听配能在学龄儿童中的研究进展.pdf

听配能走进临床Chinese Scientific Journal of Hearing and Speech Rehabilitationdoi:10.3969/j.issn.1672-4933.2024.02.008中国听力语言康复科学杂志2024年（第22卷）第2期听配能在学龄儿童中的研究进展Advances in the Study of Listening Effort in School-Age Children傅鑫萍1 段吉茸2 王云峰1FU Xin-ping，DUAN Ji-rong，WANG Yun-feng【摘要】听配能（listening effort）弥补了传统言语测试的不足，指导我们从行为、认知和神经科学的角度探索听觉系统，是不应被忽视的听觉评估维度。噪声下聆听困难是听力损失人群普遍存在的问题。学龄儿童在学校有超过70%的时间是在背景噪声下度过，将导致听配能透支，从而影响课堂表现、学习成绩、社交活动，甚至是心理健康。本文梳理听配能在学龄儿童中的研究进展，包括当前可用的儿童听配能评估方法和最新的实验室研究，探讨儿童听配能的临床应用前景，以期为学者研究儿童听配能提供思路。【关键词】听配能；学龄儿童；噪声下言语【中图分类号】R764.5 【文献标识码】A 【文章编号】1672-4933（2024）02-0150-05【Abstract】Listening effort is a dimension of auditory assessment that should not be overlooked;it makes up for the lack of traditional speech tests,and guides exploring the auditory system from behavioural,cognitive and neuroscience perspectives.Difficulty in listening to noise is a common problem in people with hearing loss.School-age children spend more than 70%of their time in school listening in the presence of background noise,which can lead to auditory allotment overdrafts that can affect classroom performance,academics,social activities,and even mental health.This paper aims to explore advances in research on listening effort in school-age children,including currently available methods for assessing childrens listening effort and new findings currently available in experiments.It will also explore the future of clinical applications of listening effort in children,to provide ideas for more researchers to study listening effort in children.【Key words】Listening effort;School-age children;Speech in noise噪声下聆听困难是听力损失人群普遍存在的问题。成功地理解言语需要听觉和认知的共同参与，例如注意力、工作记忆和动机14。在不利的聆听环境下（如教室）对认知系统的需求会增加，导致听配能（listening effort）的支出。学龄儿童在学校有70%80%的时间是在背景噪声下度过5。反复和/或持续的听配能支出可能会引起疲劳2，从而影响课堂表现、学习成绩、社交活动，甚至是心理健康68，在听力损失学龄儿童中尤为显著9。因此，除了关注言语理解能力之外，听配能评估为全面反应学龄儿童的日常聆听表现提供了新的维度。本文探究听配能在学龄儿童研究中的进展，包括当前可用的儿童听配能评估方法和实验室新发现，分析儿童听配能的适用人群和未来的临床应用前景。1 听配能听配能（listening effort）10被定义为在执行涉及倾听及理解言语的听觉任务时故意分配的认知资源，以克服目标追求中的障碍2。Pichora-Fuller的听配能理解框架（the framwork for understanding listening effort，FULE）和Ronnberg1，4的 语 言 理 解 易 度 模 型（ease of language understanding model，ELU）描述了任务负荷是影响听配能的重要因素之一。任务负荷主要受外部因素（即声学挑战）影响，例如由于外界噪声或听力损失导致的信号衰减2，11。此外，FULE强调动机因素在听配能分配中的重要性。动机主要受内部因素（即个人的主观能动性）影响，个体差异较大。Richter等12的动机理论认为，动机用于调节完成听觉任务所需的认知资源以及刻意分配的资源。最终的资源分配是个人对于成功的标准与实现成功所需的听配能之间权衡的结果。即使听众有足够的能力完成当前听觉任务，疲劳、不悦、缺乏动力或没有意愿都可能导致其放弃任务。言语理解和听配能是两个相互关联，但又完全不同的概念。因此，常听到听损人群抱怨声音可以听到，音量足够大，单词被正确识别，但聆听过程感到费力和疲惫，以至于想过早地退出聆听。基金项目：复旦大学医工结合重点项目（yg2022-9）；复旦大学附属眼耳鼻喉科医院“十四五”学科建设高质量发展计划作者单位：1 复旦大学附属眼耳鼻喉科医院耳鼻喉科 上海 2000312 上海交通大学医学院附属仁济医院浦南医院耳鼻喉科 上海 200120作者简介：傅鑫萍 硕士 初级技师；研究方向：认知听力学通讯作者：王云峰，E-mail：150Chinese Scientific Journal of Hearing and Speech Rehabilitation听配能走进临床中国听力语言康复科学杂志总第123期基于FULE和ELU模型，随着教室环境噪声的增加，学龄儿童可能需要耗费更多的听配能捕获目标言语信号。在复杂聆听条件下，成人可以使用自上而下的处理，利用对话中的词汇、语义和句法知识线索，以保持语音可理解性，但儿童与成人存在差异13。在语音识别方面，儿童比成人更易受背景噪声的负面影响14，15。因此，可以合理地假设，对于存在听力损失的学龄儿童，噪声下聆听困难会更加突出，尽管在测听室评估时，其言语识别得分很好。具体表现为存在听力损失的学龄儿童会比健听同龄人更易出现学习困难、成绩下降，以及由于增加的听配能支出所产生的易疲劳感，将进一步影响学习、社交和心理健康。2 儿童听配能已有大量的研究将听配能纳入学龄儿童的听觉评估，从行为、认知和神经科学的角度探索儿童听觉系统9，1618。随着听觉任务难度增加，听配能支出增加，儿童需要花费更多的认知资源捕获噪声中的目标言语信号，可表现为瞳孔直径变大，口头响应时间变慢等8，1618。儿童与成人的听配能特点存在差异，并受到不同评估方式和评估材料的影响，这在采用双任务范式时尤为显著19。因此，研究者在对儿童进行听配能评估时，需根据受试者情况谨慎选择合理的评估方法。3 儿童听配能评估方法3.1 双任务范式（dual-task paradigms）双任务范式（dual-task paradigms）20已被广泛用于听配能的评估，特别是衡量不同任务活动之间分配注意力的能力。测试时要求受试者在完成主要任务（通常是语音识别任务、数字识别和振触觉模式识别）时，需要执行次要任务（如随机显示的指示灯亮起时按下按钮）。在FUEL模型中提到，个人的能力可以根据分配政策划分给一项或多项活动，但能力是有限的2。随着主要任务难度增加，受试者需要最大限度地提高语音识别能力，从而投入更多的认知资源（即听配能），次要任务的表现性能就会相应下降。这种性能的下降被视为衡量执行主要任务所需的听配能指标。双任务范式已被证明可以有效衡量健听和听损成人的听配能，但在儿童中的应用与成人存在差异19，2123。Hicks等21采用与成人22类似的简单双任务范式，次要任务是按下按钮响应简单的视觉探测。结果发现，听力损失对听配能有显著影响，但信噪比对听配能无影响，表明听损儿童比同龄人支配更多的听配能，但增加或改变背景噪声水平并不影响听配能。Howard等23也报告了噪声的非显著影响。儿童与成人不同趋势的几个潜在原因：（1）成人和儿童可能对背景噪声的变化具有不同的敏感性；（2）以往使用的次要任务难度对于儿童不是最佳的任务。Picou等19进一步研究发现，次要任务处理深度的改变对成人和儿童产生了不同影响。处理深度是指执行任务所需的感知分析水平。在涉及浅处理的任务中，参与者仅需对单词的物理特征做出反应；而深处理的任务通常需要意义提取。在成人中，随着次要任务处理深度的增加，成人对双任务范式的敏感性增强；但在儿童中并无上述稳定趋势，当采用不需要深度处理的次要任务时，年龄较小的参与者更有可能表现出噪声这一因素对听配能的影响。总之，双任务范式在儿童听配能评估中的效果与成人存在差异，在实际应用中不能将两者划等号。对于成人来说，增加次要任务的处理深度会显著提高双任务范式的敏感性。然而，对于目标反应更简单的幼儿来说，通过要求次要任务中尺寸分类判断增加处理深度，并不能增加范式敏感性。相反，增加次要任务的处理深度降低了范式敏感性，特别是对年龄较小的听众。建议实验者在设计两个任务时谨慎考虑任务的复杂性和处理深度，有助于避免实验结果的偏差。数字回忆和点对点游戏作为次要任务可能太难，以至于儿童在主要任务上的表现下降，采用对视觉探查的响应可能更适合学龄儿童19。3.2 反应时间（response time）另一种用于衡量儿童听配能的方法是反应时间（response time，RT）。处理速度是衡量听配能的行为学测试领域之一，指以合理的准确率执行认知任务的最快速度。认知心理学普遍认为，完成一项任务所花费的时间与分配给这项任务的资源有关24。在语音感知中，处理时间延长可能会限制记忆中随时可存储的新信息量，并延迟或限制对后续信息的处理。RT是常用的量化处理速度指标，指言语刺激与听众生理反应或口头响应之间的时间延迟。增加噪声对言语识别得分的影响很小25，但会增加受试者的反应时间16。与较长、较复杂的刺激相比，较短、较简单的刺激所需的处理时间更少，不过，即使是前者，也可能会在越来越差的聆听条件下显示出差异。当听觉任务测试结果已达到天花板效应时，通过测量反应时间可以观察到背景噪声、语义的复杂程度对被试聆听过程的影响。当任务太难或太简单时，个体会放弃聆听任务，不再耗费额外的认知资源（即听配能）处理听觉任务。所以，建议实验者在给不同年龄段儿童选择聆听任务时根据儿童发育情况选择合适的任务难度。151听配能走进临床Chinese Scientific Journal of Hearing and Speech Rehabilitation中国听力语言康复科学杂志2024年（第22卷）第2期3.3 瞳孔测量法（pupillometry）基于听觉任务诱发的瞳孔直径变化是认知资源分配的最敏感和可靠的客观指标，瞳孔测量法（pupillometry）被广泛用于听配能的评估2，17，26，27。从生理学角度来看，瞳孔直径的变化是执行认知任务时消耗能量的敏感指标。两块虹膜肌肉控制着瞳孔的直径，瞳孔开大肌使瞳孔扩大，直接受交感神经系统控制，而瞳孔括约肌负责瞳孔收缩，受副交感神经系统控制。瞬时瞳孔直径是大脑交感神经系统和副交感神经系统相互作用的结果28。当听众高度参与认知任务并积极克服听力障碍时，交感神经系统会变得更加活跃使瞳孔扩张。峰值瞳孔扩张（peak pupil dilation，PPD）和均值瞳孔扩张（mean dilation，MD）会随着语音清晰度的降低而增加，表明听者在更具挑战性的聆听条件下需要耗费更多的听配能捕捉目标信息26。在不同聆听条件下，瞳孔直径会随声学挑战难度而变化，但这种相关性是非线性的。在很宽的信噪比范围内，PPD呈现倒U型，最大值出现在语音清晰度约为50%时。瞳孔扩大反应与语音清晰度之间的非线性相关性表明，当听觉任务太难或太简单时会出现瞳孔放大幅度减小29，前者是因为任务太难导致参与度降低，而后者则是因为任务负荷小导致无需投入太多听配能。近几年，有越来越多儿童听力学评估采用基于瞳孔测量法的听配能测试，且获得了常规听力学评估尚未观察到的实验结果17，30，31。4 儿童听配能评估的应用前景4.1 单侧听力损失儿童的听配能单侧听力损失由于不存在明显的日常交流障碍，常被忽视。约有2.5%3%的学龄儿童患有单侧听力损失，在青少年中的发病率最高可达14%32。虽然在安静环境中，该类人群通常表现出与健听同龄人相似的言语感知能力33。但由于双耳线索的丧失，包括耳间时间差和强度差的缺失，患有单侧听力损失的儿童无法很好进行空间声源定位且双耳降噪功能减弱34。因此，患单侧听力损失儿童在言语、语言和认知方面的风险更大。这都可能导致学习困难和行为问题的出现。Oosthuizen等18比较了19名712岁单侧聋儿童和健听儿童的听配能。参与者于3种扬声器条件下在安静和噪声下完成数字三联音识别任务，中线聆听条件（0，信号声扬声器位于受试者正前方）、单声道直接聆听条件（90，信号声位于好耳侧，与参与者呈90；噪声至于听损侧）和单声道间接聆听条件（270，信号声位于听损侧，与参与者呈90；噪声至于好耳侧），以任务期间的口头响应时间作为行为学听配能指标，参与者对任务有困难和难以思考的主观评分被作为主观听配能指标。结果发现，噪声对单侧聋儿童数字三联音的识别产生了负面影响。与健听同龄人相比，单侧聋儿童在嘈杂、间接的条件下，表现出显著增长的响应时间和更高的主观听配能评级。虽然Lewis等9研究发现健听儿童、轻度双侧听力损失儿童和单侧听力损失儿童之间的听配能没有显著差异，但其也提出患有更严重单侧听力损失的儿童将表现出更多听配能支出，这与Oosthuizen等研究结果相一致。采用更敏感的听配能指标，有助于全面评估单侧听力损失儿童在嘈杂环境中的聆听情况。对于此类患儿，在安排教室座位时应优先考虑，以避免听配能透支。调整座位，最大限度提高儿童面对面声源（0角）和90角平面的听力场景，减少270角的听力场景。同时也可借助远程麦克风系统、交联式助听器等辅助设备改善噪声下的聆听效果。4.2 双侧人工耳蜗植入儿童的双耳融合能力和听配能双侧人工耳蜗（CI）旨在为双侧耳聋患儿提供双耳听力，促进其空间听力35，36，尽量较少听配能的增加37。不匹配的设备和单侧驱动可能会影响左右耳输入的正常整合，从而限制双耳CI的效益38。Steel等32采用瞳孔测量法评估了双侧CI儿童是否从中听到融合刺激信号，以及这种双耳融合功能是否有助于减少听配能的支出。研究发现，与健听同龄人相比，双侧CI儿童听到双侧输入整合信号的次数较少，尤其是当两侧刺激声强度平衡时。实验还发现健听儿童的反应时间和瞳孔直径随聆听经验（年龄）增加而减少，但CI儿童并没有减少。虽然皮质诱发电位表明CI的使用推动了大脑皮层的正常发展变化，但处理和尝试融合光谱退化的输入仍然需要额外的认知资源（听配能）。较长时间的听觉经验也无法克服此类设备的限制。虽然双耳CI的好处可在不考虑双耳融合的条件下实现，如皮层层面的生理整合，但促进双耳听力的融合能力可进一步改善CI儿童的聆听感受，减少听配能的额外支出。听配能的引入有助于在听觉中枢更高级水平评估双耳融合功能。4.3 听配能在评估助听设备信号处理效果中的应用助听设备信号处理技术繁多，如宽动态范围压缩、数字降噪和移频等。减数字降噪（digital noise reduction，DNR）算法可提高输入信号的信噪比（signal-to-noise ratio，SNR），有助于提高学龄儿童在噪声环境中的聆听感受。但DNR在以往研究中并没有被证实可持续改善或降低语音识别。Stelmachowicz等39研究DNR对听障儿童（510岁）在0、+5和+10 dB SNR下感知无意义音节、单音节词和句子能力的影响，结果表明，DNR在任何SNR152Chinese Scientific Journal of Hearing and Speech Rehabilitation听配能走进临床中国听力语言康复科学杂志总第123期下都没有改善或降低儿童的言语感知，这与成年人的结果一致40。Pittman等41采用听觉和视觉竞争中单词分类测试检查健听儿童和听障儿童（812岁）在困难聆听环境中的表现（0 dB SNR）。与之前的研究结果一致，儿童的言语表现不受DNR影响。近年来，随着听配能在听觉评估中的应用，已有研究发现DNR在儿童中的潜在益处。Gustafson等16评估健听儿童（712岁）在开启/关闭DNR时输入不同SNR的听配能（言语应答反应时间）和主观言语清晰度，结果发现，DNR对主观言语清晰度没有显著影响，但可显著减少受试者的听配能支出，表明DNR功能的开启让受试者听得更容易或轻松。听配能在评估助听设备信号处理效果中的应用为我国自主研发助听设备开拓了思路。在当前的儿童助听器调试中，为了让儿童充分聆听环境中的各种刺激声，确保全频段足够的增益，助听器验配师仍选择保守的信号处理技术，如背景降噪措施、言语识别增强技术等，在没有充分证据证明其有效时不宜使用。听配能的引入可以为数字降噪技术在儿童助听设备中的应用提供新的证据。4.4 听配能在中枢听觉处理障碍患者中的应用中 枢 听 觉 处 理 障 碍（central auditory processing disorders，CAPD）或听觉处理障碍（auditory processing disorders，APD）被定义为中枢神经系统听觉信息感知处理的困难。CAPD患者外周听觉功能正常而中枢听觉神经系统受损，主要表现为在有竞争及减弱的声信号中，听觉功能出现一个或多个障碍，包括对声音的定位及偏侧化、听觉分辨、听觉模式识别、时域感知，时程整合、分辨等。CAPD在普通人群中的患病率约为7%，在618岁儿童中的患病率约为0.19%42。在24年级17名学习困难儿童中患有 APD 的概率为 41.18%58.82%43，接近Chermak等44研究结果（30%50%）。近期研究评估了一组健听儿童（611岁）中枢听觉功能与听配能之间的关系45。实验采用数字双任务范式，主要任务基于典型的数字三联音测试46进行改良，要求受试者重复012三联音数字，次要任务为视觉记忆测试，结果发现，在最具挑战性的聆听条件下（-6 dB SNR），CAPD 测 试 组 合 中 的 交 错 扬 扬 格 词 测 试（staggered spondaic word test，SSWT）的几个测试项与听配能之间存在高度相关性。CAPD测试组合得分较低将伴随更多的听配能消耗。证实了以下假设，即中央听觉处理存在困难的儿童在复杂的听力条件下同时执行认知任务的能力较小，如噪声中的言语理解。嘈杂的课堂环境会对言语理解产生负面影响，也会对听配能分配产生负面影响。听配能透支意味着有必要为言语理解分配大量的认知能力，从而减少其对其他认知任务的储备。随后，可能会使其注意力、动机和学习能力产生困难2。在上述研究中发现的健听儿童中枢听觉处理和听配能之间的联系意味着，特别是在患有CAPD的儿童中，对于听力情况的评估可能需要单独调整，以更全面评估此类儿童。因此，对于经常抱怨言语理解困难，但外周听觉功能正常的儿童，应警惕CAPD可能。现有的CAPD测试组合易受注意力、专注度和疲劳等因素影响，听配能测试包括对该人群注意力、工作记忆和处理速度等认知能力的评估，可能会提供额外有价值的信息。5 总结听配能概念的引入为评估学龄儿童真实的聆听感受增添了新维度。它突破了常规噪声下言语测试的局限性，尤其是在评估中枢听觉系统的高级功能上发挥了重要作用。目前已有多种方法用于儿童听配能评估，且已获得预期的实验结果，以解释常规听力学评估无法察觉的问题。关于儿童听配能的理论框架，例如听障儿童听配能调控的神经功能网络与成人的区别，基于理论框架可用于临床的快速、准确、方便的儿童客观听配能测试方法等将成为未来研究的热点。参考文献1Ronnberg J,Rudner M,Foo C,et al.Cognition counts:a working memory system for ease of language understanding(ELU)J.Int J Audiol,2008,47(S2):S99-S105.2Pichora-Fuller MK,Kramer SE,Eckert MA,et al.Hearing Impairment and Cognitive Energy:The Framework for Understanding Effortful Listening(FUEL)J.Ear Hear,2016,37(S1):S5-S27.3张敏,Palme CV.单一资源理论模型在听配能研究中的应用J.中国听力语言康复科学杂志,2017,15(3):205-208.4张敏,Palmer CV.语言理解易度模型与听配能J.中国听力语言康复科学杂志,2018,16(3):226-230.5Ricketts TA,Picou EM,Galster J.Directional Microphone Hearing Aids in School Environments:Working Toward OptimizationJ.J Speech Lang Hear Res,2017,60(1):263-275.6Bess FH,Hornsby BWY.Commentary:Listening Can Be ExhaustingFatigue in Children and Adults With Hearing LossJ.Ear Hearing,2014,35(6):592-599.7Hornsby BW,Werfel K,Camarata S,et al.Subjective fatigue in children with hearing loss:some preliminary findingsJ.Am J Audiol,2014,23(1):129-134.8Hsu BC-L,Vanpoucke F,van Wieringen A.Listening Effort Through Depth of Processing in School-Age ChildrenJ.Ear Hearing,2017,38(5):568-576.9Lewis D,Schmid K,Oleary S,et al.Effects of noise on speech recognition and listening effort in children with normal hearing and children with mild bilateral or unilateral hearing lossJ.Journal of Speech,Language,and Hearing Research,2016,59(5):1218-1232.10 张敏,Palmer CV.听力康复中的新概念Listening EffortJ.中153听配能走进临床Chinese Scientific Journal of Hearing and Speech Rehabilitation中国听力语言康复科学杂志2024年（第22卷）第2期国听力语言康复科学杂志,2015,13(6):416-418.11Peelle JE.Listening Effort:How the Cognitive Consequences of Acoustic Challenge Are Reflected in Brain and BehaviorJ.Ear Hear,2018,39(2):204-214.12 Richter M,Gendolla GHE,Wright RA.Chapter Five-Three Decades of Research on Motivational Intensity Theory:What We Have Learned About Effort and What We Still Dont Know M.Elliot AJ.Advances in Motivation Science.Elsevier.2016.149-186.13 Jerger S.Current state of knowledge:perceptual processing by children with hearing impairmentJ.Ear Hear,2007,28(6):754-765.14 Johnson CE.Childrens phoneme identification in reverberation and noiseJ.J Speech Lang Hear Res,2000,43(1):144-157.15 Stelmachowicz PG,Hoover BM,Lewis DE,et al.The relation between stimulus context,speech audibility,and perception for normal-hearing and hearing-impaired childrenJ.J Speech Lang Hear Res,2000,43(4):902-914.16 Gustafson S,McCreery 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