. Чем больше нелинейность усилителя, тем больше гармонические искажения и тем хуже качество усиленных звуков.
Интермодуляционные искажения - это отношение мощности выходного сигнала на частотах, отличных от поступивших к слуховому аппарату, и мощности входного сигнала. Интермодуляционные искажения могут быть продемонстрированы при рассмотрении двух входных частот (например, 500 и 700 Гц) равной амплитуды, однако не связанных гармонически. Как результат прохождения их через нелинейную систему мы имеем на выходе сложный ответ, состоящий как из этих частот, так и из их гармоник (500, 1000, 15000 и 2000; 700, 1400, 2100 Гц). Дополнительно в ответе присутствуют частоты, соответствующие сумме и разнице двух указанных частот: 1200 и 200 Гц. При сложном входном сигнале, таком как речь, и при высоких уровнях окружающего шума, добавляется значительно большее количество частот.
Существуют также частотные (амплитудные или линейные) и фазовые искажения.
Транзиентные искажения - результат механического и электрического резонанса. Для исключения транзиентных искажений усиление должно быть на 9 дБ меньше оптимального ответа.
Резюмируя данный раздел, еще раз приводим основные характеристики СА:
- Входной УЗД;
- Выходной УЗД;
- УЗД насыщения;
- Акустическое усиление;
- Частотный ответ;
- Частотный диапазон;
- Гармонические искажения;
- Эквивалентный уровень шума на входе;
- Ток батареи;
- Характеристики входа/выхода (для СА с АРУ);
- Динамические характеристики АРУ.
306
Руководство по аудиочогип
Шум слухового аппарата.
Шум усилителя СА может суммироваться с входным сигналом, что изменяет его характеристики. Данный шум не относится к нелинейностям входного сигнала и обычно измеряется как соотношение сигнал/шум. Основным источником шума является микрофон. Дополнительные шумы могут возникать при неадекватном отключении батареи и схемы усилителя.
Обратная связь.
Акустическая. Имеет место, когда выходной сигнал воспринимается микрофоном СА и усиливается. Она может быть также обусловлена неадекватным ушным вкладышем или трубкой, а также плохой акустической изоляцией преобразователей (и особенно при высоких значениях усиления) и наличием острых резонансных пиков в частотном ответе СА.
Механическая. Проявляется при механической вибрации телефона, передающейся к близко расположенному микрофону. С целью ее исключения используются резиновые амортизаторы-изоляторы, а также соответствующее расположение микрофона и телефона.
Магнитная. Имеет место при взаимодействии индукционной катушки с другими магнитными полями, например телефона.
14.4. АКУСТИЧЕСКИЕ ФАКТОРЫ, ВЛИЯЮЩИЕ НА ХАРАКТЕРИСТИКИ СЛУХОВОГО АППАРАТА.
Выделяют дальнеполевые и ближнеполевые эффекты, ответы СА и эффекты соединений слухового аппарата.
Дальнеполевые эффекты.
Включают соотношение сигнал/шум, реверберацию, направление источника звука.
Ближнеполевые эффекты. К ним относятся характеристики речи, определяемые направлением. Так, если речь поступает сзади, то ослабление ее зависит от частоты: на 100 Гц - 5 дБ, на 400 Гц - -8 дБ; на 1000 Гц - -8 дБ; на4000 Гц--18дБ и на 10000 Гц--18дБ.
Кроме того, к ним относятся эффекты тени головы, тела, расположения микрофона СА и шума, производимого одеждой.
14.5. СИСТЕМА УШНОГО ВКЛАДЫША.
Система ушного вкладыша представляет собой звуковод, обеспечивающий проведение звука от телефона СА к' барабанной перепонке с
Слухопротезирование
307
определенным частотным ответом. Система ушного вкладыша оказывает существенное влияние на выход СА, что должно учитываться при выборе параметров коррекции.
Акустический ответ СА определяется прежде всего характеристиками ушного вкладыша. Слуховой проход, голова и ушная раковина имеют резонанс, отличающийся у различных людей. Он приблизительно равен 17 дБ на 2700 Гц. Когда вкладыш вводится в ухо, эффективность резонанса утрачивается. В некоторых вкладышах используются приемы, позволяющие восстановить его.
Карманные СА
СА заушные и в очковой оправе
телефон обычный скелетирущий канальный с вентилем открытый
горн изгиб горна внутриканальный
Рис 14.10. Основные типы ушных вкладышей.
На рис. 14.10 представлены различные типы ушных вкладышей. Они бывают жесткими (акриловые пластмассы) или мягкими (силиконовые). Последние используются с мощными СА, т.к. обеспечивают исключение обратной акустической связи. Качество вкладыша прежде всего определяется качеством слепка.
Крючки и трубки. Применяются различные типы крючков с использованием различных демпферов, что обеспечивает низкочастотную или высокочастотную фильтрацию, а также избирательную фильтрацию в области 2000 Гц.
Частота, кГц
Рис. 14.11 Эффекты длины и диаметра трубок (а также их сочетаний) на характеристики усиления и частотный ответ СА.
308
Руководство по аудиологии
Во вкладышах используются трубки различных размеров и диаметров. Однако основное влияние оказывает внутренний диаметр трубки. Хотя, следует отметить, что при использовании толстых трубок исключается возможность прохождения через стенку звука, что, в свою очередь, исключает возникновение обратной связи. Кроме смещения характеристики СА в сторону низких частот при уменьшении диаметра, трубки с маленьким диаметром могут использоваться для ограничения среднего УЗД насыщения и усиления в области высоких частот. Уменьшение же длины трубки сопровождается некоторым сдвигом пика в сторону высоких частот. При этом уменьшается выход СА в области низкцх частот, в то время как в области средних и высоких частот он увеличивается.
На рис. 14.11. продемонстрированы эффекты длины и диаметра трубок (а также их сочетаний) на характеристики усиления и частотный ответ СА.
Демпферы.
Демпферы предназначены для сглаживания амплитудно-частотной характеристики и располагаются в различных местах на протяжении от крючка до вкладыша. Они изготавливаются из различных материалов и имеют сопротивление 330, 680, 1000,1500, 2200, 3300 и 4700 акустических Ом. На рис. 14.12 представлены эффекты демпферов на амплитудно частотную характеристику СА.
использован обычный
(-------------------) (--------------------------------------------------------------) (•.......................................................)
Частота кГц
Рис. 14.12. Эффекты сопротивления демпферов на амплитудно-частотную характеристику внутриушного СА. Использована трубка длиной 10мм и диаметром - 1,25 мм.
Слухопротезирование
309
Вентильные каналы.
Вентильные каналы применяются для достижения различных целей:
для выравнивания статического давления; как правило, используются параллельные вентили диаметром 6 мм;
усиление на низких частотах (до 5-9 дБ) достигается уменьшением диаметра вентиля и отмечается на резонансной частоте его (500-600 Гц).
умеренное ослабление низких частот отмечается на частотах ниже 350-500 Гц. Может достигаться при введении демпфера в вентильный канал;
сильное ослабление низких частот достигается при использовании короткого вентиля большого диаметра;
чрезвычайно сильное ослабление низких частот достигается при использовании открытого вкладыша - до 25 дБ на 500 Гц;
возможна регулировка характеристики за счет изменения входного диаметра вентиля;
вентиль обеспечивает поступление звука непосредственно к барабанной перепонке.
Закрытый вкладыш не рекомендуется использовать в ситуациях, когда на низких частотах слух в пределах нормы, в то время как на высоких -имеет место значительное повышение порогов. В этих случаях следует использовать либо СА с плоской амплитудно-частотной характеристикой и вкладышем с широким вентильным отверстием, либо СА с расширенным низкочастотным ответом и закрытым вкладышем.
Обычно используются вкладыши с параллельными и диагональными вентилями. Параллельный вентиль не пересекается со звуковым каналом, в то время как диагональный пересекает звуковой канал до выхода его из вкладыша.
Диагональный вентиль ослабляет высокие частоты на 10 дБ больше, чем параллельный (Studebaker, Сох, 1977; Сох, 1982). Если не представляется возможным сделать параллельный вентиль, то пересечение со звуковым каналом должно быть локализовано максимально ближе к медиальному концу вкладыша.
В заключение следует отметить, что вентили обеспечивают как усиление, так и ослабление низких частот. Чем больше вентиль, тем больше подавляются низкие частоты - до 25 дБ на 500 Гц. Кроме того, вентили уменьшают эффект распирания в ухе, обеспечивают выравнивание статического давления и поступление звука непосредственно к барабанной перепонке.
Специальные системы трубок в заушных СА и СА в очковой оправе.
Трубки с двойным диаметром.
С целью улучшения высокочастотного ответа Lybarger (1972) было
20 Заказ .V К-4286
310
Руководство по аудиологии
предложено использование трубок с двойным диаметром - от 2,4 у слухового аппарата до 3,0 мм - на выходе из вкладыша при длине от 16 до 25 мм. Это привело к увеличению интенсивности ответа на 5-7 дБ в частотной области от 2400 до 4000 Гц.
Системы трубок с тройным диаметром.
Данная система была разработана Killion (1981) и включала увеличение диаметра трубки дважды с использованием двух демпферов, обеспечивающих уменьшение высокочастотных пиков и максимального пика в области 1000 Гц. Данные системы обеспечивали также расширение высокочастотного ответа.
Эффекты системы звукопроведения на выходные характеристики СА были четко продемонстрированы Killion (1981) при конструировании ушного вкладыша, обеспечивающего широкополосный ответ - до 16 кГц.
Ушные вкладыши с резонансными и антирезонансными свойствами.
При создании полости в ушном вкладыше, соединяющейся со слуховым проходом через трубки определенных размеров, может быть достигнуто значительное повышение высокочастотного ответа. В случаях, когда слуховая чувствительность в ограниченной частотной области приближается к норме, могут быть использованы антирезонансные или вырезанные фильтры. Полость в ушном вкладыше, соединенная с каналом вкладыша посредством трубки определенного размера и длины, образует ответвление, функционирующее как вырезанный фильтр, и поглощает энергию в частотной области, которой она соответствует (на которую она настроена) (рис. 14.13).
Рис. 14.13. Эффект акустического узкополосного фильтра на ответ СА.
Ciy.x опротезирование
311
14.6. ТЕХНИЧЕСКИЕ СТАНДАРТЫ.
Измерительная аппаратуры и используемые подходы.
Проведение акустических измерений СА необходимо для получения данных, крайне важных для выбора параметров и настройки слухового аппарата при каждой конкретной форме и степени тугоухости. Как было отмечено Kasten и Franks (1986), любая попытка преодолеть разрыв между электроакустическими характеристиками и соответствием СА конкретному больному должна реализовываться с учетом наличия различий между измерениями характеристик СА в реальном ухе и камере связи.
Другим важным моментом является обеспечение одинакового качества и четкого сравнения и повторяемости измерений характеристик СА, что было реализовано путем разработки национальных и международных стандартов измерений СА (Lybarger, Olsen, 1983, 1984).
Основной принцип измерения характеристик СА достаточно прост: контрольные регуляторы СА настроены соответствующим образом, выбирается известный входной сигнал и замеряется и анализируется выход СА на стандартизированном приборе, соответствующем по акустическим характеристикам (или по механическим характеристикам в случае костного звукопроведения) среднему уху.
Акустический вход.
Для получения повторяемых результатов крайне важно, чтобы на микрофон СА подавался однородный известный сигнал. При измерениях используются следующие методы: метод замещения (substitution method) и метод сравнения (comparison method).
Метод замещения.
Метод замещения - это самый старый, но и самый фундаментальный метод. При этом методе СА и измерительный микрофон, используемый для измерения звукового давления в свободном поле, располагаются раздельно в одной и той же точке. Звуковые волны исходят из небольшого динамика, расположенного на расстоянии 0,5-2 м от СА. Калиброванный микрофон, четко сориентированный в соответствии со своей калибровкой в свободном поле, располагается в точке тестирования, и определяется электрический вход к динамику, необходимый для создания постоянного уровня звукового давления в этой точке. Затем микрофон убирается и замешается СА. Выход СА измеряется в камере связи или в симуляторе уха и сравнивается с нормализованным звуковым полем, определенным до замещения микрофона. Сложность использования этого подхода заключается в том, что динамик не обеспечивает адекватных плоских характеристик, и электрические входы должны подстраиваться до требуемых величин на
312
Руководство по аудио югии
каждой частоте. Однако использование цифровой обработки, которая может быть записана в память и может обеспечивать информацию, необходимую для обеспечения нужного напряжения, подводимого к динамику, на всех частотах, делает применение метода замещения достаточно практичным. Метод успешно используется с камерой тестирования СА и для измерений in situ с манекеном.
Метод сравнения.
Метод может быть использован как с камерой тестирования СА, так и в свободном звуковом поле. СА располагается вблизи точки тестирования, а стандартный контрольный микрофон, имеющий плоскую характеристику, располагается симметрично с противоположной стороны. Предполагается, что если требуемый УЗД создается у стандартного контрольного микрофона, то УЗД в симметричной точке расположения СА будет таким же.
Результаты, полученные в свободном поле при использовании метода сравнения, не отличаются от таковых, полученных при использовании метода замещения. Однако результаты, полученные при использовании метода сравнения в свободном поле и в камере тестирования, отличаются друг от друга.
Акустический выход.
Акустический выход телефонов (воздушного проведения) измеряется в камере связи (2 см') или в симуляторе уха, что зависит от природы измерений и используемых стандартов. Основным назначением камеры связи и симулятора уха является акустическое воспроизведение усредненного слухового прохода. Вибраторный выход измеряется на искусственном мастоиде или в механической камере связи.
Описательные характеристики слухового аппарата.
Основные международные стандарты: ANSI S3.22-1987 (ASA 7-1987) -Спецификация характеристик слухового аппарата.
Входной УЗД - измеряется у поверхности микрофона.
Выходной УЗД- измеряется в камере связи (2 см3).
УЗД насыщения - важно знать, на каком уровне ограничивается выход СА при поступлении высокоинтенсивного входного сигнала. Максимальный выходной уровень СА не должен превышать уровень дискомфорта и, наоборот, слишком низкий выходной уровень не обеспечит четкость восприятия больному с выраженным снижением слуха. На практике используется величина УЗДН90, определяемая как УЗД, полученный в камере связи (2 см’) при уровне-входного сигнала, равном 90 дБ, и полном усилении. УЗДН90 является функцией частоты (рис. 14.14).
Слухопротезирование
313
Рис. 14.14. УЗДН90 (верхняя кривая), ВЧУ-УЗДН90 (S]+S2+Sj)/3), усиление (пунктирная кривая), ВЧУ усиление ((G,+G2+G3)/3 - входной УЗД), частотный ответ (нижняя кривая) - определяется условием, что (S1 +S2+S3)/3 - (Gl+G2+G3)/3 = 17 дБ. Частотный диапазон определяется горизонтальной линией, расположенной на 20 дБ ниже среднего значения точек Rl, R2 и R3.
Для облегчения подразделения СА на основании УЗДН90 используется трехчастотный метод усреднения. ВЧУ-УЗДН90 (ВЧУ - средние значения УЗДН90 на высоких частотах) определяется как среднее от значений УЗДН90 на частотах 1000, 1600 и 2500 Гц (Sb S2 и S3 на рис. 14.14). Так как некоторые СА имеют частотный диапазон, нецентрированный в области средних частот, определяется дополнительный показатель еще на трех частотах (определяются производителем), а СА относится к аппаратам специального назначения. К данному классу СА относятся аппараты, в которых полное усиление на любой из 3 тестируемых частот (1000, 1600, 2500 Гц) более, чем на 15 дБ ниже максимального (пикового) полного усиления на любой частоте.
Акустическое усиление - определяется как разница между выходным УЗД в камере связи и входным УЗД. Акустическое усиление отражает, насколько усиливается входной сигнал, и является функцией как усиления, так и установки регулятора усиления и других факторов. При установке регулятора усиления в максимальной позиции и настройке входного сигнала на уровне 60 дБ, исключающей перегрузку СА, полное усиление может быть измерено как функция частоты (см. рис. 14.14). Если входной сигнал интенсивностью в 60 дБ все-таки вызывает перегрузку (насыщение) СА (различие между кривыми полного усиления и УЗДН90 меньше, чем 4 дБ на любой из частот в диапазоне 200-5000 Гц) или когда тестируется СА с АРУ, используется входной УЗД 50 дБ. Как и в случае с УЗДН90
314
Руководство по аудиологии
определяется среднее значение полного усиления на тех же частотах (G1, G2, G3 на рис. 14.14). Как и в случае с УЗДН90 в аппаратах специального назначения определяется среднее значение полного усиления на 3 дополнительных частотах.
Частотный ответ - в повседневной жизни практически никогда не используется установка регулятора усиления в максимальной позиции. Был разработан метод определения установок усиления, который заключается в уменьшении усиления до значений, исключающих превышение УЗДН90 СА пикам речи интенсивностью в 65 дБ УЗД. Данная установка считается референтной тестовой установкой и используется для определения частотного ответа (рис. 14.14). Кривая частотного ответа определяется при входном УЗД в 60 дБ. Далее усиление уменьшается таким образом, чтобы усредненные значения усиления (Rb R2, R3) (на 3 стандартных и 3 дополнительных частотах) были на 17 дБ ниже аналогичных значений УЗДН90 (+1 дБ). Следует иметь в виду, что измерение полных гармонических искажений, эквивалентного входного уровня шума, а также тока батарей аналогично производится при референтной установке усиления.
В некоторых случаях, когда усиление СА не может обеспечить отмеченного снижения усиления, используется установка максимального усиления. Максимальное усиление используется и при тестировании СА с АРУ, так как влияние компрессии на частотный ответ снижается из-за использования меньшего уровня входного сигнала (50 дБ вместо 60 дБ).
Частотный диапазон - это диапазон эффективного функционирования СА (см. рис. 14.14). Он ограничивается двумя частотными срезами (f, и f2) на уровне, который ниже на 20 дБ, чем значения Rb R2 и R3.
Гармонические искажения - отражают нелинейность СА. Полные гармонические искажения измеряются при установке в референтной точке. Используется входной УЗД в 70 дБ на частотах 500, 800 и 1600 Гц. Гармонические искажения измеряются в камере путем выделения (фильтрации) основной частоты и измерения оставшихся гармоник.
Эквивалентный входной шум, Ln - зависит от величины внутреннего шума, генерируемого СА, и имеет значение лишь в случаях, когда окружающий шум в тестовой камере имеет очень низкий уровень. Измеряется УЗД на частотах 1000, 1600 и 2500 Гц (Lav) при установке регулятора давления в референтной позиции при входном УЗД в 60 дБ. Далее отключается входной сигнал и регистрируется УЗД в камере связи (L2). Эквивалентный входной шум определяется по формуле:
Lp — L2 - (Lav - 60) дБ.
В СА с АРУ (и особенно коленом компрессии 50 дБ и ниже) подобный подход приводит к ошибочным результатам, так как при отсутствии входного сигнала СА обеспечивает большее усиление, чем при
Слухопротезирование
315
предъявлении сигнала, когда включается компрессия. Это приводит к диспропорционально высоким значениям эквивалентного входного шума. Аналогичная ситуация имеет место и в широкополосных СА.
Ток батареи - измеряется при установке регулятора усиления в референтной позиции и использовании входного сигнала частотой 1000 Гц интенсивностью 65 дБ.
Индукционная петля, УЗД в камере связи - чувствительность индукционной петли - определяется при установке переключателя в позицию "Т" и создании в камере связи наибольшего УЗД. СА располагается в переменном магнитном поле при использовании максимального усиления. Определяется частотный ответ при тех же параметрах поля.
Характеристики вход/выход СА с АРУ - информация о том, каким образом меняются значения выходного УЗД с изменением значений входного УЗД в СА с АРУ имеет важное значение. Проводятся измерения выходного УЗД в камере связи при изменении входного УЗД тона частотой 2000 Гц от 50 дБ до 90 дБ шагом в 10 дБ
Динамические характеристики АРУ - измерение динамических характеристик АРУ является методом определения времени срабатывания и времени восстановления. При включенном АРУ регулятор усиления устанавливается в максимальной позиции, интенсивность тона частотой 2000 Гц быстро меняется от 55 до 80 дБ УЗД. Время срабатывания определяется как время между резким увеличением входного УЗД и моментом, когда выходной уровень стабилизируется до устойчивого состояния +2 дБ (при входном УЗД 80 дБ). Время восстановления определяется как время между резким падением амплитуды входного сигнала и моментом, когда стабилизируется выходной уровень до устойчивого состояния +2 дБ (при входном УЗД 55 дБ).
Автоматические системы для измерения СА.
Измерения в безэховой камере - при использовании метода замещения определяется точка тестирования, в которой и будет располагаться воспринимающая поверхность микрофона СА. В начале стандартный калиброванный микрофон, сориентированный в сторону динамика, располагается в этой точке. Генерируются чистые тоны путем подачи равных значений напряжения на динамик, переключаемые в заданном частотном диапазоне. Учитывая то, что динамик не может обеспечить плоского частотного ответа, проводится его сглаживание. Информация записывается в память и вызывается при следующих тестированиях. После сглаживания СА устанавливается в точке тестирования и подсоединяется к камере связи. Контроли выставляются в соответствии со стандартом. Тестирование производится автоматически, при этом прибор запускает
316
Руководство по аудиологии
программу, запоминает и распечатывает результаты.
Измерения in situ - данный вид измерений подразумевает расположение СА на конкретном испытуемом или на манекене. При данном способе измерений обеспечивается больше информации о характеристиках усиление/частота и направленных характеристиках.
При использовании манекена применяются: 1) непосредственные измерения in situ, позволяющие определить уровень давления, имеющийся в симуляторе уха манекена для сглаженных входных УЗД в свободном поле, и 2) вносимые измерения, определяющие различие между уровнем давления в симуляторе уха манекена при выключенном и включенном СА.
Усиление (ответ) in situ - это различие между выходным УЗД СА, измеренным в слуховом проходе, и сглаженным УЗД в свободном поле без пациента. Эта величина варьирует как функция расположения пациента в свободном поле. Она не отражает акустического эффекта СА, так как включается резонанс открытого уха пациента.
Вносимое усиление - это увеличение УЗД у барабанной перепонки при расположении СА в рабочем положении и его включении, по сравнению с УЗД у барабанной перепонки без СА и открытом наружном слуховом проходе (см. рис. 14.15). Данное состояние (без СА) может быть определено как различие между УЗД в открытом ухе и референтное УЗД. Следует иметь в виду, что эффект резонанса наружного слухового прохода и других факторов незначителен на низких частотах и очень существенен в
Частота, Гц
Рис 14.15. Концепция вносимого усиления.
частотном диапазоне 2-5 кГц.
Важным при измерении вносимого усиления является то, что оно коррелирует с субъективными измерениями на больном больше, чем измерения в камере связи. При этом учитываются потери "естественного"
Слухопротезирование
317
усиления, обусловленные как дифракцией головы, так и исключением резонанса ушной раковины и наружного слухового прохода в ситуации, когда проход обтурирован вкладышем.
Вносимое усиление может измеряться следующими способами:
а) непосредственными измерениями на пациенте при использовании измерительного микрофона, расположенного в слуховом проходе, или микрофона с ушным зондом с выключенным и включенным СА;
б) при использовании манекена, оснащенного симулятором уха;
в) путем внесения коррекции в значения усиления, определенные при стандартных тестах с использованием камеры связи (2 см’) или симулятора уха (без манекена).
Прямые измерения. В ряде коммерчески выпускаемых систем, в которых используется контролируемая микропроцессором система измерительного микрофона, предусмотрена возможность определения функционального усиления in situ электроакустическими измерениями. В данных системах измеряется величина изменения УЗД в наружном слуховом проходе при включении СА, по сравнению с УЗД, измеренным при выключенном СА.
Измерения на манекене. Измерение вносимого усиления может быть осуществлено на манекене (Knowles Electronics Manikin for Acoustic Research -KEMAR).
Манекен комплектуется одним или двумя симуляторами уха (камерами связи Zwislocki). Диафрагма микрофона расположена аналогично расположению барабанной перепонки человека.
При измерении вносимого усиления при помощи микрофона рекомендуется проведение следующих процедур:
1. в определенной точке создается УЗД с постоянной частотной характеристикой (без манекена), называемый референтным УЗД.
2. Манекен располагается таким образом, чтобы центр головы находился в референтной точке в 0° по отношению к динамику. Звукопоглощающий материал в источнике звука способствует уменьшению отражений. УЗД измеряется у перепонки манекена в интересуемом диапазоне частот. Разница между измеренным и референтным УЗД называется усилением необтурированного уха манекена.
3. СА располагается на манекене так же, как и у пациента. СА включается и устанавливается выбранное усиление.
4. Используя записанные характеристики напряжения, УЗД в симуляторе уха манекена измеряется в определенном частотном диапазоне. Разница между УЗД, созданным СА в симуляторе уха, и референтным входным УЗД называется усилением in situ. Вносимое усиление, таким образом, равняется усилению in situ минус усиление необтурированного уха манекена.
318
Руководство по аудиологии
Учитывая, что определение вносимого усиления при помощи манекена требует использования дорогостоящего оборудования и квалифицированного персонала, на практике применяется определение вносимого усиления по результатам измерений в камере связи (2 см3). Для этой цели предложено использование коррекции результатов (Burkhard, 1978; Lybager, 1978b; Killion, Monser, 1980; Longwell, Johnson, 1980; Frye, 1982; McCandless, Lyregaard, 19830. Данный подход может быть использован на практике при соблюдении следующих условий:
1. Используемая коррекция должна соответствовать определенному типу СА с учетом локализации диафрагмы микрофона.
2. Физические и акустические соединения СА с референтной поверхностью камеры связи или симулятора уха должны акустически соответствовать системе трубок и вкладыша пациента.
3. Коррекции могут быть использованы при закрытой камере связи или обтурированном ушном вкладыше и измерении в камере объемом 2 см3.
При определении вносимого усиления по результатам измерений в камере связи учитывается комбинация следующих факторов:
1. Тень головы - это коррекция УЗД, измеренного в свободном звуковом поле, в УЗД, измеренный у входа в микрофон.
2. Ответ камеры связи - усиление СА, когда входной УЗД измеряется у поверхности микрофона (стандарт S3.33-1987).
Рис. 14.16. Метод, используемый для оценки вносимого усиления поданным, измеренным в камере связи объемом 2 см’. ЗСА - заушный СА, ВСА -внутриушной СА. Объяснения - в тексте.
3. Коррекция ответа камеры связи с ответом у барабанной перепонки. При использовании симулятора уха вместо камеры связи в коррекции нет необходимости.
Слухопротезирование
319
4. Преобразование данных, определенных в свободном поле, в измерения у барабанной перепонки - определяется УЗД у барабанной перепонки, соответствующий УЗД в свободном поле, при необтурированном слуховом проходе.
В соответствии с рис. 14.16 вносимое усиление по данным измерений в камере связи соответствует:
коррекция = (А + В - Г),
вносимое усиление = Б + (А + В - Г).
Для определения вносимого усиления по усилению, определенному в симуляторе уха (без манекена) используются формулы:
коррекция = (А - Г),
вносимое усиление = усиление в симуляторе уха + (А - Г).
14.7. ВЫБОР ПАРАМЕТРОВ ЭЛЕКТРОАКУСТИЧЕСКОЙ КОРРЕКЦИИ И ОЦЕНКА ЕЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ.
Число больных с тугоухостью, у которых единственным способом реабилитации является слухопротезирование, растет из года в год. Эффективность слухопротезирования определяется как четким проведением аудиометрических исследований, так и выбором адекватных параметров электроакустической коррекции. И, если первое условие сегодня легко реализуется при помощи клинических аудиометров, которыми оснащено практическое здравоохранение, то эффективность выбора адекватных параметров коррекции слуховых нарушений значительно снижается из-за отсутствия унифицированной системы слуховых аппаратов.
Мировая статистика свидетельствует о том, что лишь около 20% больных, пользующихся слуховыми аппаратами, удовлетворены результатами электроакустической коррекции. Это, прежде всего, обусловлено отсутствием объективных критериев выбора адекватных параметров слухопротезирования. Немаловажное влияние на выходные характеристики аппарата оказывает его звукопроводящая система, эффекты которой, как правило, не учитываются специалистами. В связи с этим, наиболее актуальной на сегодняшний день представляется разработка подходов и методик объективизации выбора параметров и оценки эффективности слухопротезирования, которые могли бы способствовать повышению эффективности индивидуальной коррекции.
Любая методика, используемая при выборе параметров электроакустической коррекции, должна обеспечивать адекватное усиление окружающих звуков и, особенно, речи до комфортного уровня. Для достижения этой цели слуховой аппарат должен иметь амплитудно
320
Руководство по аудио чогии
частотные характеристики, которые могли бы скомпенсировать снижение слуха, являющееся результатом той или иной патологии.
В течение ряда последних лет в практической сурдологии с успехом используются методики расчета необходимых электроакустических характеристик и, в частности, усиления и выхода слухового аппарата, основанные на результатах различных психоакустических тестов, таких как определение порогов слышимости, порогов комфорта и порогов дискомфорта, а также на использовании правила "полуусиления".
Методики предписания параметров электроакустической коррекции должны соответствовать следующим основным требованиям:
1. Расчет частотных характеристик и характеристик усиления должен базироваться на информации, которая может быть получена без привлечения сложных аудиологических методик, в частности, на данных тональной пороговой аудиометрии.
2. Методики должны предусматривать достижение усиления всех частотных полос до субъективных уровней равной громкости, что подразумевает доведение усредненного спектра речи до комфортного уровня восприятия, либо усиление, используемое в слуховом аппарате, должно обеспечивать максимальную разборчивость речи в каждом конкретном случае нарушения слуха.
3. Методики предписания параметров слухопротезирования по степени сложности и длительности выполнения должны соответствовать возможностям сурдологического кабинета (центра).
4. Методики должны быть эффективными при слухопротезировании больных с широким диапазоном аудиометрических данных (конфигураций аудиограмм), нарушений функции громкости и степеней тугоухости.
5. Необходима верификация данных коррекции, основанных на использовании методики предписания параметров усиления. Однако последнее не должно исключать использование речевых тестов для окончательной субъективной оценки эффективности слухопротезирования.
Несмотря на то, что в основе любого подхода, используемого при выборе параметров коррекции, лежит улучшение разборчивости речи, предъявляемой на уровнях интенсивности, соответствующих используемым в обычных разговорных ситуациях, применение речевых тестов может лишь подтвердить, являются ли используемые электроакустические параметры адекватными или нет. Кроме того, речевая аудиометрия не может отдифференцировать, какие именно электроакустические параметры способствуют повышению разборчивости речи и какие изменения этих параметров могут улучшить результат слухопротезирования. Иными словами, на основании результатов речевой аудио-
Слухопротезирование
321
метрии, проведенной до применения усиления, оптимальные параметры электроакустической коррекции не могут быть рассчитаны. Аналогично, применение речевых тестов после первичного выбора параметров слухопротезирования не может обеспечить информации о том, какие изменения амплитудно-частотных характеристик будут способствовать улучшению разборчивости речи. Следует также помнить, что улучшение разборчивости речи является лишь одним фактором, который отражает эффективность электроакустической коррекции, в то время как для отображения различий в характеристиках слуховых аппаратов и, соответственно, их влияния на эффективность, необходима существенно большая информация.
До настоящего времени все еще остается дискутабельным вопрос о критериях расчета необходимого усиления, а именно, что должно быть положено в основу расчета - пороги слышимости, пороги комфорта или пороги дискомфорта. Тем не менее, в практической сурдологии для расчета необходимых параметров электроакустической коррекции, как правило, используются пороги слышимости, определение которых доступно повсеместно.
Следует иметь в виду, что ни одна из методик выбора параметров электроакустической коррекции не является оптимальной и, прежде всего потому, что обычные слуховые аппараты могут обеспечить лишь усиление звуков, но не компенсируют других проблем, связанных с патологией, в частности, нарушения частотной дискриминации. Широкий спектр форм и степеней нарушений слуха не позволяет четко предсказать параметры коррекции в каждом конкретном случае. Кроме того, не все слуховые аппараты, даже имеющие одинаковые характеристики усиления и уровни звукового давления насыщения, оказывают одинаковый эффект. Незначительные, обычно неучитываемые отличия в параметрах гармонических, транзиторных или интермодуляционных искажений, характеристиках демпфирования, частотной полосы или сглаженности амплитудно-частотной характеристики могут взаимодействовать с характеристиками функционального нарушения слуха у конкретного больного, что сопровождается снижением эффективности коррекции. Важно помнить, что слухопротезирование, основанное на использовании расчетных характеристик, может служить лишь начальной точкой отсчета для эффективной коррекции.
При использовании в качестве базовых данных пороговой аудиометрии должны учитываться следующие моменты:
1. Методика обычно предусматривает три этапа:
а) расчет амплитудно-частотных характеристик, основанный на данных аудиометрии;
б) преобразование рассчитанных параметров усиления в
322
Руководство по аудиологии
стандартизированные данные измерения слухового аппарата в камере связи: это означает, что параметры, рассчитанные для реального уха, преобразуются в характеристики усиления, замеряемые в камере объемом в 2 см5;
в) верификация путем измерения как функционального усиления (разница в порогах слышимости, определенных в свободном звуковом поле со слуховым аппаратом и без него), так и вносимого усиления (разница между уровнем звукового давления, измеренного у барабанной перепонки при включенном слуховом аппарате, и уровнем звукового давления, измеренным без слухового аппарата) при использовании миниатюрного микрофона, располагаемого у барабанной перепонки.
2. Рассчитанные электроакустические характеристики используются для повышения разборчивости речи и достижения качественного восприятия звуков. Однако следует помнить, что даже при достижении в реальных условиях рассчитанных характеристик необходимо дополнительно подстроить слуховой аппарат для повышения субъективного восприятия качества звуков и разборчивости речи.
3. Методики, основанные на использовании данных тональной пороговой аудиометрии, прежде всего, были разработаны для коррекции сенсоневральных нарушений слуха, а точнее, сенсорных (улитковых) нарушений. Предполагается, что при данной патологии имеет место нарушение функции громкости определенной степени, учитываемое в формулах расчета усиления. При кондуктивной и смешанной тугоухости требования к параметрам усиления слухового аппарата меняются.
4. Формулы расчета, основанные на аудиометрических данных, предполагают использование аппаратов с линейным усилением. В подобных аппаратах характеристики усиления являются линейными до достижения усилителем максимального выхода или насыщения, либо используется ограничение выхода аппарата при помощи введения компрессии на входе или выходе.
5. Данные формулы обеспечивают предсказание "среднего" усиления, когда сигнал, подаваемый на микрофон слухового аппарата, имеет интенсивность, соответствующую среднему уровню обычной речи (около 70 дБ УЗД), предъявленной в тихой обстановке с расстояния в 1 м.
6. Большинство формул расчета не предусматривают коррекции в соответствии с обстановкой (окружающий шум, расстояние, с которого предъявляются звуки).
7. Предполагается, что рассчитанные амплитудно-частотные параметры должны воспроизводиться при настройке конкретного слухового аппарата и доведении его характеристик до максимально комфортных уровней восприятия.
Слухопротезирование
323
Предписание и верификация амплитудно-частотных характеристик: функциональное и вносимое усиление.
Обязательным условием успеха при использовании формул расчета параметров слухопротезирования является четкое понимание концепций функционального и вносимого усилений. При использовании формул, основанных на данных пороговой тональной аудиометрии, имеез -«тести зависимость между порогами слышимости при стимуляции чистыми тонами и комфортным уровнем восприятия.
Функциональное усиление, как было отмечено выше, определяется при психоакустических, поведенческих исследованиях и отражает различие в децибелах между порогами слышимости, определенными в свободном звуковом поле при включенном слуховом аппарате и без него при использовании в качестве стимулов "воющих" тонов и слов-спондеев (рис. 14.17А). При этом предполагается, что регулятор громкости устанавливается на уровне, соответствующем уровню комфортного восприятия. Так, на рис. 14.17А на частоте 1000 Гц порог восприятия без слухового аппарата соответствует 50 дБ, в то время как при включенном слуховом аппарате он соответствует 25 дБ и, следовательно, функциональное усиление на частоте 1000 Гц равно 25 дБ.
Рис. 14.17. Графическое отображение функционального (А) и вносимого (Б) усиления.
Вносимое усиление - электроакустический параметр (определение - см. выше). Как и при определении функционального усиления, вносимое усиление определяется при установке регулятора громкости на комфортном уровне восприятия. На рис. 14.17Б отображены параметры рассчитанного вносимого усиления, соответствующие снижению слуха, представленному на рис. 14.17,А. Как следует из рисунка, на различных частотах предписаны различные уровни усиления, что обусловлено различной степенью повышения порогов на этих частотах.
324
Руководство по аудио югии
Функциональное и вносимое усиления используются при выборе параметров слухопротезирования следующим образом. Первым этапом является расчет усиления, основанный на пороговых данных. Затем измеряются реальные амплитудно-частотные характеристики слухового аппарата у барабанной перепонки и определяется соответствие измеренных характеристик рассчитанным.
Б
Рис. 14.18. Пороги слышимоти (А) и вносимое усиление, рассчитанное при помощи формулы POGO, а также рассчитанное и измеренное вносимое усиление (Б).
На рис. 14.18 приведен пример использования расчета и верификации параметров коррекции. Вначале на основании данных пороговой аудиометрии (рис. 14.18,А) при использовании различных формул рассчитывается усиление , которое представлено на рис. 14.18,Б кривой "рассчитанного усиления". Затем измеряется вносимое усиление и определяется соответствие обеих кривых. Как следует из рисунка, слуховой аппарат не обеспечивает адекватного усиления на частотах выше 1500 Гц, что может сопровождаться ухудшением восприятия согласных звуков и неудовлетворенностью пациента.
Учитывая, что аппараты с линейным усилением обеспечивают равное усиление как слабых, так и громких звуков, принять однозначное решение для обеспечения адекватного усиления у больных с наличием нарушения функции громкости невозможно. Логичным представляется выбор параметров усиления, которые могли бы обеспечить восприятие наиболее значимых звуков на уровне, близком к уровню комфорта. И, хотя индивидуальный выбор оптимального уровня усиления зависит от многих факторов, обычно он близок к половине величины порога слышимости. Так, при среднем снижении слуха в 60 дБ или пороге восприятия речи, равном 60 дБ, выбираемый уровень усиления, как правило, соответствует 30 дБ.
Слухопротезирование
325
"Правило полуусиления" было описано Lybarger в 1944 г. и П>едусматривало расчет усиления слухового аппарата на каждой частоте. Данное правило в настоящее время положено в основу многих современных формул расчета параметров усиления и выхода слухового аппарата, хотя в каждой из них дополнительно предусмотрена необходимость увеличения или уменьшения усиления на определенных частотах, что обусловлено степенью снижения слуха и профилем аудиометрической кривой. В первом же приближении в соответствии с "правилом полуусиления” при повышении степени снижения слуха необходимо большее усиление, величина которого должна быть равна приблизительно половине среднего снижения слуха. Данное правило справедливо, по крайней мере, для слабых и средних потерь слуха и все еще находит клиническое применение.
В соответствии с данной формулой, максимальный ВУЗД соответствует операционному усилению + резервное усиление. Определение операционного усиления производится при предъявлении разговорной речи (65 дБ УЗД) в диапазоне комфортной громкости.
При монауральном предъявлении полуусиление определяется как:
ПВП + ПВП - ПКП + 5 дБ
2 4
ПВП- пороги по воздушному звукопроведению; ПКП - пороги по костному звукопроведению. Данные пороги определены как средние значения порогов на чистые тоны частотой 500, 1000 и 2000 Гц. Резервное давление составляет дополнительно 15 дБ. Константа, равная 5 дБ при монауральном протезировании, меняется на -10 дБ при бинауральном.
Однако следует помнить, что характеристики, приведенные производителем и измеренные в камере объемом 2 см3, не соответствуют рассчитанному вносимому усилению, измеряемому при установке регулятора громкости, соответствующей уровню комфортного восприятия.
В задачи настоящей главы не входит описание всех существующих методик расчета параметров электроакустической коррекции и определение преимуществ или недостатков каждой из них. Учитывая, что в любой методике используются собственные требования к определению величины усиления, логично предположить, что уровни максимальной разборчивости речи, повышение качества воспринимаемых звуков и эффективность, определяемые при этом, также будут отличаться.
Из множества формул расчета, предложенных за последние 50 лет, лишь некоторые применяются в широкой сурдологической практике. Их популярность определяется не столько явными преимуществами перед остальными, сколько присущей им простотой расчета усиления и адекватностью определяемых параметров при использовании линейного усиления.
21 Заказ К-4286
326
Руководство по аудиологии
Таблица 14.1
Сравнение четырех формул, основанных на использовании данных тональной пороговой аудиометрии
Формула 250 500 1000 2000 3000 4000 6000
POGO 0,5(-10) 0.5 (-5) 0,5 0.5 0.5 0.5 0,5
Libby 1/3 0.33(-5) 0,33(-3) 0,33 0,33 0,33 0,33 0.33
Berger -0,30» 0.63 0,67 0,59 0.53 0,50
NAL-R# 0.3Ц-17) 0.3Ц-8) 0.3K+1) 0.3K-1) 0.3K-2) 0.3K-2) О.ЗЦ-2)
* 0,50 для порогов в 50 дБ ПС
# плюс 0,05 х порог слышимости на частотах 500+1000+2000 Гц.
В табл. 14.1 приведены 4 формулы расчета вносимого усиления, наиболее часто используемые при выборе параметров слухопротезирования: (1) Berger, (2) Libby, (3) NAL-R и (4) предписание усиления и выхода - POGO.
Формула Berger.
Формула Berger основана на следующих предпосылках: (1) усиление должно обеспечивать доведение уровня звуков до усредненного уровня обычной речи; (2) на низких частотах, учитывая их потенциальный маскирующий эффект, снижающий различение речи, необходимо использовать меньшее усиление; (3) на частотах, на которых определяется большая степень тугоухости, необходимо использовать большее усиление. Кроме того, предполагается, что избыточное усиление частотного спектра до 4000 Гц сопровождается снижением разборчивости речи. И, хотя в данной формуле не учитываются значения уровней комфорта, в ней предусмотрен расчет УЗДН90. К величине рассчитанного вносимого усиления прибавляется 10 дБ резервного усиления.
Операционное усиление в зависимости от частоты определяется как:
ПС на 500 Гц ; ПС на 1000 Гц ; ПС на 2000 Гц : 2 1,6 1,5
ПС на 3000 Гц : ПС на 4000Гц ; ПС на 6000 Гц
1,7 1,9 1,5
Слухопротезирование
327
Наибольшее усиление обеспечивается на средних частотах (1000-3000 Гц).
Максимальное усиление = операционное усиление + 10 дБ резервного усиления + коррекционный фактор.
Коррекционный фактор варьирует в зависимости от локализации микрофона в карманных, заушных, внутриушных и внутриканальных СА (Berger, 1988). Адекватное использование формулы Berger предусматривает определение динамического диапазона звукового поля для каждого пациента. Это осуществляется путем определения ПД (порогов дискомфорта) при использовании пульсирующих сигналов дискретных частот и конвертировании значений в дБ ПС в дБ УЗД. При ограничении динамического диапазона система Berger включает возможность использования систем ограничивающих выход СА (таких, как АРУ).
Формула Libby.
В основу формулы положено предположение о том, что усиление, необходимое для коррекции слабых и средних степеней тугоухости, соответствует правилу одной трети (т.е. усиление соответствует одной трети уровня средних порогов слышимости). Для тяжелых форм тугоухости предлагается использование правила двух третей при определении требуемого усиления. Предполагается, что при слабых и средних степенях тугоухости больные в реальных жизненных условиях используют незначительное усиление. При этом не преследуется цель доведения уровня обычной речи до уровня комфортного восприятия на отдельных частотах. На частотах 250 и 500 Гц усиление составляет 1/3 от значений порогов слышимости на этих частотах минус 5 и 3 дБ, соответственно. На частотах же в диапазоне от 1000 до 6000 Гц усиление равно 1/3 от значений порогов.
NAL-R.
Данная процедура представляет собой модификацию процедуры, предложенной Byrne и Tonnison (NAL - Национальные Акустические Лаборатории Австралии). Основополагающим принципом формулы является достижение усиления, обеспечивающего доведение уровня обычной речи до комфортного уровня восприятия при соответствующей установке регулятора громкости. В то время, как в подавляющем большинстве формул, основанных на использовании данных тональной пороговой аудиометрии, расчет усиления производится раздельно на каждой частоте, данная методика использует сочетание правила полуусиления с оценкой характеристики наклона аудиометрической кривой. Модификация, обусловленная эффектами наклона аудиометрической кривой, заключается в умножении значений порогов слышимости на коэффициент, равный 0,31, что и обеспечивает коррекцию наклона. Пороги слышимости на каждой частоте умножаются на 0,31 + [0,05(ПС500+ПС1000+ПС2000)] -К = вносимое усиление (дБ), где К -
328
Руководство по аудиологии
константа, зависящая от частоты (колеблется между -17 дБ на частоте 250 Гц и+1 дБ на частотах 1000-15000 Гц).
Таким образом, реальное усиление (вносимое или функциональное) определяется по формулам:
1. X = 0,05 (ПС500 + ПС1000 + ПС2000),
где ПС - порог слышимости;
2. ВУ250 = X + 0,31 ПС250 - 17
ВУ500 = Х + 0,31 ПС500 -8
ВУ750 = Х + 0,31 ПС750 -3
ВУ1000= X + 0,31 ПС1000+1
ВУ1500= X + 0,31 ПС 1500+1
ВУ2000= X + 0,31 ПС2000-1
ВУ3000= X + 0,31 ПС3000-2
ВУ4000= X + 0,31 ПС3000-2
ВУ6000= X + 0,31 ПС6000-2.
В данной формуле ВУ - требуемое вносимое усиление. Коррекционные факторы, приводимые на каждой частоте, основаны на расчетах усредненного спектра речи. Таким образом, низкие частоты усиливаются незначительно, в то время как в основном усиливаются средние и высокие частоты.
POGO.
Формула POGO основывается на допущении о том, что амплитудно-частотная характеристика и выходной уровень звукового давления насыщения являются определяющими характеристиками при расчете параметров коррекции.
Параметры вносимого усиления определяются равными половине значений порогов слышимости на частотах 250-4000 Гц. Однако, учитывая маскирующий эффект низкочастотных составляющих окружающего шума на высокочастотные составляющие полезного сигнала, использование принципа полуусиления во всем диапазоне частот сопровождалось бы снижением разборчивости речи в шуме. Исходя из этого, при определении параметров вносимого усиления на низких частотах вносится соответствующая поправка: из половины значения порога на частоте 250 Гц вычитается 10 дБ, а из половины значения порога на 500 Гц вычитается 5 дБ.
При снижении слуха, превышающем 65 дБ, в формулу расчета дополнительно вносится поправка, зависящая от частоты: 1/2 (ПС-65).
Вносимое усиление в зависимости от частоты соответствует:
Слухопротезирование
329
0,5 (ПС250 Гц) - 10 дБ;
0,5 (ПС500 Гц) - 5 дБ;
0,5 (ПС 1000 Гц);
0,5 (ПС2000 Гц);
0,5 (ПС3000 Гц);
0,5 (ПС4000 Гц),
где ПС - пороги слышимости на различных частотах.
Максимальный выход слухового аппарата определяется по формуле:
ПД500 + ПД1000 + ПД2000.
3
где ПД - пороги дискомфорта на различных частотах, определяемые в дБ по отношению к порогам слышимости. Для пересчета в дБ УЗД (что используется в камере связи) применяется коррекционный фактор в 4 дБ. Предполагается использование закрытого вкладыша. При использовании различных модификаций ушных вкладышей необходимо дополнительное введение коррекционных факторов.
Рис. 14.19. (А) Аудиограмма больного; (Б) рассчитанные значения вносимого усиления для больного, чья аудиограмма представлена на (А) при использовании четырех формул; (В) результаты после нормализации на частоте 1000 Гц (при помощи регулятора громкости).
330
Руководство по аудиологии
На рис. 14.19 приведены результаты определения вносимого усиления у больного со средней степенью снижения слуха и невыраженным наклоном аудиометрической кривой при использовании четырех описанных формул. Из рисунка следует, что при приведенной степени тугоухости и форме аудиометрической кривой при использовании формулы Berger предписывается значительно большее усиление на частотах 1000 и 2000 Гц, по сравнению с другими подходами. В соответствии с формулой Libby - они достоверно ниже, а при использовании формул POGO и NAL-R -практически идентичны.
Частота кГц
Рис. 14.20. Обозначения те же, что и на рис. 14.19.
На рис. 14.20 приведены результаты определения параметров вносимого усиления у больного с круто нисходящей аудиометрической кривой. В основном определяются зависимости, аналогичные рис. 14.19, однако на высоких частотах формула NAL-R предписывает меньшие значения усиления, по сравнению с формулой POGO.
Одним из наиболее актуальных вопросов при выборе параметров электроакустической коррекции является вопрос о том, какая из существующих формул расчета является наиболее эффективной либо какая из них наиболее соответствует конкретному клиническому наблюдению. На сегодняшний день не существует хотя бы двух формул расчета, которые могли бы обеспечить одинаковую эффективность коррекции, что, прежде всего, обусловлено минимальными, казалось бы, несущественными
Слухопротезирование
331
различиями в усилении, полосе и частотной характеристике. И даже после нормализации значений усиления при помощи регулятора громкости различия в параметрах определенного усиления при использовании различных формул на определенных частотах могут достигать 20 дБ.
Не менее важным, чем расчет параметров усиления, является верификация параметров коррекции. Предписанные параметры вносимого усиления отнюдь не гарантируют, что больной будет удовлетворен результатами слухопротезирования. В подавляющем большинстве случаев необходима подстройка аппарата для достижения конкретным больным качественного и комфортного восприятия звуков (при его индивидуальной оценке!).
DSL - желаемый уровень ощущения (Seewald, Ross, 1985-92).
Метод разработан, в первую очередь, для использования у детей с прелингвальной тугоухостью, у которых тяжело добиться достоверных результатов.
Принцип метода заключается в выборе такого усиления для каждой из частот, которое позволило бы получить средний уровень интенсивности речи в максимально широком частотном диапазоне. Это полностью компьютеризованная методика. Усредненный спектр речи хранится в памяти компьютера. Компьютер вычисляет усиление, необходимое для обеспечения желаемого уровня восприятия усиленной речи и желаемых значений УЗД в реальном ухе. После введения аудиометрических данных компьютер генерирует заданное усиление и УЗД. Необходимо введение не менее двух значений порогов.
DSLI/O.
Все остальные правила подбора СА предполагают фиксированный уровень усиления, не зависящий от входного уровня. Это означает, что они непригодны для подбора слуховых аппаратов с АРУ.
DSL (I/O) предоставляет информацию о входных и выходных характеристиках СА, значениях порога и коэффициента компрессии, а также обеспечивает компрессию, соответствующую остаточному динамическому диапазону.
Следует иметь в виду, что, хотя описанные правила подбора СА получили широкое распространение, они не лишены недостатков. В основу большинства формул положены пороги слышимости, хотя известно, что пациенты ориентируются не на пороговые ощущения, а на уровень комфортного восприятия.
Каждая из формул предписывает свои, отличные от других, значения усиления и частотного спектра. Поэтому основной задачей аудиолога является правильный выбор формулы. Пациент не участвует в этом выборе, однако именно пациенту должно понравиться звучание его слухового аппарата.
332
Руководство по аудиологии
Сегодня можно рекомендовать некоторые из приведенных формул для различных ситуаций:
при средних порогах слышимости < 65 дБ нПС - NAL - R;
при средних порогах слышимости > 65 дБ нПС - POGO II / BERGER;
при полной компрессии - DSL I/O;
у детей - DSL.
Определение и верификация максимального выхода слухового аппарата.
Определение максимального уровня звукового давления насыщения слухового аппарата (УЗДН90) является следующим чрезвычайно важным элементом при выборе параметров слухопротезирования. В случае, если не удается четко определить и настроить максимальный УЗД насыщения слухового аппарата, больной нередко перестает им пользоваться. У пожилых пациентов, которые отказываются использовать назначенный им слуховой аппарат, в 88% основной жалобой является жалоба на чрезмерно громкие звуки.
Как правило, перед больным, пользующимся слуховым аппаратом, встает задача выбора следующих стратегий адаптации:
1. Больной начинает вращать регулятор громкости для подстройки аппарата при различных входных уровнях сигнала, однако процедура эта крайне утомительна и неэффективна, и больной переходит к следующей стратегии;
2. Больной начинает использовать слуховой аппарат только в спокойной обстановке при низких уровнях входного сигнала. Однако большинство пациентов предпочитает использовать аппарат в различных ситуациях, что служит поводом к использованию иных подходов;
3. Обычно используется положение регулятора громкости, при котором величина усиления плюс уровень входного сигнала не превышают уровня дискомфорта. При использовании данного подхода обычная разговорная речь и, особенно, ее высокочастотные компоненты плохо воспринимаются больным. Это сопровождается неудовлетворенностью слуховым аппаратом и переходом к последней стратегии;
4. Больной перестает пользоваться слуховым аппаратом!
Обычно, если УЗДН90 слухового аппарата достигает порога дискомфорта больного, протезирование неэффективно. С другой стороны, произвольная установка УЗДН90 на пониженный уровень с целью исключения чрезмерной громкости может сопровождаться сужением динамического диапазона. В подобной ситуации отдельные сегменты речевого сигнала усиливаются неадекватно для хорошего его восприятия, что сопровождается его искажением за счет насыщения слухового аппарата
Слухопротезирование
333
и как следствие, интермодуляционными и гармоническими искажениями. Исходя из этого, оптимальные значения УЗДН90 должны быть несколько ниже порогов дискомфорта, однако максимально высокими для зредотвращения ограничения динамического диапазона.
Обычно УЗДН90 определяется как среднее от значений порогов дискомфорта (в дБ относительно нормальных порогов слышимости) на частотах 500, 1000 и 2000 Гц. Данный подход является более предпочтительным, по сравнению с предсказанием значений максимального выхода камеры связи объемом в 2 см3 по результатам тональной пороговой аудиометрии.
Одним из важных условий при определении параметров коррекции яв^ется представление значений уровня дискомфорта больного в дБ УЗД камеры связи объемом в 2 см3. При коррекции значений выхода необходимо учитывать тип преобразователя и метод измерения.
При использовании при определении порогов дискомфорта телефонов серии TDH рекомендуется пользоваться поправочными коэффициентами Hawkins (1992) (табл. 14.2).
Таблица 14.2
Поправочные коэффициенты для пересчета дБ нПС в дБ УЗД камеры связи
Частота (Гц) TDH-39 TDH-49/50
250 20,7 21,7
500 9,9 11,9
750 7,3 7,8
1000 5,5 6,0
1500 2,5 3,5
2000 5,2 7,2
3000 5,7 5,2
4000 -0,5 0,5
6000 -0,2 -2,2
Так, например, если порог дискомфорта, определенный при помощи телефона TDH-49, равен 98 дБ нПС на частоте 1000 Гц, то рекомендуемый максимальный УЗДН90 в камере связи будет равен 98+6=104 дБ УЗД.
В приведенной таблице учтены не только пересчет дБ нПС в дБ УЗД, но и различия в объеме измерительных камер: 6 см3 - для телефонов TDH и 2 см3 - для слуховых аппаратов.
В последнее время все более широко в аудиологической практике при аудиометрии применяются внутриушные телефоны типа ER-ЗА, имеющие преимущества перед головными телефонами. Они обеспечивают более комфортные условия проведения измерения, меньшую вероятность коллапса слухового прохода, возможность одновременного использования с измерительным микрофоном и, что наиболее важно для слухо
334
Руководство по аудиологии
протезирования, калибруются в камере связи объемом в 2 см3. Пересчет значений дБ нПС в дБ УЗД производится на основании замера выхода внутриушного телефона в камере связи.
Внедрение измерительных систем, обеспечивающих замеры выхода слухового аппарата непосредственно у барабанной перепонки при помощи измерительного микрофона, располагаемого в наружном слуховом проходе, значительно расширило возможности выбора адекватных параметров электроакустической коррекции и оценки ее эффективности. Однако измерительный микрофон может быть использован также и для определения УЗДН90. Наряду с поправочными величинами, приведенными в табл. 14.2, при данном подходе возможно измерение индивидуальных различий между результатами, определенными в реальном ухе и в камере связи, с последующим использованием этой разницы для преобразования в предписанный максимальный УЗДН90 камеры связи.
Рекомендуется использование следующего протокола:
1. Выравнивание звукового поля и (при необходимости) калибровка измерительного микрофона (производится автоматически любой коммерческой измерительной системой);
2. Установка зонда, соединенного с измерительным микрофоном, непосредственно перед барабанной перепонкой;
3. Установка слухового аппарата на ухе больного при срединном положении регулятора громкости аппарата; определение выхода слухового аппарата в реальном ухе при уровне входного сигнала 60 или 70 дБ УЗД (уровень сигнала имеет значение лишь в смысле исключения насыщения);
4. Слуховой аппарат снимается с уха больного без изменения положения регулятора громкости;
5. Измерение выхода слухового аппарата в камере связи при использовании аналогичного сигнала равной интенсивности, что и в этапе 4;
6. Вычитание значений, замеренных в камере связи, из значений, определенных в реальном ухе.
Протокол должен быть завершен следующими процедурами:
1. Определите уровни дискомфорта для чистых тонов различных частот;
2. Определите УЗД в слуховом проходе для каждого уровня дискомфорта при помощи системы измерительного микрофона с отсоединенным собственным громкоговорителем;
3. Вычтите величину различия в уровнях, определенных в реальном ухе и в камере связи (этап 6), из реального УЗД в слуховом проходе, что позволит определить предписанный максимальный выход слухового аппарата.
У детей определение УЗДН90 более критично и сопряжено с
336
Руководство по аудиологии
должен соответствовать уровню, рассчитанному при определении УЗДН90.
8. В качестве конечного этапа верификации больному предлагается попробовать использовать слуховой аппарат в различных условиях окружающей обстановки. Обязательным является отсутствие жалоб на чрезмерную громкость каких-либо звуков.
Сигнал на выходе (УЗДН90) не будет дискомфортно громким для больного при соблюдении следующих условий: (1) если четко определены пороги дискомфорта до слухопротезирования, (2) при правильном пересчете дБ нПС в дБ УЗД для камеры связи, (3) при выборе соответствующей каждому конкретному случаю схемы и (4) при изготовлении аппарата в соответствии с предписаниями (внутриушной, внутриканальный).
Обычно протокол верификации параметров выхода предусматривает наихудшие условия:
1. Входной стимул. Некоторые слуховые аппараты с высоким усилением и высоким выходным уровнем не достигают насыщения, по крайней мере, до тех пор, пока сигнал на входе не достигает 90 дБ. Во многих ситуациях звуки, которые слышит больной, пользующийся слуховым аппаратом, превышают 90 дБ УЗД.
2. Установка высоких значений усиления. В ряде слуховых аппаратов и, в частности, в аппаратах с автоматической регулировкой усиления на входе, выход слухового аппарата уменьшается при снижении громкости при помощи регулятора громкости. Очень важно, чтобы уровень громкости был выставлен равным или превышающим обычно используемый больным (как правило, на 5 дБ). Установка уровня несколько ниже уровня возникновения обратной связи также воссоздает ситуацию.
3. Тип входного стимула. Использование чистых тонов сопровождается более высокими значениями максимального выхода и, следовательно, установкой меньших значений УЗДН90. Различие в уровнях максимального выхода для чистых тонов и широкополосных сигналов может достигать или даже превышать 15 дБ. Узкополосные сигналы имеют энергию, сконцентрированную в области определенной части спектра. В то же время широкополосные сигналы, такие как речь, характеризуются равномерным распределением энергии во всем частотном спектре.
В то время как широкополосные сигналы, в частности, речь, отражают реальные сигналы, используемые больным в обычных ситуациях, некоторые звуки, такие как телефонный звонок, звук сирены, лай собаки, приводят к значениям на выходе слухового аппарата, аналогичным определяемым при использовании чистых тонов. Исходя из этого, считается целесообразным для определения оптимальных значений УЗДН90 прежде всего определять пороги дискомфорта на чистые тоны, узкополосный шум и "воющие" тоны. При этом тональные сигналы будут
Слухопротезирование
337
оставаться ниже уровня дискомфорта, в то время как широкополосные комплексные сигналы будут приводить к насыщению слухового аппарата на данном уровне или ниже него.
Наиболее часто используемым, но не очень желательным, методом ограничения максимального выхода является клиппирование. И, хотя клиппирование обеспечивает успешное ограничение выхода слухового аппарата и, соответственно, предотвращает дискомфорт, данная процедура отражает феномен насыщения и сопровождается дополнительными гармоническими и интермодуляционными искажениями, снижающими соотношение сигнал/шум слухового аппарата. С этих позиций и, учитывая, что введение компрессии также сопровождается ограничением выхода и предотвращением дискомфорта, использование компрессии является предпочтительным.
При использовании слуховых аппаратов с регулируемым порогом срабатывания компрессии или регулируемым коэффициентом компрессии протокол верификации может быть несколько изменен. Если компрессия используется с целью ограничения выхода (предотвращения насыщения), настройка компрессии (порога срабатывания, коэффициента) при проведении поведенческих тестов с целью установки максимального выходного уровня слухового аппарата ниже значений дискомфортной громкости должна производится до регулировки триммера выходного уровня.
При использовании слуховых аппаратов с автоматической регулировкой усиления на входе следует помнить, что максимальный уровень снижается при уменьшении громкости за счет вращения регулятора громкости. Рекомендуется установка максимального выхода слухового аппарата при помощи регулятора громкости на уровне, на 5 дБ превышающем усиление, обычно используемое больным.
Нередко пороги дискомфортного восприятия громкости в процессе пользования слуховым аппаратом у больного повышаются, что требует повторного обследования больного для уточнения значений максимального выхода (которые повышаются с повышением порогов дискомфорта).
Больной, впервые начавший пользоваться слуховым аппаратом, как правило, выбирает значения усиления значительно выше рассчитанных значений. В этих случаях при использовании аппаратов с компрессией на входе рекомендуется снижение порога компрессии.
Пороги дискомфортного восприятия громкости при использовании больным слухового аппарата подвержены влиянию как спектральных, временных и амплитудных характеристик тестового сигнала, так и эффектов самой процедуры исследования и предшествующего опыта больного. В связи с этим рекомендуется производить периодическую
338
Руководство по аудиологии
перенастройку выходного уровня слухового аппарата при первичном подборе.
Бинауральное слухопротезирование.
Приведенные данные отражают ситуацию, когда определяются монауральные пороги дискомфорта, в то время как в клинической практике все более широкое применение находит бинауральное слухопротезирование. В данной ситуации закономерным является вопрос о необходимости определения бинауральных порогов дискомфорта до применения слуховых аппаратов, либо раздельной настройки выхода каждого аппарата. Результаты изучения бинауральной суммации громкости свидетельствуют о том, что бинауральный суммационный эффект для сигналов интенсивностью в 100-110 дБ УЗД составляет 6-10 дБ. Из этого следовало бы, что при бинауральном слухопротезировании уровень дискомфорта должен быть снижен на указанную величину. Однако при определении порогов дискомфорта данные различия нивелируются (иными словами, суммационный эффект для порогов дискомфорта отсутствует). Это означает, что аудиолог имеет возможность раздельно регулировать максимальный выходной уровень каждого из аппаратов при бинауральном слухопротезировании. Для больного же это означает существенное расширение динамического диапазона при использовании бинауральной коррекции.
Использование тестирования в камере связи при выборе параметров коррекции
Данный вид измерений обеспечивает информацию об ожидаемом эффекте коррекции в каждом конкретном случае. Эти измерения не требуют присутствия больного, позволяют сурдологу выставить параметры аппарата еще до посещения кабинета больным. Кроме того, легко обеспечивается контроль за условиями измерений, измерения отличаются высокой точностью и повторяемостью. Особенно ценны измерения в камере связи при определении параметров нелинейных аппаратов.
Одним из основных условий эффективного использования камер связи является знание и понимание акустических различий между камерами и реальными ушами. Основными различиями являются: (1) сложный акустический импеданс закрытого слухового прохода и барабанной перепонки - импеданс камеры связи объемом в 2 см3; (2) расположение микрофона слухового аппарата у поверхности головы (в ухе или около него) - расположение в свободном поле в камере; (3) трубки соединяют аппарат с ухом - трубки соединяют аппарат с камерой; (4) вентильные отверстия и утечка звука в ухо и из него - герметическая обтурация камеры.
При соединении слухового аппарата с относительно маленьким объемом УЗД в этом объеме будет относительно высоким. На низких
Слухопротезирование
339
частотах комбинированный эквивалентный объем обтурированного слухового прохода и барабанной перепонки обычно равен 1,3 см3, по сравнению с объемом камеры связи, равным 2 см3. Таким образом, УЗД в слуховом проходе на низких частотах обычно выше (приблизительно на 3,5 дБ), по сравнению с УЗД в камере связи. При повышении частоты звукового сигнала значения акустического импеданса уха продолжают расти относительно величин, определяемых в камере связи. Как результат, на высоких частотах различия в УЗД в слуховом проходе и в камере связи более выражены, чем на низких частотах.
Верификация результатов коррекции при использовании измерений в реальном ухе.
Разработка и внедрение в сурдологическую практику систем, обеспечивающих проведение замеров характеристик слухового аппарата в реальном ухе (непосредственно у барабанной перепонки), значительно расширили наши знания об эффектах наружного и среднего уха на характеристики слухового аппарата, а также об индивидуальных и межиндивидуальных различиях в параметрах коррекции. Ниже приводится основные термины, широко используемые при определении параметров электроакустической коррекции:
Вносимое усиление реального уха - термин, используемый для описания различий между УЗД, измеренным в слуховом проходе на определенной частоте с включенным слуховым аппаратом и без него.
Вносимый ответ реального уха - термин, относящийся к различиям в значениях УЗД, измеренным на различных частотах с включенным слуховым аппаратом и без него. Изменения в восприятии звуков во многом определяются данными параметрами, однако, следует помнить, что ни вносимый ответ, ни вносимое усиление не отражают состояния слуховой функции.
О необходимости использовать измерения в реальном ухе свидетельствуют следующие аргументы.
Во-первых, реальные характеристики слухового аппарата в конкретном ухе невозможно предсказать, основываясь лишь на усредненных групповых данных. И, хотя в настоящее время разработаны и достаточно широко применяются передаточные функции, предназначенные для пересчета данных, определенных в камере связи, в параметры коррекции, эти функции могут рассматриваться как значимые, лишь если речь идет об "усредненном" ухе (например, K.EMAR) или усредненных групповых данных.
Во-вторых, измерения в реальном ухе обеспечивают информацию, необходимую для оценки или улучшения параметров коррекции.
340
Руководство по аудиологии
В-третьих, данный класс измерений обеспечивает документирование результатов слухопротезирования, что может быть использовано при необходимости в дальнейшем для изменения параметров коррекции. Целесообразно после внесения всех необходимых модификаций, позволяющих приблизить характеристики аппарата к рассчитанному ответу реального уха, без каких-либо изменений в регулировках произвести тестирование аппарата в камере связи (2 см3). Это обеспечивает определение индивидуальной передаточной функции ухо/камера, которая с успехом может быть использована при последующих визитах больного.
В-четвертых, измерения в реальном ухе чрезвычайно полезны при обучении специалистов, так как они в кратчайшие сроки позволяют ознакомиться со всеми возможными эффектами электронных и акустических модификаций слуховых аппаратов и ушных вкладышей.
Протокол измерений.
Отоскопия.
До введения зонда измерительного микрофона необходимо произвести отоскопию и удалить серу и слущенный эпителий. Осмотр уха, кроме того, позволяет определить конфигурацию слухового прохода, что в последующем облегчает введение зонда и правильную его установку.
Введение зонда.
Зонд вводится в слуховой проход и устанавливается на расстоянии 6-8 мм от барабанной перепонки. Учитывая анатомические особенности и размеры наружного слухового прохода, введение зонда на глубину 27-30 мм обеспечивает установку его в необходимом положении. При этом замеры, произведенные на расстоянии 6-8 мм от барабанной перепонки, эквивалентны замерам, произведенным непосредственно у перепонки в диапазоне частот, используемом в слуховых аппаратах.
Учитывая меньшие размеры слухового прохода у детей, введение зонда у них должно производиться с осторожностью. Рекомендуется вводить зонд вместе с вкладышем слухового аппарата, расположив его по нижнему краю вкладыша выступающим перед медиальным его концом на 5 мм. УЗД, измеренные при использовании этого подхода, несколько отличаются от УЗД, измеренных у барабанной перепонки. Однако различия нивелируются на частотах ниже 4000 Гц.
Выравнивание звукового поля.
Несмотря на существование различных методов выравнивания звукового поля, наибольшее применение получил модифицированный метод "сравнения", обеспечивающий оптимальный контроль изменений в уровнях сигнала в тестируемой позиции. При этом методе референтный микрофон устанавливается у исследуемого уха? Он отражает тестовый
Слухопротезирование
341
сигнал и позволяет подстроить уровень звукового давления до постоянного УЗД в референтной точке.
Референтный микрофон должен располагаться там же, что и микрофон заушного слухового аппарата.
Расположение динамика.
Динамик устанавливается на расстоянии 35-45 см от головы пациента при азимуте, равном 45°. Такое расположение уменьшает вклад реверберантной энергии и окружающего шума.
Уровень сигнала.
Обычно используются сигналы интенсивностью 60-70 дБ УЗД. Данный уровень достаточно высок для того, чтобы исключить влияние окружающего шума, и в то же время недостаточен для приведения слухового аппарата в состояние насыщения. Если имеются какие-либо предположения о возможном эффекте окружающего шума, следует повторить замер ответа в реальном ухе без слухового аппарата при использовании более высокого уровня сигнала. Если же имеет место насыщение слухового аппарата, ответ реального уха при включенном слуховом аппарате замеряется при использовании меньшей интенсивности сигнала. И в том и в другом случае при использовании адекватного начального уровня сигнала кривые будут параллельными.
Тип сигнала.
Обычно рекомендуется использовать широкополосные сигналы. Однако при оптимальных условиях измерений сравнимые результаты могут быть получены как при применении широкополосных сигналов, так и чистых тонов. При использовании нелинейных слуховых аппаратов тип сигнала оказывает влияние на величину вносимого усиления реального уха. Следует иметь в виду, что при использовании тонов определяются существенно большие значения выходного уровня. Исходя из этого, измерение уровня насыщения слухового аппарата рекомендуется проводить именно при использовании в качестве стимулов чистых тонов.
"Ответ "реального уха без слухового аппарата.
Измерение проводится при спокойном положении пациента. При данном типе измерений определяется УЗД в открытом слуховом проходе до расположения в нем слухового аппарата. Измерения подвержены влиянию метода выравнивания звукового поля, расположения референтного микрофона, состояния наружного и среднего уха пациента. Характеристика, замеренная в реальном ухе, служит отправной точкой для определения вносимого усиления в реальном ухе при использовании слухового аппарата.
"Ответ "реального уха со слуховым аппаратом.
Вкладыш слухового аппарата (или внутриушной слуховой аппарат)
22 Заказ № К-4286
342
Руководство по аудиологии
располагается в наружном слуховом проходе. При этом следует избегать смещения зонда измерительной системы. Регулятор громкости выставляется в соответствии с желаемым усилением (или усилением, предпочитаемым больным). Другой подход подразумевает доведение усиления до комфортного уровня восприятия при предъявлении речи или широкополосного шума интенсивностью 65-70 дБ УЗД, что осуществляется самим больным. Далее замеряется уровень звукового давления в реальном ухе с включенным слуховым аппаратом. На процесс измерения данного параметра оказывают влияние все факторы, отмеченные в предыдущем разделе, а также дополнительно характеристики слухового аппарата.
Вносимый "ответ"реального уха.
Как уже отмечалось выше, вносимый "ответ" реального уха (вносимое усиление) - это разница в параметрах, замеренных в реальном ухе со слуховым аппаратом и без него. Проводится сравнение замеренного и рассчитанного вносимого усиления. При хорошей сопоставимости результатов исследование прекращается. Если же результаты существенно расходятся, вносятся различные модификации, и замеры вносимого ответа при включенном слуховом аппарате повторяются. Методика повторяется до тех пор, пока не достигается приближение замеренных и рассчитанных результатов, либо сурдолог прекращает исследование из-за невозможности добиться положительного эффекта.
На практике, как правило, используются характеристики вносимого усиления и не учитываются значения УЗД, замеренные в реальном ухе без слухового аппарата и с аппаратом, хотя последние обеспечивают ценную информацию для оценки эффективности электроакустической коррекции. Так, например, в большинстве случаев вносимое усиление, измеренное в реальном ухе, не достигает расчетных значений на частотах, превышающих 2000 Гц. Это может быть обусловлено как частотной характеристикой слухового аппарата, так и характеристиками наружного слухового прохода пациента. Измерение же УЗД в реальном ухе без слухового аппарата и со слуховым аппаратом может помочь определить реальный источник проблемы и устранить его.
На рис. 14.21 приведены примеры замеров характеристик слухового аппарата в реальном ухе. У больного со средней степенью сенсоневральной тугоухости (рис. 14.21,А) при использовании внутриушного слухового аппарата "ответ" реального уха без слухового аппарата имеет максимальный пик, равный 20 дБ. При включении слухового аппарата уровень "ответа" реального уха увеличивается в частотном диапазоне от 4000 до 1000 Гц. Форма вносимого ответа (вносимого усиления) сглажена, хотя и имеются отдельные пики. Характеристики измеренного и рассчитанного вносимого усиления, как это следует из рисунка, практически совпадают, за исключением полосы между 500 и 1000 Гц, в которой измеренное усиление
Слухопротезирование
343
меньше рассчитанного. В данном случае усиление было уменьшено путем подстройки потенциометра низких частот, что было обусловлено выбором самого пациента, отметившего при этом улучшение качества звуков.
А
в
Частота кГц
Частота кГц
Частота кГц
Рис. 14.21. Примеры измерений в реальном ухе: (А) больной со средней степенью сенсоневральной тугоухости, протезированный внутриушным слуховым аппаратом;
(Б) больной с выраженной степенью сенсоневральной тугоухости, протезированный внутриушным слуховым аппаратом. Определяется выраженный эффект резонанса наружного слухового прохода на параметры вносимого усиления; (В) больной со средней степенью кондуктивной тугоухости и большой мастоидальной полостью. Отмечается выраженный эффект низкочастотного резонанса реального ответа без слухового аппарата на параметры вносимого усиления. Верхняя сплошная линия - ответ реального уха с включенным слуховым аппаратом; нижняя сплошная линия - ответ реального уха без слухового аппарата; пунктирная линия -вносимый ответ (усиление) реального уха; точечная линия - вносимое усиление, рассчитанное при использовании формулы NAL-R.
На рис. 14.21,Б представлены результаты, определенные у больного с большей степенью сенсоневральной тугоухости. "Ответ" реального уха без слухового аппарата у него характеризуется острым резонансным пиком, превышающим 30 дБ. При этом "ответ", определенный при включенном слуховом аппарате, достаточно сглажен, а пик его приближается к пику характеристики, зарегистрированной без слухового аппарата, с резким завалом на высоких частотах. Величина замеренного вносимого усиления
344
Руководство по аудиологии
на частотах ниже 2000 Гц достаточно близко приближается к рассчитанным значениям, полученным при помощи формулы NAL-R. Отсутствие удовлетворительного эффекта на высоких частотах в данном случае было обусловлено характеристиками наружного слухового прохода больного.
На рис. 14.21,В приведены результаты измерений в реальном ухе у больного со средней степенью кондуктивной тугоухости и большой мастоидальной полостью. "Ответ" реального уха без слухового аппарата резко отличается от нормы и характеризуется крутым пиком на частотах выше 2000 Гц и пологим спадом на высоких частотах. Характеристика, замеренная при включенном слуховом аппарате, близка к нормальной и характеризуется достаточным усилением во всем диапазоне частот. Вносимое же усиление имеет завал на частотах выше 2000 Гц и резкий подъем усиления на высоких частотах, что обусловлено влиянием характеристик наружного уха и мастоидальной полости.
Мощные слуховые аппараты.
Существуют ситуации, когда требуется внесение дополнений в протокол измерений в реальном ухе. Прежде всего, это относится к мощным слуховым аппаратам. Во-первых, при их использовании предполагается повышенное усиление на низких частотах. Во-вторых, с целью исключения возможности возникновения обратной акустической связи и сохранения высоких значений низкочастотного усиления необходимо использование индивидуальных вкладышей. При введении зонда измерительной системы между стенкой слухового прохода и вкладышем возникает вентильный эффект, сопровождающийся снижением как низкочастотного усиления, так и величины общего усиления, после которой возможно возникновение обратной связи. Исходя из этого, рекомендуется при измерениях в реальном ухе и слухопротезировании мощными слуховыми аппаратами использовать ушные вкладыши с дополнительным отверстием для зонда, идущим параллельно звукопроводящему каналу.
Кроме того, следует иметь в виду, что при использовании мощного слухового аппарата возможно превышение уровня его насыщения уже при входном сигнале в 65-70 дБ УЗД или даже меньше. Поэтому рекомендуется использовать как можно меньшие уровни интенсивности входного сигнала, не подверженные, однако, влиянию окружающего шума.
В ряде случаев необходимо учитывать и состояние остаточного слуха больного. В частности, у некоторых больных с резко выраженной тугоухостью определяется реакция на вибрацию низкочастотных звуков, а не на реальные звуки, что приводит к неправильной оценке вносимого усиления. В подобных ситуациях более информативным является определение функционального усиления.
Слухопротезирование
345
Нелинейные слуховые аппараты.
На результаты измерений при использовании нелинейных слуховых аппаратов оказывают эффект тип и уровень входного сигнала. Если уровень сигнала ниже уровня срабатывания компрессии, значения вносимого усиления, измеренные при использовании чистых тонов и широкополосных сигналов, не отличаются друг от друга. Однако на уровнях, превышающих уровень срабатывания компрессии, при использовании в качестве входного сигнала чистых тонов возможно возникновение подчеркивания усиления на низких частотах. Это происходит из-за того, что тон подается на постоянном уровне, а слуховые аппараты имеют большие уровни компрессии на низких частотах, чем на высоких. Кроме того, тональные стимулы позволяют слуховому аппарату функционировать линейно в области низких частот, в то время как на высоких частотах срабатывает компрессия. Исходя из этого, при тестировании слуховых аппаратов с компрессией методом выбора является использование в качестве входного сигнала широкополосных стимулов.
Рекомендуется измерение ответов при использовании различных уровней входного сигнала, что позволяет верифицировать функционирование компрессии и отрегулировать порог ее срабатывания.
А
Частота кГц
Частота кГц
Рис. 14.22. Вносимые ответы (усиление) реальных ушей, измеренные при использовании двух типов нелинейных слуховых аппаратов: (А) внутриушного слухового аппарата с автоматической регулировкой громкости на входе. Использовался входной сигнал интенсивностью 65 дБ (верхняя кривая) и 80 дБ УЗД (нижняя кривая);
(Б) внутриушного слухового аппарата с усилителем типа К. Входные уровни - 50 и 80 дБ УЗД для верхней и нижней кривых, соответственно.
На рис. 14.22 представлен пример оценки функционирования компрессии. На первом этапе была измерена характеристика внутриушного аппарата с компрессией на входе с установкой максимального порога срабатывания компрессии, что позволяло функционировать ему как линейному слуховому аппарату. До регулировки порога срабатывания компрессии были произведены все необходимы изменения амплитудно
23 Заказ № К-4286
346
Руководство по аудио югии
частотной характеристики. Без изменения положения регулятора громкости уровень входного сигнала был повышен на 5 дБ. Далее производилось снижение порога автоматической регулировки усиления на входе до момента срабатывания компрессии. Наконец, уровень тестового сигнала медленно повышался до 80 дБ, что позволяло оценить адекватность аттенюации, необходимой для предотвращения дискомфорта. Резкий спад вносимого усиления на частотах выше 3000 Гц, определяемый на рисунке, не связан с действием схемы компрессии, а обусловлен резонансом наружного слухового прохода.
Проблемы, возникающие при верификации выхода слухового аппарата в реальном ухе.
Существует множество факторов, которые могут влиять на результаты измерений в реальном ухе. Риск получения сомнительных результатов значительно снижается при использовании соответствующего протокола (см. выше). Кроме того, важное значение имеет способность сурдолога к оценке результатов, которые обычно определяются при замерах в реальном ухе. И, хотя данные, определяемые в реальном ухе, не могут быть с высокой степенью точности предсказаны на основании замеров, произведенных в камере связи, они достаточно близки. При выраженных расхождениях исследователь должен установить причину этих расхождений.
Основные причины, осложняющие проведение измерений в реальном ухе.
Наличие серы.
Частота кГц
Рис. 14.23. Ответ реального уха без слухового аппарата у пациента до (нижняя кривая) и после удаления серы (верхняя кривая) из наружного слухового прохода.
Наличие серы в наружном слуховом проходе оказывает влияние как на характеристики, замеренные в реальном ухе без слухового аппарата, так и на характеристики, определяемые при включенном слуховом аппарате. Сера может обтурировать зонд, что приводит к неверному определению уровня звукового давления и изменению частотного ответа. Обычно имеет
Слухопротезирование
347
место лишь частичная обтурация зонда, что определить по результатам измерений значительно сложнее. Как правило, уровень звукового давления снижается незначительно, в то время как высокочастотный ответ резко подавляется. Ситуация осложняется, если зонд не был обтурирован при замерах без слухового аппарата, а после его установки был забит серой.
На рис. 14.23 приведены замеры ответа реального уха без слухового аппарата у пациента, у которого зонд на треть был обтурирован серой (нижняя кривая). На верхней кривой приведены результаты измерений после удаления серы при том же положении зонда. Различие между двумя измерениями составило 20 дБ.
Условия проведения теста.
Больной во время тестирования должен располагаться не ближе 1,5 м от ближайшей стены, в противном случае на результаты измерений будут оказывать влияние отраженные звуки.
Обратная связь.
Достаточно сложно бывает определить, приводит ли утечка звука через звуковод к возникновению положительной обратной акустической связи при использовании пациентом привычных уровней громкости (рис. 14.24).
Слышимая обратная акустическая связь проще всего может быть
Частота кГц
Рис. 14.24. Эффекты акустической обратной связи на результаты измерений. Верхняя сплошная линия - регулятор громкости установлен в соответствии с уровнем, несколько превышающим уровень возникновения слышимой обратной связи; пунктирная линия - регулятор громкости установлен в соответствии с уровнем, который несколько ниже уровня возникновения слышимой обратной связи; нижняя сплошная линия - регулятор громкости соответствует уровню комфортного восприятия.
обнаружена в виде генерации звука или как источник дополнительных нелинейных искажений, вносимых в измерения. Обратная связь, не приводящая к генерации звука, как правило, не очень заметна. Попытки уменьшить усиление слухового аппарата до уровней непосредственно под
348
Руководство по аудиологии
уровнем возникновения слышимой обратной связи часто приводят к потере стабильности в работе слухового аппарата. При этом пациент, использующий этот аппарат, отмечает ухудшение качества воспроизводимого звука, а на кривой усиления регистрируются острые пики. При возникновении подобных пиков усиление слухового аппарата следует уменьшить, после чего вновь произвести замеры. Однако следует помнить, что наличие обратной акустической связи приводит к некорректным измерениям.
Движения головы.
Любые движения во время тестирования могут оказывать влияние на результаты измерений. Учитывая то, что ошибки возникают при использовании любого метода выравнивания, для их уменьшения рекомендуется использование в реальном времени референтного микрофона. Основанием для этого является то, что референтный микрофон производит в реальном времени постоянную подстройку изменений в УЗД, что способствует компенсации незначительных движений.
Установка ушного вкладыша.
Если не удается адекватно установить ушной вкладыш (или внутриушной слуховой аппарат) в ухе, имеет место снижение низкочастотного усиления, что обусловлено возникновением вентильного эффекта. Рекомендуется перед введением измерительного зонда и началом исследования потренироваться во введении ушного вкладыша.
Глубина введения измерительного зонда.
Зонд должен быть введен на глубину, соответствующую длине канала ушного вкладыша плюс дополнительные 5 мм. Артефакты возникают, как правило, если кончик зонда расположен вблизи выходного звукового отверстия вкладыша. Кроме того, важным моментом является стабильное положение зонда при измерениях ответа реального уха без слухового аппарата и с включенным слуховым аппаратом. Наиболее точные и стабильные результаты при измерениях в диапазоне 250-6000 Гц могут быть получены при расположении зонда в 6-8 мм от барабанной перепонки.
Современные стратегии выбора параметров электроакустической коррекции обеспечивают оптимальное восприятие речевых звуков в пределах динамического диапазона каждого пациента. Предполагается, что это способствует повышению разборчивости речи и обеспечивает усиление до уровней комфортной громкости. И, хотя существующие стратегии были разработаны для определения параметров коррекции при использовании линейных слуховых аппаратов, наиболее совершенные из них уже сегодня могут служить основой для внесения изменений, необходимых для определения параметров нелинейных, многополосных и цифровых слуховых аппаратов.
Слухопротезирование
349
14.8. СЛУХОПРОТЕЗИРОВАНИЕ У ДЕТЕЙ.
Комплексность проблемы детского слухопротезирования заключается в необходимости наличия мотиваций у родителей, участия врачей, слухопротезистов, сурдопедагогов, а также производителей слуховых аппаратов.
Эффективность.
В первую очередь эффективность слухопротезирования у детей определяется:
- возрастом и развитием ребенка;
- степенью снижения слуха;
- наличием сочетанной патологии;
- состоянием интеллекта;
- условиями жизни ребенка;
- возрастом, в котором был установлен диагноз;
- получением реабилитационной сурдопедагогической помощи;
- совместной работой ребенка, педагога и родителей.
При определении порогов слышимости у детей используются субъективные и объективные методы исследования, которые, в свою очередь, рассматриваются как активные, требующие контакта с ребенком (субъективные методы), и пассивные, не требующие контакта с ребенком (объективные методы).
К пассивным методам относятся тимпанометрия, акустическая рефлексометрия, регистрация слуховых вызванных потенциалов и отоакустической эмиссии и безусловно рефлекторная аудиометрия.
К активным относятся исследование слуха при помощи звукореакто-теста, игровая аудиометрия, аудиометрия с визуальным подкреплением, речевая аудиометрия, ориентировочная аудиометрия и категоризация громкости.
При проведении объективных методик необходимо сопоставление полученных данных с результатами сурдопедагогического обследования. Это связано с тем, что сложности при определении слуха у детей раннего возраста обусловлены, прежде всего, заболеваниями ЦНС или наличием "сложной структуры дефекта".
Несмотря на преимущества объективных методик, каждой из них присущи и определенные недостатки и ограничения, что определяет необходимость проведения комплексного аудиологического обследования.
Так, коротколатентные слуховые потенциалы (КСВП) на широкополосную стимуляцию (щелчки) отражают состояние слуха на высоких частотах (2-4 кГц); состояние слуха на средних (750-2000 Гц) и
350
Руководство по аудиологии
высоких (4-6 кГц) частотах определяется при регистрации отоакустической эмиссии (ОАЭ); при регистрации акустического рефлекса стременной мышцы обеспечивается информация о низких частотах (500 Гц).
На основании полученных при объективном тестировании слуховой функции данных можно выделить следующие симптомокомплексы:
1. нормальный слух - тимпанограмма типа А, регистрация акустических рефлексов стременной мышцы при стимуляции 80-90 дБ, КСВП и ОАЭ (с параметрами, соответствующими возрастной норме);
2. выраженная сенсоневральная тугоухость, глухота - тимпанограмма типа А, отсутствие акустических рефлексов стременной мышцы и КСВП при максимальной стимуляции, ОАЭ не регистрируется;
3. аудиторная нейропатия - тимпанограмма типа А, отсутствие акустических рефлексов стременной мышцы и КСВП при максимальной стимуляции, регистрируется высокоамплитудная ОАЭ.
Все промежуточные состояния соответствуют тугоухости различной степени выраженности
Кондуктивная тугоухость. При наличии кондуктивной тугоухости не рекомендуется при оценке слуховой функции вносить коррекцию на величину костно-воздушного интервала.
Особые подходы используются при наличии пороков развития. В этих случаях необходимо согласовывать хирургическую тактику и подбор слухового аппарата, осуществляя это в очередности, обеспечивающей оптимальные условия для развития речи и дальнейшего обучения ребенка.
На период лечения часто рекомендуется временное назначение слухового аппарата.
Этапы слухопротезирования:
- оценка проведенного обследования как достаточного, проведение дополнительных исследований или обследование в динамике;
- изготовление индивидуальных ушных вкладышей (обоснование выбора материала и конструктивных особенностей вкладыша, параметров вентильного отверстия);
- подбор базовых моделей слуховых аппаратов для первого тестирования, настройка с учетом степени адаптации (компьютерная или триммерная); формулы расчета вносимого усиления;
- занятия с сурдопедагогом для выбора наиболее эффективного варианта слухопротезирования;
- уточнение режима на повторных занятиях;
- психологическая и информационная поддержка родителей;
Слухопротезирование
351
- согласование режима ношения СА, настройка второй программы, рекомендации по занятиям и определение плана повторных посещений -индивидуально.
Следует выделить основные ключевые моменты, определяющие успех слухопротезирования у детей:
- СА должен обеспечивать адекватное усиление в области высоких частот;
- СА должен обеспечивать возможность регулировки в области низких частот;
- СА должен обеспечивать запас усиления для компенсации резонанса наружного слухового прохода;
- в диапазоне интенсивностей 60-90 дБ на входе должна быть параллельная характеристика;
- протезирование детей СА с выходной мощностью 125 дБ должно производиться с большой осторожностью;
- ребенок в течение недели должен носить дома только вкладыш или вкладыш с выключенным СА;
- качество и комфортность вкладыша должны контролироваться;
- для измерений в реальном ухе рекомендуется изготовление специального вкладыша;
- перед тем, как СА будет подключен, он должен быть исследован на приборе; необходимо проверить ограничение выходной мощности.
14.9. БИНАУРАЛЬНОЕ СЛУХОПРОТЕЗИРОВАНИЕ.
Одной из наиболее актуальных проблем современной медицины является восстановление утраченных функций. Это в равной мере относится к оториноларингологии и, в частности, к аудиологии и слухопротезированию. Первостепенное значение при этом приобретает выбор адекватных параметров электроакустического усиления, которые могли бы обеспечить приближение слухового восприятия при различных формах тугоухости к нормальному физиологическому восприятию, что, в свою очередь, служит основанием для применения бинауральной коррекции. Однако, несмотря на значительное количество работ, аргументирующих преимущества использования при слухопротезировании бинаурального усиления, до настоящего времени достаточно широко распространена точка зрения, в соответствии с которой предпочтение отдается монауральному слухопротезтрованию. Прежде всего, это обусловлено отсутствием четких сведений о динамике механизмов бинаурального слухового восприятия при различных формах тугоухости, а.
352
Руководство по аудиологии
соответственно, и отсутствием физиологически обоснованных показаний i противопоказаний к бинауральному слухопротезированию, что и определяет актуальность исследований в этом направлении.
При обосновании преимуществ бинаурального слухопротезирования особое значение, как правило, придается изучению феномена бинауральной суммации. Тем не менее, бинауральному высвобождению от маскировки незаслуженно уделяется мало внимания в литературе.
При улитковом поражении бинауральная суммация на пороге маскировки снижается. Это может указывать на ухудшение восприятия в шумной обстановке, в то время как низкие значения бинаурального высвобождения от маскировки могут рассматриваться как противопоказание к бинауральному слухопротезированию.
Данные, получаемые при исследовании феномена бинауральной суммации, могут иметь существенное значение для обоснования стратегии бинаурального слухопротезирования. Эти данные свидетельствуют о том. что величина бинаурального усиления, в зависимости от частоты, должна устанавливаться на 6 - 10 дБ ниже величины, определяемой при монауральной коррекции (при равных уровнях громкости). Это имеет принципиальное значение, особенно при выраженных формах тугоухости для ограничения искажений, обусловленных высокими значениями УЗД.
В дальнейшем, при расчете кривой вносимого усиления при бинауральном слухопротезировании должны определяться и учитываться! коррекционные факторы, связанные с эффектами частотно-специфичного бинаурального взаимодействия, различного при разных видах патологии
Следует иметь в виду, что когда протезированное ухо воспринимает речь через слуховой аппарат, усиление которого на 20 дБ (на 10 дБ для локализационных задач) превышает порог восприятия речи, оно эффективно может быть использовано для бинаурального слухопротезирования.
У лиц пожилого возраста эффективность бинаурального слухопротезирования достоверно снижена. Прежде всего, это связано с понижением способности к бинауральному высвобождению от маскировки, а далее - с центральной дисфункцией.
Преимущества бинаурального слуха.
К преимуществам бинаурального слуха относятся:
а) способность снижать эффект реверберации и фонового шума;
б) способность к выделению одного стимула из многих;
в) способность к пониманию речи в условиях чрезвычайно плохого соотношения сигнал/шум;
г) повышенная способность к локализации;
Слухопротезирование
353
д) суммация энергии как на пороге, так и на надпороговых уровнях;
е) суммация информационного содержания, особенно, когда снижение слуха в обоих ушах неодинаково в частотном распределении;
ж) исключение тени головы;
з) лучшая разборчивость речи в тишине и в шуме;
и) лучшее качество звука.
При использовании бинауральной коррекции возникает ряд во-просов, требующих четкого ответа:
1) Каковы преимущества бинаурального слухопротезирования перед монауральным? - Преимущества определяются прежде всего в улучшении разборчивости речи в шуме, а также в выраженном повышении локализационных способностей.
2) Могут ли эти преимущества быть измерены? - Показано, что при бинауральном слухопротезировании заушными слуховыми аппаратами на 2-3 дБ снижается фоновый шум и на 6-7 дБ - эффект тени головы. Оба эти параметра являются аддитивными, из чего следует, что бинауральное слухопротезирование обеспечивает эффект, превышающий достигаемый при монауральном, на 10 дБ. При интерпретации этих данных в аспекте разборчивости речи это означает повышение разборчивости порядка 40%.
При бинауральном протезировании карманным слуховым аппаратом, естественно, исключается эффект тени головы, хотя положительный эффект подавления фонового шума на 2-3 дБ и имеет место. Это выражается в 10%-ном повышении разборчивости речи.
Следует отметить, что как заушные, так и карманные аппараты обеспечивают выраженное повышение локализационной способности.
3) При каких условиях могут проявляться преимущества бинаурального слухопротезирования? - Показаны преимущества бинаурального слухопротезирования как в условиях наличия реверберации, так и без нее и особенно при наличии фонового шума. В тишине повышение разборчивости речи статистически недостоверно, хотя повышение локализационной способности очевидно.
4) Какие формы тугоухости являются наиболее перспективными для бинаурального слухопротезирования? - Наиболее существенным является вопрос, связанный с той минимальной стимуляцией, которая необходима для того, чтобы ухо участвовало в бинауральном восприятии.
Бинауральное протезирование больных с тугоухостью шумовой этиологии.
Как и при сенсоневральной тугоухости другой этиологии определение разборчивости речи в звукозаглушенной камере часто недостаточно чувствительно для подтверждения или отрицания преимуществ бинаураль
354
Руководство по аудиологии
ного усиления. Субъективные же оценки относительно большей эффективности бинауральной коррекции могут быть объяснены рядом факторов. Исключение или минимизация эффектов тени головы имеет особое значение у больных с высокочастотным снижением слуха и, в частности, у больных с тугоухостью шумовой этиологии. Кроме того, достаточно действенным является и степень центрального высвобождения от маскировки. Абсолютные бинауральные пороги на 2-3 дБ ниже порогов монауральных. На надпороговых уровнях интенсивности, на которых больные и воспринимают усиленные звуки, суммация возрастает до 6-10 дБ. Это означает, что при бинауральном слухопротезировании для достижения равных уровней громкости необходима установка регулятора громкости слуховых аппаратов на более низких уровнях интенсивности, по сравнению с монауральным слухопротезированием. Это, в свою очередь, значительно снижает проблему обратной связи. Кроме того, если при бинауральной стимуляции громкость звуков больше, чем при монауральной, с целью предотвращения достижения портов дискомфорта логично было бы ограничить максимальную мощность слухового аппарата. Однако между бинауральными и монауральными порогами дискомфорта отсутствуют достоверные различия. Это, в свою очередь, означает, что при бинауральном слухопротезировании имеет место расширение динамического диапазона слухового восприятия.
Таким, образом, бинауральное слухопротезирование показано во всех случаях, кроме выраженной асимметрии между ушами.
Симметричное снижение слуха.
При симметричном снижении слуха больные определяют те же преимущества бинаурального слухового восприятия, что и лица с нормальным слухом, хотя и менее выраженные. Кроме того, не следует забывать и о дополнительных искажениях, вносимых самими слуховыми аппаратами, а также возможных временных задержках и фазовых изменениях, снижающих эффективность бинауральной коррекции. Однако, несмотря на это, преимущества бинаурального слухопротезирования перед монауральным в этой группе больных не вызывает сомнений.
Подходы к бинауральному слухопротезированию (к определению параметров коррекции) остаются аналогичными подходам, применяемым при монауральной коррекции. При этом время на бинауральное протезирование затрачивается на 25% больше. В то же время нередко используются и некоторые отклонения от классических методик. В частности, если у больного возникают проблемы с усилением высокочастотных звуков, в том числе обратная акустическая связь, возможно уменьшение усиления в высокочастотной области на этом ухе при условии
Слухопротезирование
355
компенсации высокочастотного усиления на противоположном ухе.
При бинауральном слухопротезировании используются два основных подхода: первый предусматривает протезирование одного уха, подстройку характеристик слухового аппарата пациентом, а затем - протезирование второго уха; при втором подходе одновременно протезируются оба уха. И нет никаких указаний на преимущества того или иного подхода. Однако, не следует забывать о феномене бинауральной суммации, компенсация которой предусматривает соответствующее уменьшение величины усиления.
Особым вопросом является использование бинаурального усиления у детей, и особенно это относится к их способности воспринимать свою речь. Кроме того, при бинауральном слухопротезировании уменьшается утомление и улучшаются локализационные способности, что, в свою очередь, способствует улучшению восприятия речи. Наличие при бинауральном слухопротезировании эффекта бинауральной суммации позволяет уменьшить общее усиление при коррекции, что существенно снижает проблему обратной акустической связи и возможность возникновения нарушений слуховой функции шумовой этиологии.
Бинауральное усиление при асимметричной тугоухости.
Прежде всего, важно определить, что является асимметричной тугоухостью. Как правило, она определяется как различие в порогах слышимости. Однако, это определение недостаточно точно, так как у одного пациента может быть нормальный слух на одно ухо и выраженная степень тугоухости, не поддающаяся коррекции, на второе. У другого же больного снижение порогов слышимости с обеих сторон может быть одинаковым, в то время как разборчивость речи существенно отличается. Либо имеет место асимметричное повышение порогов слышимости или различная степень нарушения функции громкости. Многообразие перечисленных возможностей определяет необходимость использования принципиально отличающихся подходов при выборе параметров электроакустической коррекции.
Исходя из того, что приданной патологии предполагается значительное различие в порогах слышимости между ушами, использование усиления должно обеспечить улучшение слухового восприятия таким образом, чтобы оно могло быть верифицировано при субъективных и объективных исследованиях. Это выражается в улучшении порогов слышимости, порогов комфорта и разборчивости речи, в компенсации нарушенной функции громкости, а также в положительной субъективной оценке усиленных звуков в каждодневной ситуации. И в этом смысле субъективной оценке должно уделяться особое внимание: в зависимости от выраженности тугоухости пациент может отмечать эффективность
356
Руководство по аудиологии
коррекции в случаях, когда при использовании обычных методик оценки эффект отсутствует. И особенно это справедливо в случаях, когда для оценки эффективности слухопротезирования в качестве основного критерия используется определение разборчивости речи.
У большинства больных с двусторонней тугоухостью снижение слуха является асимметричным. Это выражается в различиях в слуховой чувствительности на различных частотах между ушами. В клиническом плане особое значение приобретает величина этого различия, от которой зависит и выбор способа коррекции: слухопротезирование хуже слышащего или лучше слышащего уха, либо обоих ушей.
До последнего времени сохраняются достаточно жесткие показания и противопоказания к бинауральному слухопротезированию при асимметричной тугоухости, подлежащие безусловному пересмотру. Так. считается, что бинауральная коррекция показана:
1. когда разница между средними порогами слышимости между ушами на частотах 500, 1000 и 2000 Гц не превышает или менее 15 дБ;
2. когда процент разборчивости речи между ушами не отличается более, чем на 8%;
3. когда разница между порогами комфорта и дискомфорта не превышает 6 дБ;
4. при активном образе жизни.
Очевидно, что при принятии решения о показаниях к бинауральному слухопротезированию сурдолог должен основываться не только на этих принципах выбора параметров бинауральной электроакустической коррекции.
При протезировании больных с асимметричной тугоухостью чрезвычайно важно понимать и учитывать принципиальную значимость субъективной оценки больным качества усиленных звуков. У больных, не имеющих опыта пользования слуховым аппаратом, возможны следующие варианты:
а) больные без особых проблем, адекватно и достаточно быстро адаптируются к подобранным аппаратам;
б) больные без особых сложностей адаптируются к слуховым аппаратам, но период адаптации и подстройки должен быть пролонгирован;
в) больные испытывают сложности при настройке слуховых аппаратов и адаптации к ним.
Рекомендуемым подходом должен быть подход, предусматривающий попытку использовать бинауральное усиление при наличии остаточногс слуха в хуже слышащем ухе, что, в свою очередь, может обеспечить удовлетворительное восприятие звуков больному.
Слухопротезирование
357
Использование в современных слуховых аппаратах новейших технологий обработки речевых сигналов обеспечивает сурдологу большие возможности для эффективной коррекции асимметричной тугоухости. Прежде всего, это касается выраженных различий в динамическом диапазоне у этих больных. Как правило, чем уже динамический диапазон, тем сложнее обеспечить удовлетворительное усиление при использовании линейных систем, что обусловлено непропорциональным ростом громкости. Исходя из этого, преимущество при данном виде патологии должно отдаваться слуховым аппаратам с компрессией. Однако, оптимальные результаты достигаются при использовании аппаратов, в которых предусмотрено раздельное регулирование 2-3 частотных полос, в том числе и раздельное регулирование усиления, коэффициента компрессии, времени атаки и высвобождения и т.д. Подобное регулирование амплитудно-частотных характеристик и выходного уровня слухового аппарата способствует повышению эффективности коррекции у больных с ограниченным динамическим диапазоном.
Показания и противопоказания к бинауральному слухопротезированию.
Было бы неверным рекомендовать бинауральное усиление во всех случаях асимметричной тугоухости. И, прежде всего, бинауральное слухопротезирование противопоказано в трех ситуациях:
1. Когда при измерении функционального усиления пороги слышимости не определяются на одном ухе даже при использовании усиления (в пределах возможностей аудиометра). В подобных ситуациях хорошие результаты могут быть достигнуты при расположении микрофона слухового аппарата у хуже слышащего уха, а телефона - у лучше слышащего (CROS), или при расположении микрофонов с обеих сторон, а телефона -также у лучше слышащего уха (BICROS).
2. В случаях медицинских противопоказаний (например, при обострениях хронического гнойного среднего отита). В последующем вопрос о бинауральном слухопротезировании может быть поставлен вновь.
3. В случаях, когда больной с асимметричной тугоухостью пользовался бинауральной коррекцией, но без эффекта.
При определении эффективности бинаурального слухопротезирования используются, как правило, следующие подходы:
- определение вносимого усиления при измерениях непосредственно у барабанной перепонки при использовании различных формул расчета;
- оценка эффективности коррекции самим больным;
- психоакустическое исследование слуха без слуховых аппаратов и при их использовании (определение порогов комфорта и дискомфорта, определение функционального усиления).
358
Руководство по аудиологии
Правила, рекомендуемые при определении показаний к бинауральному слухопротезированию:
1. никогда не отказывайтесь от использования бинауральной электроакустической коррекции только на основании различий в порогах между ушами;
2. нельзя пренебрегать субъективной оценкой больным качества усиления;
3. в случаях, когда пациент или врач неуверены в эффективности использования усиления на хуже слышащем ухе, необходимо пролонгировать испытательный период. Это позволит пациенту определить, помогает ли ему бинауральная коррекция;
4. при асимметричной тугоухости, при которой на одном ухе невозможно определение порогов слышимости, оптимальные результаты могут быть достигнуты при использовании методов CROS и BICROS’,
5. когда при бинауральном предъявлении сигналов хуже слышащее ухо резко ухудшает бинауральное восприятие, положительный эффект может быть достигнут при использовании методов CROSvi BICROS’,
6. при наличии воспалительного процесса в одном из ушей от бинаурального слухопротезирования следует воздержаться;
7. при асимметричной тугоухости следует протезировать лучше слышащее ухо, если на хуже слышащем в определенных частотных полосах сохранены нормальные пороги слышимости, а на остальных частотах они резко повышены;
8. при окончательном анализе результатов предпочтение должно отдаваться субъективной оценке пациента.
Основное показание к бинауральному слухопротезированию:
симметричное или асимметричное кондуктивное или сенсоневральное снижение слуха со средними порогами слышимости 40/50-90 дБ (на частотах 0,5; 1 и 2 кГц). При снижении слуха, превышающем 90 дБ, усиление должно быть на 20 дБ больше порога восприятия речи на каждом ухе.
Относительные противопоказания к бинауральному
слухопротезированию:
а) наличие плоской аудиограммы в одном ухе и крутонисходящей в другом;
б) наличие преимущественно ретрокохлеарного поражения;
в) наличие у больных манипуляционных проблем;
г) невозможность спротезировать одно из ушей.
Слухопротезирование
359
РЕКОМЕНДУЕМАЯ ЛИТЕРАТУРА.
1. Таварткиладзе Г.А, Шишкина Е.И. Методика выбора параметров электроакустической коррекции// Методические рекомендации.-М.,1991.
2. Таварткиладзе Г.А, Кириллова И.П. Бинауральное слухопротезирование при различных формах тугоухости// Методические рекомендации,- М., 1996
3. Таварткиладзе Г.А, Шишкина Е.И., Кириллова И.П. Обоснование стратегии расчета оптимальных параметров электроакустической коррекции// Пособие для врачей,- М.,1997
4. Hodgson W. R., Skinner Р.Н. Yearing Aid Assessment and Use in Audiologic Habilitation/ Ed. 2nd Edition.-Williams and Wilkins, 1981.
5. Katz J. Handbook of Clinical Audiology// 5th Edition.-Lippincott Williams & Wilkins, 2001.
6. Sandlin R.E. Handbook of Hearing Aid Amplification: Theoretical and Technical Considerations/ V.I., Ed.: R.E.Sandlin.-Singular Publishing Group, 1995.
7. Sandlin R.E. Handbook of Hearing Aid Amplification: Clinical Considerations and Fitting Practicies/ V.2., Ed.: R.E.Sandlin.-Singular Publishing Group, 1995.
8. Valente M. Strategies for Selecting and Verifying Hearing Aid Fittings. -Thieme, 1994.
9. Valente M. Yearing Aids: Standards, Options, and Limitations.- Thieme, 1996.