使用功能性近红外光谱研究单侧耳聋后人类听觉皮层可塑性和多感觉整合对人工耳蜗性能的作用

突发、严重的单侧感音神经性听力损失或单侧耳聋 (SSD) 很常见（美国每年有 60,000 人）。 永久性 SSD 会导致听者残疾以及声音定位和语音感知方面的长期挑战。 SSD 唯一确定的听觉康复是人工耳蜗 (CI)。 由于保险授权通常需要双侧耳聋才能放置 CI，因此对 SSD 后 CI 最佳时机的研究有限。 其次，存在有限的 CI 兼容脑成像技术来研究 SSD 中 CI 前后的变化。 因此，缺乏系统研究导致 SSD 中的随机 CI 放置具有不一致的听觉性能，这可能部分是由于初级听觉皮层 (A1) 中的可变神经激活。 患有 SSD 的动物模型和人类表现出增强的 A1 神经反应，对剩余的唯一听力耳朵 1、2 进行声音刺激。 此外，跨模态可塑性 3（增加 A1 神经对非听觉感觉系统的反应）导致优先激活 SSD 中的体感和视觉刺激 4、5、6。 本质上，非听觉感觉系统“募集”A1 神经元以对新的非听觉刺激做出反应。 一旦实施 CI 康复，这会限制 A1 神经元对听觉刺激做出反应的能力。 重要的是，SSD 之后发生这些大脑变化的敏感时间窗口可能会影响 A1 神经听觉反应，并最终影响 CI 性能和语音感知。

A1 神经元的激活强度与最佳 CI 语音识别和性能相关 7、8。 研究人员预测，如果 SSD 对面的 A1 神经元在 SSD 后通过增加对仅听觉耳朵刺激的敏感性来保持活跃，它们将不太可能“重新分配”到非听觉交叉模态可塑性。 或者，如果 A1 的仅听觉耳朵输入不够，或者如果在 SSD 之后出现更多的体感和/或视觉输入，则可用于响应 CI 刺激的 A1 神经元将减少，语音性能可能会受到影响。 这些研究的目的首先是了解 A1 跨模态可塑性（对体感和/或视觉系统的敏感性）和 SSD 中仅听觉耳通路增强的时间和性质。 其次，是检查 CI 对逆转这些可能影响 CI 性能的变化的影响。

由于大脑成像技术不足，无法测量与 CI 兼容的 A1 神经活动，因此人类对 SSD 和 CI 的研究很少。 功能性近红外光谱 (fNIRS) 和事件相关电位 (ERP) 与脑电图 (EEG) 一起使用时，可以捕获 A1 神经反应 (fNIRS) 相关的定位 (fNIRS) 和时间 (EEG)，以区分CI 前后跨模态和只听耳朵刺激的影响。 在 SSD 成人中使用刺激/沉默块记录条件，A1 血流动力学反应（神经活动的相关性）和静息状态功能性皮层连接（RSFC；皮层间连接指数）将用 fNIRS 和 ERP 测量，并与只听耳朵相关联和跨模态可塑性 9,10 和 CI 语音性能 11。

具体目标 1：确定 SSD 发作后 A1 神经可塑性何时发生。 SSD 后人类 A1 中可能影响听力康复的大脑变化的时间尚不清楚。 该目标的目标是识别在没有 CI 干预时发生的可塑性，并描述 A1 神经元何时受 SSD 后仅听觉耳朵、体感和/或视觉输入的影响。 实验 1. A1 血流动力学反应（fNIRS 与神经活动相关）和大脑 RSFC 和 ERP 对体感、视觉和只听耳刺激的变化将在 SSD 发作后 1、3、6、9 和 12 个月记录。 研究人员预测跨模式可塑性和 A1 对 SSD 后仅听觉耳朵刺激的反应将具有特定的发作时间模式。

具体目标 2：确定 CI 康复后 A1 神经可塑性的变化。

该目标的目标是确定 CI 放置如何以及何时影响 SSD 中的 A1 可塑性。 因此，研究人员将确定何时以及是否可以阻止可能阻碍最终 CI 性能的大脑变化。 实验 2：将分析在 SSD 和随机保险授权后早期（<6mos）、延迟（6-12mos）或晚期（>12mos-5yrs）放置 CI 的参与者的血液动力学反应、RSFC 的变化和CI 后 1-12 个月对体感、视觉、CI 和仅听觉耳朵刺激的 ERP。 研究人员预测，最佳 CI 语音性能将与对早期和中期 CI 放置的更强 fNIRS/ERP 响应相关联，这将逆转 A1 对跨模态刺激的响应。

具体目标 3：确定成功的 SSD CI 康复的神经认知概况。 将测量 CI 前后的 A1 可塑性及其与 SSD 语音性能的关系。 实验 3：将进行 CI 语音性能测试，预计结果与目标 1 和 2 的可塑性程度/时间相关。研究人员预测那些 A1 交叉模态可塑性较低且对独听耳朵反应较大的人将显示更好的 CI 语音性能，而对体感和/或视觉刺激的更大 A1 反应将在 CI 中表现更差。

临床意义：研究人员预测，该项目将揭示成人发病 SSD 和 CI 康复后关键听觉大脑可塑性的时间和机制。 这项工作还将表明，fNIRS 可能被证明是 A1 可塑性的卓越衡量标准，可用于改进 SSD CI 的放置时间，以优化语音性能和听觉康复。