聽覺生理課件

聽覺生理學(xué)概論

李興啟

中國人民解放軍耳鼻咽喉科研究所

提出一個(gè)問題往往比解決一個(gè)問題更重要，因?yàn)榻鉀Q一個(gè)問題也許是一個(gè)數(shù)學(xué)上或?qū)嶒?yàn)上的技巧，而提出新的問題，新的可能性，從新的角度看舊的問題，卻需要?jiǎng)?chuàng)造性的想象力，而且標(biāo)志著科學(xué)的真正進(jìn)步。－愛因斯坦純音測聽(言語測聽)缺點(diǎn)：主觀配合信息量最大(1)區(qū)別中、內(nèi)耳病變(2)聽力損失類型(3)聽力損失程度(4)中樞病變(5)高頻聽力(>8kHz)(1)中耳病何類型(2)面癱恢復(fù)預(yù)測(3)鐙肌收縮疲勞蝸后(4)咽鼓管功能(5)響度重振(半客觀)中耳手術(shù)中耳分析儀優(yōu)點(diǎn)：客觀定位缺點(diǎn)：(1)診斷中樞病，必須中耳完好(2)鼓膜穿孔無法鑒別其它病變(1)嬰幼兒測聽(2)偽聾鑒別(3)耳蝸性、蝸后(4)IHC還是OHC受損(5)響度重振(6)突聾預(yù)后(7)腦死亡程度ERA優(yōu)點(diǎn)：客觀缺點(diǎn)：(1)不能反應(yīng)耳蝸各段的功能(2)測試環(huán)境要求高40Hz相關(guān)電位多頻穩(wěn)態(tài)反應(yīng)短聲濾過短聲(filteredclick)短音(tonepip)logon聲短純音－中期反應(yīng)顱頂慢反應(yīng)OAE優(yōu)點(diǎn)：客觀、簡便缺點(diǎn)：必須中耳完好；只能是或否；不知好壞程度；聽閾≥40dB即引不出。嬰幼兒聽力篩選；直接了解OHC功能；預(yù)測老年性聾；與ABR結(jié)合診斷蝸后病變；診斷聽覺過敏；以條件反射為基礎(chǔ)較為真實(shí)的預(yù)估聽力為小孩盡早佩戴助聽器以游戲吸引配合小兒行為測聽缺點(diǎn)：費(fèi)時(shí)費(fèi)力心理教師優(yōu)點(diǎn)：(1)可獲得頻率特異性聽力(2)可得真實(shí)聽力感音神經(jīng)性聾聽力康復(fù)(助聽器、電子耳蝸)電子耳蝸術(shù)后語言訓(xùn)練切除聽神經(jīng)瘤聽覺的一般過程機(jī)械(聲)→電→化學(xué)→電→N沖動(dòng)→中樞信息→加工→識別傳聲：鼓膜→聽骨鏈(錘、砧、鐙骨)→卵圓窗膜→內(nèi)耳中鼓室、中耳機(jī)、咽鼓管耳放大：空氣聲阻抗：42聲Ω差3680倍

液體阻抗：15,400聲Ω聲→低聲阻的空氣（中耳）→高聲阻的內(nèi)耳，損失大約30dB中耳功能→補(bǔ)償上述損失①集中能量：鼓膜面積64.3mm2

鐙骨底板面積3.2mm220:1

鼓膜振動(dòng)的有效面積為2/3 ∴64.3×2/3=42.9mm2↓ 42.9÷3.2≈13倍13:1單位面積壓力增大～23dB ∵PL=20lg(13/1)≈23dB②橄桿放大作用～1.3倍(PL=20lg1.3≈2dB)(約2dB)①+②≈25dB（大約補(bǔ)償25dB）∴中耳的功能基本補(bǔ)償上述聲波從空氣→液體造成的損失(30dB)基底膜的機(jī)械運(yùn)動(dòng)

↓螺旋器相應(yīng)運(yùn)動(dòng)↓方向和慣性等因素毛細(xì)胞與蓋膜相對位置發(fā)生變化↓產(chǎn)生剪力HC纖毛彎曲改變了淋巴液與細(xì)胞內(nèi)之回路中的電阻↓↓(140mV)↓+80mV-60mV

由于靜纖毛和附近的基礎(chǔ)小體因機(jī)械變形，而導(dǎo)致毛細(xì)胞頂面局部電阻發(fā)生變化，這種局部電阻變化隨基底膜的振動(dòng)不斷調(diào)制毛細(xì)胞的電流，即形成CM“拍手樹”神農(nóng)架陽日征雙建村，有一棵奇妙的“拍手樹”，這棵樹有3米多高，四季長青，看上去很平常，但只有人對著它唱歌，它的樹葉就會(huì)像人鼓掌拍手一樣作響，歌聲越大，樹葉的響聲也越大，歌聲越小，樹葉的響聲也越小。若寂靜無聲，樹葉也一動(dòng)不動(dòng)。－可能植物也有聲感受器頻率分析機(jī)理行波論：不同的f的聲音興奮基底膜不同部位感受細(xì)胞－－興奮部位是頻率分析的依據(jù)排放論：不同f聲音使聽神經(jīng)興奮后發(fā)放不同的頻率沖動(dòng)－－神經(jīng)沖動(dòng)頻率是聲音頻率分析依據(jù)行波論：（部位學(xué)說）解剖學(xué)依據(jù)：基底圈窄→接受高頻聲刺激頂圈寬→接受低頻聲刺激（如同琴的不同長短的弦）基底膜成了→初級的頻率分析器頻率分析的中樞機(jī)理：耳蝸f分析1kHz時(shí)→△f=30Hz而人的△f=3Hz

精確的f分析→中樞中樞過程突觸｜二級聽覺神經(jīng)元→突觸電位→加入ABR的Ⅱ波｜→動(dòng)作電位突觸↓↓聽放射聽覺↓皮層(ABR→各級神經(jīng)元的突觸后電位）內(nèi)耳生理 IHC(3500) OHC(12000)單行 三行95%的傳入神經(jīng)纖維 <5%傳入神經(jīng)纖維與傳出神經(jīng)不直接連結(jié) 與傳出神經(jīng)纖維直接相聯(lián)每細(xì)胞有纖毛50~70根←感受聲→ 每個(gè)細(xì)胞有40~150根纖毛I(xiàn)HC損傷，傳入纖維退化有重要作用 OHC損傷，傳入纖維不退化耳蝸的非線性特性與主動(dòng)機(jī)制行波論(Bekesy)－(基底膜響應(yīng)與刺激強(qiáng)度呈線性關(guān)系)-----------------------------------------------------------①死動(dòng)物上觀察（被動(dòng)流體力學(xué)理論）②10~20dB（SPL），基底膜調(diào)諧曲線特性較活體時(shí)差③CAP的（I/O）非線性表現(xiàn)說明耳蝸并非一個(gè)線性放大④精細(xì)頻率選擇（20－20kHz）強(qiáng)度動(dòng)態(tài)范圍（0－120dB）∴用任何一個(gè)線性系統(tǒng)無法模擬的------------------------------------------------------------非線性特點(diǎn)的發(fā)現(xiàn)（活體）①Rhode：基底膜位移出現(xiàn)飽和，聲↑調(diào)制范圍變寬，調(diào)制特性差②基底膜的兩音抑制現(xiàn)象，伴畸變產(chǎn)物③Kemp發(fā)現(xiàn)耳聲發(fā)射（OAE）a)存在主動(dòng)釋放能量過程b)雙向換能和放大④Dallos發(fā)現(xiàn)SP的極性隨聲↑發(fā)生逆轉(zhuǎn)⑤Kiang在耳蝸神經(jīng)上記錄到一系列的非線性反應(yīng)⑥Cooper不但觀察耳蝸的基底膜運(yùn)動(dòng)幅度的非線性和兩音抑制且隨動(dòng)物死亡或耳蝸受損而消失∴非線性特性是耳蝸的正常生理狀態(tài)其因：OHC的能動(dòng)性→非線性主動(dòng)機(jī)制毛細(xì)胞胞內(nèi)記錄及IHC、OHC特性之差異在體胞內(nèi)記錄技術(shù)（Dallos和Russel）↓IHC具有較高的敏感性O(shè)HC在低聲強(qiáng)時(shí)有超極化DCOHC最大輸出小于IHCIHC、OHC具有不同的鎖相特征IHC超前OHC90°IHC響應(yīng)于基底膜的運(yùn)動(dòng)速度OHC響應(yīng)于基底膜的位移↓OHC與蓋膜、基底膜共同 構(gòu)成感受效應(yīng)系統(tǒng)（驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)）↓調(diào)節(jié)IHC的頻率選擇性和敏感性而OHC本身不產(chǎn)生傳向中樞的沖動(dòng)↓低聲強(qiáng)時(shí)，IHC反應(yīng)需要OHC驅(qū)動(dòng)從而修正了雙元理論提及的OHC管閾值(響應(yīng)低聲強(qiáng)），IHC響應(yīng)高強(qiáng)度刺激的說法本所實(shí)驗(yàn)證據(jù)：①OHC感受器電位（胞內(nèi)記錄）為非線性②胞外（中階記錄）的CM、SP為非線性③噪聲暴露后，上述非線性特點(diǎn)減弱（OHC損傷）④CM的兩音抑制現(xiàn)象噪聲暴露后，兩音抑制現(xiàn)象減弱⑤順鉑灌流后，CM、SP和CAP非線性特點(diǎn)減弱神經(jīng)膜電位學(xué)說及離子通道 生物電起源 ↓Hodgkin離子學(xué)說 細(xì)胞內(nèi)外離子濃度差 （H-H）方程式↓70年代膜上存在一種載體系統(tǒng)，需要特殊酶參與↓離子通道可能是一種受控的孔道↓1976年Neher直接記錄出膜上的離子通道電流(pA)(10-12A)↓膜片鉗技術(shù)對離子通道的開啟、關(guān)閉、動(dòng)力學(xué)選擇性、通透性等提供直接手段↓細(xì)胞電活動(dòng)↓受跨膜離子通道控制↓細(xì)胞膜上的特殊蛋白質(zhì)大分子｜雙分子脂蛋白膜－所有細(xì)胞膜都由脂類(磷脂)↓和蛋白質(zhì)構(gòu)成在脂雙層膜上構(gòu)成具有高度選擇性的親水孔道，允許適當(dāng)大小和電荷的離子通道↓大多數(shù)情況下關(guān)閉，特殊刺激才打開↓稱門控(gating)↓通道蛋白構(gòu)象變化是門控制的基礎(chǔ)↓通道的多樣性，開關(guān)過程與產(chǎn)生電信號的神經(jīng)系統(tǒng)反應(yīng)相一致這些微弱電流由神經(jīng)系統(tǒng)綜合加工放大后，生物體相應(yīng)做出反應(yīng)（如含羞草的閉葉反應(yīng)等）離子通道（Onicchannels）是神經(jīng)、肌肉和其它組織細(xì)胞膜興奮的基礎(chǔ)，是生物電活動(dòng)的基礎(chǔ)聽覺生理學(xué)研究現(xiàn)狀及展望在美國國會(huì)通過二十世紀(jì)末為“腦的十年”國家資助重點(diǎn)課題中首次將聽覺系統(tǒng)“滲出性中耳炎”、“電子耳蝸”及老年性聾等感音神經(jīng)性聾防治，作為神經(jīng)、精神學(xué)科提出，就后二者而言，無不涉及聽覺機(jī)理的基礎(chǔ)研究一、耳蝸生理自1967年以來，大量的活體動(dòng)物實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，耳蝸機(jī)械特性遠(yuǎn)比Bekesy在尸體標(biāo)上觀察到的現(xiàn)象復(fù)雜得多。但直到Russell（1978）第一次用微電極細(xì)胞內(nèi)記錄哺乳動(dòng)物毛細(xì)胞電活動(dòng)工作完成以后，對毛細(xì)胞的電生理特性才開始有了真正的了解，由此對耳蝸聲－電換能及聲辨過程才有了新的認(rèn)識。1.耳蝸內(nèi)、外毛細(xì)胞之關(guān)系是耳蝸生理研究的熱點(diǎn)之一a.外毛細(xì)胞主動(dòng)機(jī)制的研究表明感音細(xì)胞具有雙向放大作用，即不僅有機(jī)－電轉(zhuǎn)換作用，還有將電活動(dòng)轉(zhuǎn)換成聲波并通過外耳道傳出，這就為耳蝸之所以對聲音強(qiáng)度、頻率辨別有如此大的動(dòng)態(tài)范圍提供了物質(zhì)和理論基礎(chǔ)。研究包括：耳聲發(fā)射(OAE)特性及發(fā)生機(jī)理；毛細(xì)胞能動(dòng)性以及提供能動(dòng)性物質(zhì)基礎(chǔ)的外毛細(xì)胞肌動(dòng)蛋白網(wǎng)、鈣離子濃度及其它細(xì)胞器變化的研究。b.外毛細(xì)胞對內(nèi)毛細(xì)胞調(diào)控、驅(qū)動(dòng)作用的研究。胞內(nèi)記錄表明內(nèi)、外毛細(xì)胞感受器電位具有很大差異，內(nèi)毛細(xì)胞的感受器電位較之外毛細(xì)胞的更敏感，內(nèi)毛細(xì)胞感受聲音，而外毛細(xì)胞負(fù)責(zé)激活機(jī)械過程。盡管這一機(jī)理尚未完全闡明，但已經(jīng)開始改變了過去認(rèn)為外毛細(xì)胞管閾值，內(nèi)毛細(xì)胞管高聲強(qiáng)的傳統(tǒng)觀念。然而內(nèi)、外毛細(xì)胞相互作用的關(guān)系到底如何？在病理、生理變化時(shí)的表現(xiàn)特點(diǎn)等，尚須進(jìn)一步探索研究，以獲得更多的證據(jù)，相信在探索聽覺機(jī)理方面會(huì)有更多新的認(rèn)識。2.毛細(xì)胞離子通道的研究隨著膜片鉗位技術(shù)的發(fā)展，從80年代開始，機(jī)體上許多器官的細(xì)胞都成功地進(jìn)行了各種離子通道的研究，并在臨床實(shí)踐得到了廣泛應(yīng)用，由于聽覺毛細(xì)胞培養(yǎng)困難，至今從事耳蝸毛細(xì)胞離子通道研究的學(xué)者不多，但就少數(shù)幾家的工作也可說明，從分子水平對毛細(xì)胞的換能機(jī)制有了更深的認(rèn)識，對耳毒性藥物中毒機(jī)理有了進(jìn)一步的了解，然而這方面的工作有待進(jìn)一步加強(qiáng)，具有深入研究的前景。二、聽覺中樞生理1.橄欖耳蝸束傳出神經(jīng)調(diào)控作用機(jī)理的研究。2.螺旋神經(jīng)節(jié)、耳蝸核、下丘等中樞核團(tuán)神經(jīng)遞質(zhì)在聽覺過程中頻率、時(shí)域編碼機(jī)理的研究及在病理模型下的變化規(guī)律。3.聽黨中樞皮層，對調(diào)制波語識別的研究。4.聽覺中樞可塑性的研究a.耳蝸損傷后，下丘急性和慢性變化的觀察；b.耳蝸神經(jīng)損傷后，聽覺中樞功能的重組；c.去除耳蝸或耳蝸功能消失后，腦干解剖、生物化學(xué)及生理學(xué)的變化；d.耳蝸損傷后，耳蝸核組織學(xué)變化；e.神經(jīng)可塑性和耳蝸植入；f.聽覺可塑性的臨床表現(xiàn)。三、耳蝸毛細(xì)胞再生研究進(jìn)展1.兩棲類、鳥類及哺乳類毛細(xì)胞再生的比較。2.毛細(xì)胞再生的細(xì)胞機(jī)理的直觀分析。3.聲損傷后，蓋膜和毛細(xì)胞的再生。4.毛細(xì)胞再生的微觀機(jī)理。5.毛細(xì)胞再生與生理、心理物理學(xué)之關(guān)系。6.毛細(xì)胞再生后聽覺系統(tǒng)的心理物理測試。7.哺乳類生長因素和毛細(xì)胞再生。四、聽覺系統(tǒng)的耐受性(tonghening)研究1.聽覺生物學(xué)系統(tǒng)的應(yīng)力和重組。2.低噪聲暴露后、生理和解剖學(xué)變化。3.對噪聲性聽力損失抵抗活性的發(fā)展。4.耳蝸保護(hù)機(jī)理的神經(jīng)機(jī)理和結(jié)構(gòu)組織的相互關(guān)系。5.“耐受性”和脈沖噪聲。6.藥物引起的對耳毒性抵抗力的增加。7.“耐受性”現(xiàn)象的生物學(xué)機(jī)理。綜上所述，耳蝸細(xì)胞水平和分子水平的研究定會(huì)對聽覺機(jī)理有新的認(rèn)識，對電子耳蝸的發(fā)展（包括換能器、言語的前處理等），必將提供重要的信息，耳蝸感受聲音的機(jī)理及中樞核團(tuán)的調(diào)控、編碼機(jī)理的研究，定會(huì)在智能機(jī)對言語的識別、加工、整理和自動(dòng)控制方面提供生理學(xué)的理論依據(jù)。選擇性破壞OHC后耳蝸電位（CM、SP及CAP）異常增大及形態(tài)學(xué)觀察前言1.IHC與OHC相互關(guān)系研究越來深入IHC的靈敏度→決定于OHC的完整(1)OHC的AF(主動(dòng)反饋)→IHC的靈敏度微機(jī)械作用(2)SOC（橄欖復(fù)合體）MOCS(內(nèi)側(cè)橄欖耳蝸束）LOCS(外側(cè)橄欖耳蝸束)→OHC（1:10)↓ACh(乙酰膽堿)+M或N型受體↓OHCGABA(r-氨基丁酸)+GABA受體↑→IHC(1:6)2.DallosP.－選擇性破壞OHC（卡那霉素）CAP調(diào)諧曲線3.SalviR.－TTS期間：傳入神經(jīng)纖維反應(yīng)模式同時(shí)觀察CM、SP及CAP的研究工作較少方法1.外淋巴液灌流（底圈鼓階進(jìn)，前庭階出）2.中階記錄CM、SP、CAP(第三回，血管紋處入口，玻璃微電極）3.Click-CAP（100-3000Hz）toneburst→CM(1-10kHz)toneburst→SP(0-100Hz)4.形態(tài)學(xué)標(biāo)本制備(1)琥珀酸脫氫酶（SDH）染色→耳蝸鋪片光鏡觀察(2)透射電鏡觀察結(jié)果1.外淋巴液灌流順鉑可選擇性破壞OHC(1)人工外淋巴液灌IHC、OHC正常(2)順鉑灌流2小時(shí)后OHC的SDH染色變淺IHC正常透射電鏡：OHC的染色質(zhì)消失線粒體變性，數(shù)量減少，IHC正常2.CM、SP和CAP的異常增大(1)灌流順鉑1小時(shí)刺激聲≤60dB，較灌流前略降低≥70dB，較灌流前略明顯升高(90dB－CM平均增大3mV)(120dB－SP平均增大1.5mV)(90dB－CAP平均增大0.3mV)CAP閾移10dB(2)灌流順鉑2小時(shí)在所有的刺激聲強(qiáng)度下CM、SP、CAP均較灌流前下降CAP閾移40dB討論1.耳蝸活動(dòng)的“易化現(xiàn)象”(1)中樞活動(dòng)（PR）在強(qiáng)噪聲暴露后出現(xiàn)異常增大－－梁之安但，耳蝸電位、內(nèi)膝體及小腦誘發(fā)電位均不增大(2)正常動(dòng)物麻醉后→自發(fā)活動(dòng)減弱→同步化