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编号:10268772
皮层传出调控对畸变产物耳声发射的影响
http://www.100md.com 《中华耳鼻咽喉头颈外科杂志》 1999年第6期
     作者:王洪田 钟乃川

    单位:

    430022 武汉 同济医科大学附属协和医院耳鼻咽喉科教研室100853 北京 解放军总医院耳鼻咽喉科研究所 王洪田

    关键词:大脑皮质;;耳蜗;;耳声发射;自发性;;耳声发射;诱发性;;去大脑状态

    中华耳鼻咽喉科杂志990607 【摘要】 目的 研究听皮层传出调控对耳蜗外毛细胞主动机械特性的影响。方法 ①自行设计视觉选择注意任务,观察9例健康人选择注意对畸变产物耳声发射(distortion product otoacoustic emissions,DPOAE)的影响。视觉任务为计算机屏幕上的O和Q字母,字母Q为靶刺激,字母O为非靶刺激;②在10只(15耳)豚鼠的中脑上下叠体(丘)之间切断大脑与脑干的联系,造成去大脑僵直的动物模型,测试去大脑僵直前、后的DPOAE变化。结果 ①视觉任务使DPOAE幅值下降,1 kHz和2 kHz处的DPOAE下降有显著性意义(P<0.05);②去大脑僵直后DPOAE幅值显著下降, 2、5、10 min的DPOAE下降有显著性意义(P<0.05)。结论 听皮层对耳蜗主动微机制的传出调控确实存在,皮层与耳蜗之间存在传出联系,可能构成皮层-橄榄-耳蜗束。
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    Modification of cochlear active micromechanism by auditory cortex

    WANG Hongtian*,ZHONG Naichuan. Department of Otolaryngology, Union Hospital, Tongji Medical University, Wuhan 430022.*Present address: The Institute of Otolaryngology, Chinese PLA General Hospital, Beijing 100853

    【Abstract】 Objective To investigate the modification of active micromechanism of outer hair cells by auditory cortex. Methods ① Effects of selective attention on distortion product otoacoustic emissions (DPOAE) were analyzed in 9 human subjects with normal hearing. Visual tasks, two letters, O and Q, were alternatively displayed on a computer screen. Letter Q was target stimulus flashing randomly (probability was 20%), and letter O was non-target stimulus occurring regularly (probability was 80%).② In 13 guinea pigs, DPOAEs were measured before and after decerebration. Results ①Visual tasks suppressed DPOAE significantly in both 1 kHz and 2 kHz (P<0.05). ②DPOAE reduced significantly in decerebrated guinea pigs. Conclusion The study further demonstrates that the efferents from the auditory cortex do innervate the cochlea , and the efferent pathway passes from the auditory cortex, the super olive complex to the cochlea. Through this pathway the auditory cortex modulates the cochlear active micromechanism. The underlying mechanism was discussed.
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    【Key words】 Cerebral cortex Cochlea Otoacoustic emissions, spontancous Otoacoustic emissions, evoked Decerebrate state

    耳蜗传出神经对耳蜗功能的影响已引起人们的高度重视和广泛研究。已经证实耳蜗传出神经源于上橄榄复合体,止于耳蜗内、外毛细胞,负反馈调节耳蜗活动[1,2]。上橄榄复合体是否接受大脑皮层的支配,即皮层高级中枢是否对耳蜗活动存在下行控制,是耳科学前沿课题之一。皮层传出神经纤维的起源与通路仍不十分清楚,可能是源于听皮层且与上行传入纤维伴行,听皮层经上橄榄复合体换元后到耳蜗,构成皮层-橄榄-耳蜗束。以往由于方法学的限制,研究工作没能取得重要进展。近来,耳声发射的成功记录为该项研究工作提供了先进手段。外毛细胞接受内侧橄榄耳蜗系统(medial olivoco-chlear system,MOCS)的支配,因此,可用耳声发射来测定皮层-橄榄-耳蜗束的兴奋性或激活状态。本研究目的在于,通过观察健康人选择注意和去大脑僵直动物对畸变产物耳声发射(distortion product otoacoustic emissions,DPOAE)影响,确定听皮层对耳蜗主动微机制的传出调控作用,并探讨其机制。
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    材料和方法

    一、 选择注意对健康人DPOAE的影响

    1. 测试对象:健康人9例(18耳),男4例,女5例;平均年龄21.6岁;均为本校5年级大学生。无耳疾,无使用耳毒性药物及噪声暴露史,外耳道及鼓膜正常。用Midimate 602听力计测试0.25~8 kHz倍频程的气、骨导纯音听阈,均在15 dB HL以内。用GSI 33(Version 2)中耳分析仪测试鼓室导抗图及0.5、1、2、4 kHz纯音的声反射阈,结果均正常。

    2. 选择注意任务:自行编制视觉选择注意任务计算机程序[2]。视觉刺激序列由计算机屏幕上的O和Q两个字母组成,点阵大小均为180 字节,各持续120 ms,字母O有规律出现,为非靶刺激,出现率2次/s,占总次数的80%;字母Q随机出现,为靶刺激,出现次数为总次数的20%。要求受试者计数字母Q出现次数,实验结束后报告出现总次数并与计算机程序所给次数对照,要求正确率大于95%,如低于95%则重新测试。
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    3. 测试方法:受试者取坐位,保持清醒和安静状态,距计算机屏幕2~3 m,测试在暗室中进行。用英国Otodynamic公司生产的ILO92耳动态分析仪测试DPOAE图,初始音f2 /f1 频比关系为1.22,测试率为每倍频程2点,初始音强度L1 =60 dB SPL,L2 =55 dB SPL,以2f1-f2反应幅值高出本底噪声3 dB作为DPOAE出现的判定标准。每次测试时间不超过1 min;每耳测试2次(结果取平均值),间隔5 min。一耳测试完成后休息10 min,同法测试另一耳。测试采用随机化原则。分别测试有、无视觉任务时的DPOAE声压级幅值,二者之差为相对幅值。

    二、去大脑僵直对动物DPOAE的影响

    1. 测试动物及造模:选择耳廓反射灵敏的成年健康杂色豚鼠13只,体重300~500 g,雌雄不拘。用2%戊巴比妥钠40 mg/kg体重腹腔注射麻醉后,测试听性脑干反应(auditory brainstem response,ABR),阈值均在本室的正常范围内。将动物固定于试验台上,剪除耳屏,暴露外耳道并清除耵聍。动物造模按文献[3]报告的方法进行。实验分2组:①开颅组豚鼠3只,单纯开颅而不作上下叠体切断;②造模组豚鼠10只,开颅并切断上下叠体后即刻见动物的躯干和四肢变僵、伸直(前肢比后肢更明显),称去大脑僵直状态,表明造模成功。以上2组动物,为避免因缺氧、体温和颅温下降而影响DPOAE测试,均采取以下保护措施:40℃热水袋保温,肛表监测体温,持续低流量吸氧,开颅后于大脑皮层表面滴37℃液体石蜡以保持颅温。
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    2. 测试方法:使用英国Otodynamic 公司生产ILO92耳动态分析仪测试DPOAE图,测试在隔音室内进行。用本室已建立的方法固定动物[4]:置豚鼠于侧卧位固定,将小儿探头置于外耳道内,并用自制可调外固定架固定探头使之与外耳道口耦合良好。当刺激信号平稳后开始测试。初始音f2/f1 频比关系和初始音强度与健康人测试相同。测试率为每倍频程2点,叠加48次以上,DPOAE出现的判定标准与健康人测试相同。分别测试开颅前、后及造模前、后2、5、10、30、60 min DPOAE声压级幅值,并计算相对幅值(开颅后与开颅前之差,去大脑僵直后与去大脑僵直前之差)。

    三、统计分析

    DPOAE幅值是叠加48次和重复测试后的平均值,而相对幅值是有选择注意相对于无选择注意的DPOAE变化值(平均差,下同),以及去大脑僵直后相对于去大脑僵直前的DPOAE变化值。DPOAE被抑制,相对幅值为负值;DPOAE不被抑制,相对幅值为正值。将实验数据输入计算机用SAS统计软件包进行统计分析(方差分析)。
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    结果

    一、 健康人

    视觉任务使各频率点的DPOAE幅值下降(图1),1和2 kHz处的DPOAE幅值下降达显著性水平(F值分别为3.42、3.37,P<0.05)。

    图1 选择注意对健康人(9例,18耳)DPOAE的影响(*P<0.05)

    二、动物实验

    1. 开颅组:开颅前豚鼠3只(6耳)的DPOAE幅值大而稳定,各频率点的出现率均为100%。开颅后DPOAE幅值与开颅前基本相同,出现率亦为100%。经统计学分析,开颅前与开颅后各时间测试的DPOAE幅值差异无统计学意义(P>0.05,图2)。表明开颅手术未影响DPOAE幅值。
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    2. 造模组:豚鼠10只(15耳,因血液入耳、耵聍栓塞剔除5耳),在造模成功后2 min即可见DPOAE幅值下降,且见于各频率。5、10 min时DPOAE保持低水平,30、60 min时DPOAE逐渐恢复至去大脑僵直前水平。统计学分析显示,2、5、10 min的DPOAE幅值下降达显著性水平(P<0.05,图3)。

    图2 3只豚鼠6耳开颅前、后DPOAE平均幅值(P值均>0.05)

    图3 10只豚鼠去大脑僵直后不同时间测试15耳DPOAE平均相对幅值(*P<0.05)

    讨论

    皮层传出神经纤维可能源于听皮层,经上橄榄复合体中继后到达耳蜗内、外毛细胞,构成皮层-橄榄-耳蜗束。已知MOCS直接支配外毛细胞,负反馈调节外毛细胞的主动运动。对侧声刺激可抑制耳声发射,这种对侧抑制是由MOCS介导的[1,2]。由于MOCS的绝大部分神经纤维在第四脑室底交叉到对侧,故皮层-橄榄-耳蜗束的纤维也是交叉支配的。皮层对上橄榄复合体的支配可能与皮层对脊髓前角运动神经元的支配相类似:皮层对上橄榄复合体有易化和抑制作用,正常情况下,抑制作用占优势。当在动物的上下叠体(丘)之间完全切断脑干与大脑的联系,脊髓前角运动神经元失去中枢抑制,动物呈头尾昂起四肢僵直的去大脑僵直状态;同时,MOCS失去皮层中枢抑制,紧张性升高,对耳蜗外毛细胞的抑制增加,表现为DPOAE幅值下降。随时间延长,由于MOCS逐渐恢复其原先的紧张性或重新建立平衡状态,DPOAE幅值也随之逐渐恢复到开颅前水平。实验中由于手术操作仔细,开颅前后的DPOAE幅值基本相同。造模完全按照常规进行,动物出现的角弓反张状态与文献报告一致,而且所有动物存活时间均在120 min以上,表明造模是成功的,结果是可靠的。
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    选择注意是测试皮层功能的主要方法之一。皮层功能涉及高级心理活动,包括注意、认知、睡眠、记忆、感觉、推理等[5,6] 。心理声学已观察到下列现象:当受试者注意力集中于其它感觉时,可抑制听觉传入冲动,当受试者注意力完全被视觉任务所吸引时,受试者可对外界声音“充耳不闻”。当注意力集中于某一声音时,可抑制周围的噪声,改善信噪比,提高听觉的分辨率。本实验中新奇视觉任务的出现强烈吸引受试者的注意力,皮层兴奋灶发生转移,从听皮层转移到视皮层。听皮层对上橄榄复合体的抑制作用减弱,而易化作用占优势,MOCS兴奋性增加,外毛细胞受抑制增大,DPOAE幅值下降。选择注意任务使DPOAE幅值下降,表明皮层对耳蜗外毛细胞的主动运动有影响。选择注意任务主要使1和2 kHz处的DPOAE幅值明显下降,这可能表明人类传出神经对耳蜗语言频率进行更精细的调节。本实验结果与国外文献报告基本一致[7-9] 。需要指出的是,大脑皮层对听觉机制的调控作用十分复杂,除上述听皮层经过MOCS的作用外,还包括许多过程,特别是中枢整合过程。因此,需要对听觉机制进行更深入的研究。
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    本研究表明听皮层对耳蜗主动微机制有传出调控作用。我们曾应用选择注意对耳声发射的影响对糖尿病患者神经系统并发症作出早期诊断[10]。因此,选择注意对耳声发射的影响实验有潜在的临床应用前景。通过本实验的机制分析可见,动物实验模拟了人类选择注意实验。用与皮层对脊髓前角运动神经元调控类似的原理可以合理解释研究结果。但直接的证据则有赖于进一步对皮层-橄榄-耳蜗束的径路、功能、递质、受体等的研究。

    志谢 视觉任务计算机程序由山东滨州工业学校郭清华讲师完成,并惠赠授权使用

    参考文献

    1 郑杰夫,姜泗长,顾瑞,等.内侧橄榄耳蜗系统功能障碍及其听力学检查.中华耳鼻咽喉科杂志,1996,31:78-81.

    2 王洪田,钟乃川.耳蜗传出神经系统的研究进展. 临床耳鼻咽喉科杂志, 1997, 11: 381-384.
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    3 陈其才,严定友,吴政星,编著.生理学实验.北京: 科学出版社,1995.41-43.

    4 梁勇,钟乃川.豚鼠畸变产物耳声发射潜伏期测试中时间、波数和相位的关系.生物物理学报,1998,14:262-265.

    5 Avan P,Bonfils P.Analysis of possible interactions of an attentional task with cochlear micromechanics. Hear Res,1992,57: 269-275.

    6 Froehlich P,Collet L,Chanal JM,et al. Variability of the influence of a visual task on the active micromechanical properties of the cochlea. Brain Res,1990,508: 286-288.
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    7 Giard MH, Collet L, Bouchet P,et al. Auditory selective attention in the human cochlea. Brain Res, 1994,633: 353-356.

    8 Froehlich P, Collet L, Morgon A.Transiently evoked otoacoustic emission amplitudes change with changes of directed attention. Physiol Behav, 1993,53: 679-682.

    9 Puel JL,Bonfils P,Pujol R. Selective attention modifies the active micromechanical properties of the cochlea. Brain Res,1988, 447: 380-383.

    10 王洪田,钟乃川.畸变产物耳声发射选择注意效应对糖尿病人的听力学评价. 临床耳鼻咽喉科杂志,1998,12: 483-486.

    (收稿:1999-03-02 修回:1999-08-10), 百拇医药