專業人員
耳鳴的聲音治療訊號影響語言的理解 A PAGLIALONGA, S FIOCCHI, M PARAZZINI, P RAVAZZANI, G TOGNOLA
出處: The Journal of Laryngology & Otology (2011), 125, 795–801.

前言:

耳鳴是一個沒有外在聲音刺激下的聽覺感知,能夠被描述成出現在耳內或頭部內所經歷的聲音。將近18%的工業化國家人口受到耳鳴影響。大部分耳鳴患者是輕微的,然而,一部分患者(介於0.5%至3%的成年人口)遭遇到嚴重、慢性耳鳴以至於嚴重影響他們的正常生活以及造成情緒疾病、緊張、憂鬱和改變睡眠狀態。

聲音療法是最常使用在耳鳴治療的方式之一,可以是單獨或是合併行為療法和諮詢。聲音療法是將病患暴露於被動聽覺刺激,使用各式各樣的聲音,經由一個專面或是耳朵的聲音產生器發出聲音。治療通常進行一日數小時以及常常推薦至少要12個月。對於耳鳴患者聲音治療下的有利影響的可能機制持續存在著爭議,最近研究已顯示聲音療法在神經聽覺路徑上會引起長時期效果,這能夠造成減少耳鳴的認知。

一個可能的解釋是在耳鳴病患的聽覺路徑上,聽覺刺激能逆轉神經可塑的調節思維,如:皮質拓樸結構(tonotopic map)的再組織化和增加自發性神經活性。另一個理論是解釋耳鳴患者的聲音療法有利的影響,聆聽聲音對於邊緣系統(limbic system)和副交感神經系統能夠有直接和間接的影響,這牽涉到耳鳴相關的苦惱機制,以及最近也同樣被描述成為在耳鳴的病理生理學上的可能重要構造。在被大多數人所承認的另一個理論是,聲音療法會引起在聽覺路徑中增加背景的神經活動,並因此減少耳鳴相關神經活動和背景神經活動之間的對比,幫助對於耳鳴的習慣性適應。聲音治療被廣泛使用在耳鳴處置,已被發現能提供有利的影響並且減輕耳鳴相關的痛苦和緊張。廣大種類的聲音、治療計畫和裝置已被使用於耳鳴聲音療法,設定符合患者的特殊需要,並隨著時間根據患者的喜好而時常改變。在這些最常被使用於身應療法的訊號中,(1)無意義的噪音,如白噪音(White Noise,把各種聲音合成的噪音,如同把所有色光合成,最後成為白光)、寬頻或是粉紅噪音 (Pink Noise,聲音能量和頻率成反比,較接近人類語言聲音)(2)錄製的自然聲音,如雨聲、瀑布聲、流水聲或風聲,(3)複雜的合成訊號,如純音的組合聲音。這些治療聲音作為遮蔽音。因此,這樣聲音原則上能干擾患者每日聽力活動,如聽懂談話。至今,語言治療的副作用並未定量地被調查過,不知道是否不同的治療聲音對於病患語言理解能力有不同影響。

換句話說,不知道是否在聲音治療期間可能減少語言的理解力,藉由特殊聲音的選擇能夠降低語言理解力的減少。只有一篇以前的研究,
Spitzer等人嘗試著定量語言治療對於語言理解能力的影響,這篇研究使用正常聽力者和在兩個不同耳鳴遮蔽器下(Audiotone T570 Starkey TM3)
測量單一音節字的理解力,並且在額外背景噪音存在之下進行測量。這研究報告當語言單獨地出現在兩個遮蔽音時,實際上並沒有減少理解力,但是當語言出現在合併兩個遮蔽音加上額外背景噪音時,很明顯地減少理解力。作者下結論,在聲音治療期間病患有效地溝通能力可能會被減弱,尤其是在吵雜的環境。在Spitzer的研究中,語言、聲音和背景噪音的出現程度是固定的(如已預先決定),因而語言理解力以一個固定的訊號噪音比例(signal-to-noise ratio)被測量,意味著只有一個心理測量曲線的樣本。

同樣地,測量語言理解力做為訊號噪音比例的功能會允許完整的心理測量曲線的評估,並因此在出現不同的進行的訊號下
(從接近完全的表現到偶發出現),所有語言理解力的動態能夠進行特性描述。因此,使用不同聲音(或不同設定)以確定語言理解力的可能差異,原則上完整的心理測量曲線的測量是更精確的和更健全的,比起以一個固定的訊號噪音比來測量語言理解力而言。因此,當一位病患通常能夠在治療期間調整聲音治療的音量,對於大範圍的刺激程度,完整的心理測量曲線的評估可以允許治療聲音的影響的特性描述在語言理解力上。在很多病患之中,以低音量進行聲音治療並因此不會減弱語言理解力,比如耳鳴減敏療法刺激程度在20dB SL以下(如:高於病患聽力閾值20dB)。然而,事實是在治療期間病患通常是隨意調整聲音治療的音量(尤其是使用桌面聲音產生器),以及在很多病患之中治療聲音的程度是無法預測的(不經過實際驗證的聲音)也無法被監測的。因此,在目前的研究中,我們比較不同聲音治療的訊號並沒有經過特別刺激程度的處理,當然,我們比較在廣大範圍的刺激程度的不同訊號對於語言理解力的影響(如:廣大範圍的訊號噪音比)。這篇要呈現的研究是針對正常聽力個體族群測量語言理解力的心理測量曲線,在出現下列的語言治療訊號:寬頻噪音、錄製的流水聲和音調的組合音。
 
 
材料和方法:

 在正常聽力個體族群中,藉由實行噪音中的語言測試,使用三種不同語言治療訊號當作是”噪音”,在語言治療訊號中的語言理解力被測量著。我們評估和比較在出現三種不同語言治療訊號下的語言理解力的心理測量曲線,詳細的描述我們的個體、步驟和資料分析如下面所示。
 個體
參與者包含十位聽力學上正常聽力年輕成人(年紀22~32歲、平均24歲、三男七女),於每一個聽力測驗的頻率(125~8000Hz)純音聽力閾值不超過20dB HL。受試者在每一個測試的頻率其平均純音聽力閾值低於10dB HL
噪音中的語言測試
 噪音中的語言測試是基於子音,並且使用三種可供選擇項目、強迫選擇的範例,這三種可選擇的項目出現在觸控電腦螢幕上。在這三項可選擇項目中,所有受試者被指導去使用觸控螢幕以選擇被理解的子音,或是去猜測這些子音如果這些子音不被確定。在測試步驟中,受試者對於他們所反應的正確性沒有得到回饋。子音會被使用是因為子音在噪音中語言的了解是關鍵組成分,也同樣是因為子音最不冗長,無語義學的內容以及測試-再測試的低易變性。一系列的16個子音被使用(如:aPaaDa),由本土義大利人拼音且重音落在第一個母音。觸控螢幕展示出拼音的子音以及二個不正確的選項,關於發音動作的位置和方式、嗓音,這些選項和拼音的子音是有差異的 (如:拚音的子音aTa合併出現兩個不正確選項aVaaMa)。一系列拼音的子音和展現的相對應選項是標準語言工具的一部分,使用在義大利臨床語言聽力檢查中。由男性本土演講者的義大利拼音的長期平均語言頻譜顯示在圖一。
每一位受試者進行三次噪音中的語言測試,使用下面三種語言治療噪音訊號的每一種噪音當作是背景噪音,第一個訊號形式是寬頻噪音,產生於濾過的穩定狀態,未經調整過的白噪音,相同的長期平均頻譜如同男性義大利語言。第二個訊號形式是錄製的流水聲,來自於商業上可買到的CD,準備使用在聲音治療中。第三個訊號形式是短暫純音的合成音。一系列純音其頻率在0.5~8KHz範圍內及64分之一的八度音階的頻率空間,每一個音是100毫秒時間長度以及平均刺激間隔相距10毫秒,以隨機順序出現。一般的短暫純音tpf於頻率f使用此方程式產生tpf (t) = Af env(t)sin(2πft),這裡的env(t)是一個100ms平坦封套並隨著上升5ms而線性下降斜坡,Af是一個權重因子,在遍及各頻率相同感覺程度使短暫純音均等,並根據個人聽力圖被塑形。 圖二顯示出寬頻噪音、流水聲和短暫純音聲音訊號。這三個訊號在44.1kHz24位元解析度被取樣。訊號噪音比例被定義為拼音子音的均方根數值比上聲音治療訊號的均方根數值的比例。在噪音中的語言測試期間,拼音子音的輸出量被維持在固定60dB HL,然而訊號噪音比例被調整(增加或減少)藉由調節聲音治療訊號的均方根數值(增加或減少它的數值)。噪音中的語言測試是基於一個適應步驟:第一個子音出現在+6dB訊號噪音比例(這個訊號噪音比例被發現在正常聽力成人中提供完美的子音識別),然後訊號噪音比例在受試者反應之後被調整。一個升一/降三階梯式測試被進行著,使用2dB步驟:訊號噪音比例在三次正確反應後被調降2dB,在一次錯誤反應後被調升2dB。我們使用這個升一/降三階梯式測試,因為它被顯示出有最佳測試效率和收斂速度對於三種可供選擇項目、強迫選擇的作業。測試被終止在訊號噪音比例數值有20次反轉。
配備:
噪音中的語言測試是使用個人電腦,具備專業級音效卡(RMEHDSP963224位元解析度,樣本頻率44.1kHz,總諧波失真率每秒小於0.00063,平坦封套頻率反應1Hz~21.1KHz,訊號噪音比例112dB A,德國RME公司)連接RCA (Radio Corporation of American)聽力測試器(Amplaid 177 +; Amplifon, Milan, Italy)的數位輸入,TDH49頭戴式耳機(TDH, Telephonics, New York, NY, USA)Peltor circumaural headset (Aearo, Indianapolis, IN, USA)罩耳式耳機。測試配備在測試回合開始時被校準,使用聽力測試器的標準校準步驟,以一個標準校準訊號(1000Hz純音)進行校準。觸控螢幕是一個LCD Viper 10.4吋螢幕連結至個人電腦。受試者坐在隔音的小房間施行噪音中的語言測試。Matlab數學軟體和一個使用者介面(R2007b,version 7.5.0.342, MathWorks™, Natick, MA, USA)在測試步驟中被使用自動調整訊號噪音比例,發送出刺激音,在螢幕上顯示可供選擇項目,並且紀錄和分析受試者反應。
心理測試曲線的評估:
  上述提及的噪音中的語言測試步驟能夠評估語言理解力機能的全部範圍,從完美表現(如:在+6dB訊號噪音比例)至接近偶然的表現(如:在階梯式測試達到最低訊號噪音比例數值)。使用階梯式測試收集資料以評估每位受試者對於每一個三種不同聲音治療訊號的心理測試曲線,評估心理測試曲線的步驟於下面簡短總結。詳細地描述已於他處出版。首先,在階梯式測試期間考慮到每一個訊號噪音比例,每位受試者正確反應的部分被計算著,這個部份指出每位受試者心理測試曲線抽樣相對應於各自的訊號噪音比例(如: 圖三於-10dB訊號噪音比例評估心理測試曲線抽樣),因此,獲得的心理測量曲線抽樣符合累積的正常功能Φ(μ,σ),平均值μ和標準差σ( 3),經由使用Probit轉換和加權線性迴歸分析。最後,在信賴水準等於0.5下,使用Kolmogorov–Smirnov測試常態分布,評估適合度。
閾值和斜率的評估:
  使用噪音中的語言測試收集資料和比較三種語言治療訊號,評估兩個參數描繪心理測量曲線的特性(閾值和斜率)。閾值被定義為訊號噪音比例數值,此處的語言理解力等於79.4%,並且被評估為在升一/降三階梯式測試中所有上升路線的中點,訊號噪音比例數值的平均值。為了最小化評估的誤差,我們捨棄前三次反轉並因此平均進行的次數。斜率被定義為心理測驗曲線的陡峭度,在它的屈折變化點,並且使用下列方程式評估(符合Strasburger)
 
                    slope =    yN - y1 1
                                     σ
此處y1yN是心理測量曲線第一個抽樣(如:最低的訊號噪音比例)和最後一個抽樣(如:最高的訊號噪音比例),σ是累積的正常功能Φ(μ,σ)的標準差,這樣最能符合資料。


結果:

  4顯示出在出現三種聲音治療訊號的平均語言理解力數值,當成是十位受試者的訊號噪音比例的功能。整體而言,可以觀察到三種不同聲音治療訊號的心理測驗曲線是不同的,給予一個訊號噪音比例,寬頻噪音的平均語言理解力比流水聲或短暫純音還要低(4)。例如,在-10dB訊號噪音比例,使用寬頻噪音的平均語言理解力是62%,使用錄製流水聲的平均語言理解力是85%,使用短暫純音的平均語言理解力是96%。因此,為了達到一個給予的語言理解力程度,寬頻噪音必需比錄製流水聲或短暫純音使用高一點的訊號噪音比例數值。例如,為了得到至少80%的語言理解力,寬頻噪音必需使用訊號噪音比例至少-4dB,錄製流水聲必需使用訊號噪音比例至少-12dB,短暫純音必需使用訊號噪音比例至少-14dB。同樣地,為了達到近乎完美的語言理解力程度(如:高於95%),寬頻噪音必需使用訊號噪音比例至少2dB,然而錄製流水聲和短暫純音數值分別低至-6dB-10dB就足夠了。比較寬頻噪音獲得的心理測試曲線,錄製流水聲和短暫純音獲得的心理測試曲線轉向較低的訊號噪音比例數值:比較階梯式測試達到的最低訊號噪音比例數值,寬頻噪音是-12dB,錄製流水聲是-20dB,短暫純音是-22dB。對於寬頻噪音、錄製流水聲和短暫純音的最低語言理解力數值分別是50%40%38%。表一顯示出三種語言治療訊號獲得的心理測試曲線之閾值和斜率的平均值和標準差,寬頻噪音有較高的閾值(近乎-5dB),錄製流水聲和短暫純音有較低的閾值(近乎-12dB和近乎-14dB)Kolmogorov–Smirnov測試常態分布顯示出閾值和斜率是常態分布,所以參數的變異數分析(ANOVA)被實行。三種不同訊號使用重複測閾值和斜率量(受試者內)ANOVA,事後檢定成對樣本t檢定以及邦弗朗尼校正(Bonferroni Correction)以評估閾值和斜率的差異性。p值小於0.05認為是有意義的。統計學分析顯示所有觀察到的三種不同聲音治療訊號的閾值差異性是有意義的。寬頻噪音有較高的斜率(近乎8%/dB),錄製流水聲和短暫純音有較低的斜率(近乎4÷4.5% /dB) 統計學分析指出寬頻噪音所獲得的平均斜率數值明顯地高於其他兩種聲音治療訊號所獲得的平均斜率數值(p=0.005),錄製流水聲和短暫純音在斜率數值的些許差異(如:4.55比較4.29%/dB)不具有意義(p=0.499)


討論:

  整體上,這些發現指出語言理解力受到調查的三種語言治療訊號有不同地影響,如:寬頻噪音、錄製流水聲和短暫純音的組合音。出現三種訊號所得到的心理測驗曲線是明顯地不同(4),給予任何一個訊號噪音比例,寬頻噪音的語言理解力比其他兩種訊號更低,這使人聯想到給予一個刺激強度,比起錄製流水聲或是短暫純音,寬頻噪音對語言理解力有更大的影響。因此,為了達到一個給予程度的語言理解力,寬頻噪音比起其他兩種訊號需要更高的訊號噪音比例數值。尤其是,寬頻噪音的心理測驗曲線閾值(如:-4.86dB)是明顯高於錄製流水聲(如:-11.71dB)或短暫純音(如:-13.95dB)。我們同樣觀察到錄製流水聲和短暫純音兩者所得到的心理測驗曲線向較低的訊號噪音比例數值移動,相較於寬頻噪音所得到的心理測驗曲線而言。對於錄製流水聲和短暫純音兩者而言,語言理解力動態功能區域介於-22dB+6dB訊號噪音比例,比起寬頻噪音所得到的動態功能區域(如;-12dB+6dB訊號噪音比例),這算是比較寬的區域。因此,我們發現心理測驗曲線的斜率對於錄製流水聲和短暫純音(如:4÷4.5% /dB)是明顯較低的,對於寬頻噪音(如:8% /dB)是明顯較高的(如:曲線是更陡峭)。對於一個給予的下降訊號噪音比例,考慮到斜率參數去測量語言理解力下降的速度,寬頻噪音所得到的更陡峭斜率意味著對於一個給予增加的訊號強度,出現寬頻噪音使語言理解力更快速地惡化,而出現錄製流水聲和短暫純音使語言理解力較慢下降。從實際面來看,心理測驗曲線的分析指出比起其他兩者語言治療訊號,正常受試者的語言理解力較會受到寬頻噪音的影響,短暫純音對於語言理解力有最低影響。後者發現與Licklider Guttman的結果一致,他們比較粉紅噪音和純音組合音的遮蔽效果,並且發現在同樣頻率範圍和強度下,純音組合音(包含40個組成分)的效果不如粉紅噪音。寬頻噪音是一個穩定狀態的噪音,他有一個平坦的(如:未經調整過的)時間封套(temporal envelope)及一個寬頻頻譜和語言頻譜部分重疊。因此,原則上寬頻噪音對於語言的遮蔽效果會均勻地分布在語言的所有頻率組成分以及時間特徵。例如,語言強度維持固定而寬頻噪音強度增加(減少訊號噪音比例),寬頻噪音的廣大頻譜會趨向於遮蔽整個語言頻譜,寬頻噪音的平坦封套會趨向於一致地遮蓋住整體語言波形,因而造成語言理解力快速地惡化。
換句話說,錄製流水聲和短暫純音兩者不是固定不動的訊號,他們的頻譜一般不和語言頻譜相互重疊,更確切地說,錄製流水聲和短暫純音的頻譜包含高比例的泛音,不論是自然產生的水流聲音(錄製流水聲)還是人為合成的純音組合音(短暫純音)。因此,如同在上述的材料和方法段落所說明的,短暫純音沒有低於0.5kHz的頻譜組成分,因此對於語言的低頻組成分的遮蔽效果較弱。因此,當出現錄製流水聲或是短暫純音之下聆聽語言,遮蔽效果不會均勻地遍布於語言的聲學特性,因為語言的一些頻譜和時間特徵能夠容易地出現在這兩個語言治療訊號的頻譜和時間特徵之上方(超出頻譜的範圍),因此一般的傾聽者對於錄製流水聲和短暫純音的時間波動起伏和頻譜調和度能夠獲得助益,並且能夠察覺一些語言特徵因而瞥見目標的語言。尤其是,當在遮蔽音的時間封套下降期間,傾聽者能夠容易地接近子音的細微時間結構和聲學的標記(例如:塞音stop consonant的關閉和發出),這對於在噪音中的語言了解是很重要的。


結論:

  這篇研究顯示出對於一個給予的刺激程度,耳鳴聲音治療使用不同的訊號對於在治療期間的語言理解力能夠有顯著地不同效果。尤其是,在語言治療期間使用自然的錄製聲音(如:流水聲)或音調合成音(如:一般說話聲、有豐富的泛音和時間波動起伏的聲音),相較於穩定狀態的寬頻訊號,病患理解語言的能力會有較佳的表現。換言之,我們的發現指出使用具有豐富的泛音以及時間波動起伏的訊號能給予病患較高程度的適應彈性,至於改變他們的聲音刺激程度,不至於阻礙他們的語言理解度。未來研究,為了進一步調查語言治療對於病患同時了解語言或是聽從會談的效果,揭露更廣泛的聲音和更大範圍的語言治療設定將會是重要的。基於此目的,使用客觀測量,如語言理解指數(speech intelligibility index)和語音傳遞指數(Speech transmission index),無論是穩定狀態或是波動起伏的各種噪音狀況中,預測語言理解力會是特別地有用。在出現不同的聲音治療設定下,語言理解力改變的如此系統化調查能在臨床上提供有用的建議以及提供可能新的準則以明定最理想的聲音治療計畫案。如此的臨床資訊能給予病患更多治療適應彈性,也同樣在耳鳴聲音治療期間同時最大化他們的傾聽能力和理解能力。