АКУСТИКА ЖИВЫХ СИСТЕМ. БИОЛОГИЧЕСКАЯ АКУСТИКА
УДК 591.185.1:612.85
МАСКИРОВКА КОРОТКИХ СТИМУЛОВ ШУМАМИ С ГРЕБЕНЧАТЫМИ СПЕКТРАМИ: II. ВРЕМЕННАЯ СУММАЦИЯ И ЧАСТОТНАЯ ИЗБИРАТЕЛЬНОСТЬ СЛУХА В УЗКОМ ДИАПАЗОНЕ ЧАСТОТ
© 2011 г. Л. К. Римская-Корсакова, М. Р. Лалаянц*, А. Я. Супин**, Г. А. Таварткиладзе*
ФГУП Акустический институт им. ак. Н.Н. Андреева 117036 Москва, ул. Шверника 4 E-mail: lkrk@mail.ru
* ФГУ Российский научно-практический центр аудиологии и слухопротезирования 117513 Москва, Ленинский пр. 123 ** Институт проблем экологии и эволюции им. А.Н. Северцева РАН 117071 Москва, Ленинский пр. 33 Поступила в редакцию 17.09.09 г.
Для обнаружения проявлений свойств периферического кодирования в свойствах слухового восприятия измерялись пороги маскировки коротких высокочастотных стимулов, имеющих либо разные длительности (1.25—25 мс), но одинаковую центральную частоту, либо разные центральные частоты (3.6—4.4 кГц), но одинаковую длительность. В качестве маскеров были использованы шумы с гребенчатой структурой амплитудного спектра. Центральная частота и частотная полоса маскера были равны соответственно 4 и 1 кГц. При равенстве центральных частот стимула и маскера, шум, у которого центральная частота совпала с частотой, соответствующей провалу изрезанного спектра, был назван off(rip) частотным маскером. Благодаря off(rip) маскеру вызванные стимулами пороги маскировки формировались с учетом возбуждения узкой области базилярной мембраны и волокон слухового нерва с характеристическими частотами из узкого диапазона. В качестве стимулов использовались высокочастотные импульсы с огибающей в форме гауссовой функции и синусоидальным заполнением. Стимул с шириной полосы, равной ширине критической полосы слуха, назывался компактным. У двух испытуемых из трех при уровнях маскеров в 30 дБ над порогом слышимости, частоте гребней спектров off(rip) маскеров в 500—2000 Гц и центральной частоте стимула в 4 кГц пороги маскировки тональных стимулов (длительностью 25 мс) были выше, чем пороги маскировки компактных стимулов (длительностью 1.25 мс). У третьего испытуемого, наоборот, пороги маскировки тональных стимулов были ниже, чем пороги маскировки компактных стимулов. При уровнях маскеров в 50 дБ индивидуальные различия порогов исчезали. Полученные результаты трактовались в контексте реализации разных способов слухового кодирования интенсивности, в основе которых может быть или средняя частота импульсации волокон слухового нерва, или число волокон, участвующих в ответе, а также в контексте обнаружения в слуховых порогах проявлений нелинейных свойств смещений базилярной мембраны. Тот факт, что у одного из двух испытуемых зависимость порогов обнаружения компактных стимулов от их центральной частоты не выявила минимума при совпадении центральных частот off(rip) маскера и стимула, указывал на наличие слуховой "проблемной зоны", предположительно, локализованной на периферии слуховой системы.
ВВЕДЕНИЕ
Исследования роли активного механизма улитки в формировании широкого динамического диапазона слухового анализа, высокой чувствительности и частотной избирательности [1— 3] повлекли за собой появление целой серии психоакустических работ [4—9], задачи которых были связаны с обнаружением проявлений этого механизма в слуховых реакциях. Такие работы направлены на изучение механизмов слухового кодирования звуков и разработку новых методов диагностики слуховой функции в норме и патологии.
Как было показано в электрофизиологических исследованиях [1—2], активный механизм улитки тесно связан с пьезоэлектрическими свойствами наружных волосковых клеток (НВК). Этот механизм усиливает резонансные свойства базилярной мембраны (БМ) [3]. Если частота сигнала равна характеристической частоте места регистрации смещений БМ, то зависимость амплитуды смещений БМ от уровня входного сигнала имеет нелинейный профиль. При средних уровнях (в диапазоне 40—60 дБ УЗД) профиль зависимости имеет перегиб. Область перегиба называют областью компрессивной нелинейности смеще-
2000
4000
Hz
Рис. 1. Спектры маскеров и стимулов, используемых для оценки состояния набора волокон слухового нерва, связанных с узким участком базилярной мембраны. Сверху вниз спектры оп(г1р)- и оГ^^-маскеров и спектры стимулов. Уровень маскера и частота гребней была фиксирована. В первой серии измерений варьируемым параметром является длительность Б, а во второй — центральная частота стимула Е По оси абсцисс — частота в Гц; по оси ординат — спектральный уровень.
ний БМ (КНБМ). При уровнях сигналов, соответствующих этой области и выше, НВК теряют свои пьезоэлектрические свойства и прекращается действие активного механизма. Наличие перегиба в области КНБМ указывает на нормальное функционирование НВК. В подавляющем большинстве случаев у пациентов c сенсоневральной тугоухостью регистрируются разные формы разрушений функций НВК [6], которые ведут к тому, что БМ теряет свои компрессивные и частотно-избирательные свойства [3].
Опираясь на данные электрофизиологических исследований, авторы работ [4—8] обнаружили проявления КНБМ путем сравнения слуховых порогов обнаружения коротких высокочастотных стимулов, предъявляемых в присутствии on- и off- частотных маскеров. (Маскер, у которого центральная частота совпадает/не совпадает с центральной частотой стимула, назывался on-/off-частотным маскером.). Признавая не высокую точность психоакустических данных, автор работы [6] справедливо указал, что для надежной оценки состояние НВК обнаружение КНБМ следует совместить с оценкой частотной разрешающей способности (ЧРС). Поскольку известные методы обнаружения КНБМ [4—9] и оценки ЧРС [10—12] не обеспечивали сопоставимость данных из-за использования разных типов стимулов и маскеров, нами [13] был предложен метод совместной оценки КНБМ и ЧРС, в котором были использованы однотипные стимулы и маскеры. В качестве маскеров были использованы шумы с гребенчатой структурой амплитудного спектра. Если центральные частоты спектров стимулов и
маскеров одинаковы, то оп(г1р)-частотным маскером был назван шум, у которого центральная частота спектра совпала с частотой гребня изрезанного спектра, а оГГ(г1р)-частотным маскером — шум, у которого центральная частота совпала с частотой спектрального провала (рис. 1). В качестве стимулов были использованы короткие высокочастотные импульсы с шириной полосы частот, соизмеримой с шириной критической полосы слуха [11]. Такие стимулы были названы компактными. Целесообразность использования компактных стимулов связана со свойствами их периферического кодирования, в котором участвует синхронная однократная реакция волокон слухового нерва (ВСН) с близкими характеристическими частотами. Поскольку такая реакция не зависит от вызванных стимулами свойств восстановления возбудимости каждого из волокон или вышележащих нейронных структур слуховой системы, мы полагали [13, 4—9], что слуховые пороги обнаружения могут сохранять особенности периферического кодирования. Тестирование метода совместной оценки КНБМ и ЧРС [13], которое включало сопоставление полученных данные с данными других исследователей, показало, что пороги обнаружения компактных стимулов в присутствии оП(г1р)- и оГГ(г1р)-частотных маскеров разных уровней обнаруживают проявления КНБМ. А полученные при использовании компактных стимулов оценки ЧРС были не хуже таковых, полученных классическим методом определения ширины критической полосы слуха [11], в котором стимулами были тоны, предъявляемые в присутствии шумов, спектр которых имел две частотные полосы, разделенные зазором; частота тона располагалась в центре зазора. В ходе тестирования [13] было выявлено изменение крутизны зависимости порогов оГГ^-маскировки компактных стимулов от частоты гребней при изменении уровней маскеров. Мы сочли, что эти изменения были следствием КНБМ.
В данной работе продолжено тестирование указанного выше метода [13]. В первой серии были определены пороги оп(йр)- и оАГ^-маскировок высокочастотных импульсов с одинаковой центральной частотой, но разными длительностями, во второй серии — пороги оГГ^-маскировок компактных стимулов с разными центральными частотами, но одинаковой длительностью.
Зависимости слуховых порогов обнаружения стимулов от их длительности, измеряемые в первой серии, исследователи обычно используют для оценки слуховой временной суммации (ВС). Хотя к настоящему времени получено много данных по ВС [14—25], однако механизмы ВС до конца не выявлены и до сих пор обсуждаются. Была выявлена "долговременная" суммация [14—17, 10, 11], характеризующая слуховую систему как энерге-
тический приемник, поскольку пороги обнаружения тонов, предъявляемых в тишине или в присутствии оп—маскеров, уменьшались приблизительно на 3 дБ при удвоении длительности стимулов в диапазоне 10—200 мс.
В условиях оп-маскировки была обнаружена "кратковременная" суммация [18—20] с постоянной времени, примерно равной 10 мс. Анализируя пороги обнаружения тональных сигналов с частотой 6.5 кГц, измеренные у слушателей с нормальным слухом и кохлеарной патологией при разных уровнях маскеров и при разной длительности стимулов, авторы работы [20] пришли к выводу, что ВС находится под влиянием КНБМ. Так, если длительность стимулов была меньше 2—10 мс, то у слушателей с нормальным слухом ВС была почти в два раза больше при средних уровнях мас-кера, чем при низких или высоких уровнях. У слушателей с кохлеарной патологией ВС не зависела от уровня маскера при любых длительностях сигналов.
Авторы работ [22—25] обнаружили еще меньшую постоянную времени ВС, составляющую 2— 5 мс. По мнению исследователей [23—27], причиной такой суммация стала смена способа формирования порогов обнаружения при изменении длительности стимулов, т.е. переход от временного анализа средней частоты импульсации ВСН к анализу числа синхронно возбужденных волокон.
Задачи первой серии измерений данной работы были определены, исходя из известных данных по ВС [18—25], и того, что на фоне действия ой^-маскеров пороги обнаружения (маскировок) определяются возбуждением узкой области БМ и набора ВСН с соответствующими
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.