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作者
人工耳蜗电极植入部位对人工耳蜗使用者
言语理解影响的研究*
亓贝尔1 ?? 刘博1 ?? 刘莎1 ?? 刘海红1 ?? 董瑞娟1 ?? 张宁1 ?? 龚树生1
?? ?? [ 摘要] ?? 目的： 探讨人工耳蜗电极覆盖耳蜗基膜范围对汉语普通话人工耳蜗使用者的言语识别能力， 特别是中日友好医院耳鼻喉科李原
声调识别能力的影响。方法： 使用人工耳蜗调试软件通过开启（ 关闭） 不同电极通道设置7 种测试条件， 以模拟人
工耳蜗电极覆盖耳蜗基膜范围的不同状态。并对各测试条件下人工耳蜗使用者元音、辅音、声调识别能力进行测
试。结果： 不同测试条件下元音识别平均得分56％ ~ 91％（ P < 0. 05） ; 辅音识别平均得分72％~ 85％ （ P <
0. 05） ; 声调识别平均得分68％~ 81％（ P> 0. 05） 。但随着人工耳蜗电极覆盖基底膜范围的扩大， 人工耳蜗使用
者元音、辅音成绩呈现显著性改善， 声调识别成绩亦有所提高。结论： 增加人工耳蜗电极覆盖基膜的范围、积极利
用耳蜗各个区域有利于改善人工耳蜗使用者的言语识别能力， 进而对提高人工耳蜗使用者言语交流和社会交往
能力是非常重要的。
[ 关键词] ?? 人工耳蜗； 植入部位； 声调识别； 汉语
?? ?? [ 中图分类号] ?? R318. 18?? ?? [ 文献标志码] ?? A ?? ?? [ 文章编号] ?? 1001- 1781（ 2011） 10- 0441-04
The contribution of different cochlear insertion region to Mandarin speech
perception in users of cochlear implant
QI B eier ?? L I U Bo ?? L I U S ha ?? L I U H aihong ?? DON G R ui j uan ?? ZH AN G N ing ?? GON G S husheng
（ Beijing Tongr en Ho spital, Capital Medical U niv ersity, Inst itute of Otolaryngo logy , Key Laboratory
of Otolaryng olog y-Head and N eck Surgery, Minist ry of Educat ion, Beijing, 100005, Ch-i
na）
Corr esponding author: LIU Bo （ Email: lliubo@263. com）
?? ?? Abstract ?? Objective: To study the effect of co chlear elect rode cov erag e and differ ent inser tio n reg ion o n
speech recog nitio n, especially to ne per ceptio n of cochlear implant user s w hose nativ e lang uage is M andarin Ch-i
nese. Method: Setting seven test co nditions by fitt ing softw are. All condit ions w ere created by sw itching on/ o ff r espectiv
e channels in o rder to simulate different inser tio n po sitio n. T hen M andarin CI users r eceived 4 Speech tests,
including Vow el Identificatio n test, Conso nant Identificat ion test, Tone Identification test-male speaker, Mandarin
H INT test （ SRS） in quiet and no ise. Result: T o all test conditio ns: the averag e scor e o f v ow el ident ificatio n w as
sig nificantly different , fr om 56％to 91％（ Rank sum test, P< 0. 05） . The aver age scor e of co nsonant ident ificatio n
w as significantly different, from 72％ to 85％ （ ANOVNA, P < 0. 05） . The av erag e scor e of To ne ident ificatio n
w as no t significantly different（ ANOVNA, P > 0. 05） . Howev er t he mor e channels activated, the higher scor es obtained,
from 68％ to 81％. Conclusion: T his study show s that there is a cor relatio n bet ween insert ion depth and
speech recog nitio n. Because all par ts o f the basement membrane can help CI users to improv e their speech recog n-i
tio n ability, it is ver y import ant to enhance ver bal communicatio n ability and so cial interactio n ability of CI users by
increasing inser tio n depth and actively stimulating the top reg ion of co chlea r.
Key words ?? co chlear; inser tio n depth; tone per ceptio n; Chinese
* 基金项目： ?? 十一五？？ 国家科技支撑技术重点项目（ No :
2008BAI50B08） ; 科技部国际科技合作项目（ No :
2009DFA32200） ; 国家自然科学基金面上项目（ No :
81070796）
1 首都医科大学附属北京同仁医院北京市耳鼻咽喉科学研
究所首都医科大学耳鼻咽喉头颈科学教育部重点实验室
（ 北京， 100005）
通信作者： 刘博（ Email: lliubo@ 263. com）
?? ?? 人工耳蜗植入（ cochlear implant , CI） 作为一种
永久性植入耳蜗内的电子装置， 取代了病变的内耳
毛细胞直接电刺激初级听神经以使得重度到极重
度感音神经性聋患者感受到声音， 并成为促进其言
语发育、提高社会交往中听说参与能力的重要手段
之一？？1??。作为目前最为成功的将电子技术与人体
神经系统完美耦合的产物之一， CI 虽然可有效帮
助耳聋患者重获听力， 但是其言语识别能力、特别
是声调识别能力和音乐辨别能力尚不乐观？？2-3??。针
对CI 使用者在声调识别等方面存在的缺陷， 本研
究选择具有典型声调语言特征的普通话为研究对
象， 结合？？ CI 电极输出频率与耳蜗基底膜特征频率
的匹配程度直接影响CI 使用者识别言语？？ 的原
则？？4-5??
, 以激活不同CI 通道模拟不同CI 植入部位，
临床耳鼻咽喉头颈外科杂志2011 年5 月第25 卷第10 期？？ 441 ??
探讨CI 电极覆盖耳蜗基底膜范围对汉语普通话
CI 使用者的言语识别能力， 特别是声调识别能力
的影响。
1?? 资料与方法
1. 1?? 临床资料
母语为普通话的单侧CI 植入者14 例（ 语前
聋、语后聋各7 例） , 年龄13~ 45 岁， 使用CI 时间
1~ 7年。致聋原因包括药物中毒、大前庭水管综合
征、中耳炎等。受试者均植入MED-EL C40+ CI/
标准电极， 日常使用Tempo+ 言语处理器/ CIS+
编码策略， 其中11 例就读正常学校， 3 例工作， 口
语交流为日常生活中的主要交流方式。
1. 2?? 方法
1. 2. 1?? 测试条件？？ 使用CI-STU DIO 调试软件， 通
过开启/ 关闭电极模拟7 种不同CI 电极植入部位，
即All12、A4、B4、M4、A8、B8、E8（ 图1） 。同一受
试者不同测试条件下各通道刺激速率保持恒定。
适当调节音量使受试者在聆听舒适的状态下进行
测试， 并使各测试条件下响度基本一致。
实点代表通道开放， 虚线代表通道关闭
图1?? 不同人工耳蜗电极植入部位示意图
1. 2. 2?? 测试材料和测试方法？？ ?? 测试材料： 元音、
辅音测试材料由北京市耳鼻咽喉科研究所与首都
医科大学生物医学工程学院合作编制， 其中元音辨
别测试根据？？ F1 和F2 均不同？？、？？ F1 或F2 不同？？、
?? F1 和F2 相近？？选取20 词（ 10 组？？ 2 个/ 组） 作为
测试材料； 辅音辨别测试根据？？ 送气与不送气？？、？？ 发
声方法？？、？？ 发声部位？？特点选取20 词（ 10 组？？ 2 个/
组） 作为测试材料。声调识别测试材料由北京市耳
鼻咽喉科研究所编制， 词库含80 词（ 20 个音节？？ 4
个声调） , 男声朗读， 随机选取20 个词（ 5 个音节？？
4 个声调） 作为测试材料。？？ 测试在经校准满足准
自由场条件的本底噪声< 20 dB（ A ） 的标准隔声室
内进行， 使用UA-IX 型USB 音频转换接头连接测
试电脑和GSI61 纯音听力计。声场测试时扬声器
置于受试者前方1 m 处， 高度与受试者耳部齐平，
测试音以零度角正面入射） 。？？ 测试软件为北京市
耳鼻咽喉科研究所提供的听力言语康复训练评价
系统？？6??和普通话声调识别测试软件？？7??。测试时给
声强度为65 dB（ A） , 每字只播放1 次， 受试者通过
用户界面选择其听到的声音， 其中元音、辅音识别
测试为？？ 2 选1??闭合测试（ 机会值为50％） , 声调识
别测试为？？ 4 选1??闭合测试（ 机会值为25％） 。
1. 2. 3?? 测试顺序？？ 测试前向受试者讲解测试要
求， 并在日常设置条件下进行一组练习。此后完成
All12、A4、M4、B4、B8、A8、E8 条件下的测试。每
组测试前受试者有15 min 熟悉测试程序。测试过
程中鼓励受试者对没听清楚的内容进行猜测， 但是
不对受试者复述的正确与否做出反馈。
1. 3 ?? 统计学方法
同一测试条件每种言语测试均进行两次， 结果
取平均值用于统计学处理。采用SPSS 12. 0 统计
软件进行统计学分析， 其中方差齐性数据采用
ANOVNA 方差分析， 方差非齐性数据采用秩和检
验。
2?? 结果
2. 1 ?? 语前聋、语后聋受试者言语识别测试成绩的
比较
根据耳聋发生的时间将受试者分为语前聋组
和语后聋组， 并比较相同测试条件、相同言语测试
项目2 组的成绩组间差异无统计学意义
（ ANOVNA Test , P > 0. 05, 表1） 。由于耳聋发生
时间对言语识别成绩无显著性影响， 因此在后续的
统计学分析中不再考虑该因素的影响。
表1?? 语前聋、语后聋受试者言语识别成绩％
A4 M4 B4 B8 A8 E8 All12
声调识别
?? 语前聋68 71 69 78 80 81 81
?? 语后聋69 77 74 75 78 75 80
元音识别
?? 语前聋62 64 53 69 78 89 91
?? 语后聋51 76 68 84 86 84 91
辅音识别
?? 语前聋70 79 69 79 77 87 84
?? 语后聋74 79 72 82 80 80 87
2. 2 ?? CI 电极不同植入部位对言语识别的影响
在7 种不同CI 电极植入部位的模拟测试条件
下， 全体受试者的言语识别测试成绩均高于机会
值， 见表2。
元音识别成绩： 不同CI 电极植入部位的模拟
测试条件下， 受试者的元音识别平均得分在56％
（ A4） ~ 91％ （ All12） 之间， 差异有统计学意义
（ Rank T est, P< 0. 05, 图2） 。
?? 442 ?? J Clin Ot orhinolaryngol H ead Neck Surg（ Ch ina） , M ay 2011, Vol 25, No 10
表2?? 不同测试条件下言语测试平均成绩％
A4 M4 B4 B8 A8 E8 All12
元音识别56 70 60 68 82 86 91
辅音识别72 79 71 80 79 84 85
声调识别68. 5 74 71 77 79 78 81
图2?? 不同测试条件下元音识别测试成绩
?? ?? 辅音识别成绩： 不同CI 电极植入部位的模拟
测试条件下， 受试者的辅音识别平均得分在72％
（ A4） ~ 85％ （ A ll12） 之间， 差异有统计学意义
（ ANOVNA T est , P < 0. 05, 图3） 。
图3?? 不同测试条件下辅音识别测试成绩
?? ?? 声调识别成绩： 不同CI 电极植入部位的模拟
测试条件下， 受试者的声调识别平均得分在68％
（ A4） ~ 81％ （ All12） 之间， 测试成绩随着开启的通
道数增多、覆盖耳蜗基膜范围增大呈现改善趋势，
但是上述改善趋势差异无统计学意义（ ANOVN A
Test , P > 0. 05, 图4） 。
3?? 讨论
迄今为止有关CI 使用者言语识别能力的研究
大多局限于英语或其他拉丁语系。然而英语属于
重音语言， 汉语属于声调语言， 二者在声学和语音
学层次上有着明显的不同。汉语作为典型的声调
语言具有独特的语音学特点： ?? 汉语音节界线分
明， 结构整齐； ?? 汉语中元音占优势， 与英语不同的
图4?? 不同测试条件下声调识别测试成绩
是在汉语中一个音节可以没有辅音， 但必须有元
音； ?? 汉语中元音、辅音组合的规范性强， 一般是辅
音在前元音在后； ??汉语声调具有表意的重要作
用？？8??。鉴于声调语言（ 汉语） 与非声调语言（ 英语）
之间存在的诸多不同， 本研究着重研究汉语普通话
CI 使用者的言语测试成绩与CI 电极植入部位（ 即
电极覆盖耳蜗基膜范围） 之间的关系。
本研究首先评估CI 电极不同植入部位对言语
识别的影响。通过开启耳蜗顶部（ A4） 、中部（ M4）
或底部（ B4） 的4 个电极模拟耳蜗电极部分植入， 发
现受试者的的元音、辅音和声调识别测试的成绩均
大于机会分， 说明CI 电极分布于耳蜗基膜有限区
域时即可帮助CI 使用者进行言语识别。特别指出
的是： 当仅刺激耳蜗顶部的1~ 4 号电极时3 项测
试成绩仍可达到56％、72％、68％, 提示不应忽视
刺激耳蜗顶部区域对改善言语识别的贡献。
其次评估CI 电极不同覆盖范围对言语识别的
影响。前人在研究中发现CI 使用者的言语识别能
力依赖于电极输出频率与耳蜗基底膜特征频率之
间的匹配程度？？4-5?? : 匹配程度高有利于言语识别， 反
之则影响其言语识别能力， 如果不匹配的程度超过
临界带宽， 还将大大降低使用者的言语识别能力。
本研究中通过增加开启电极数目（ B4 ?? B8 ??Al l12）
模拟耳蜗电极植入部位加深、覆盖耳蜗基膜范围增
大， 发现受试者的元音、辅音和声调识别成绩随着
植入部位延伸呈现上升趋势， 与Faulkner 等
（ 2003） 的研究结果一致。这一变化趋势表明： 随着
耳蜗电极植入部位向蜗顶延伸， 接受刺激基膜范围
不断扩大， ?? 耳蜗电极输出频率与基膜特征频率的
一致性？？得以提高， 减少了因？？ 频率-部位？？映射失真
造成的言语识别成绩下降？？9?? , 因此显著提高了CI
使用者对汉语元音、辅音的识别能力， 并改善使用
者对汉语普通话声调的识别能力。
汉语作为一种典型的声调语言与无声调语言
间存在较大差异， 1952 年学者Fant 在伦敦举行的
临床耳鼻咽喉头颈外科杂志2011 年5 月第25 卷第10 期？？ 443 ??
通讯应用讨论会上明确指出？？ 汉语的语调模式有可
能比任何欧洲语言负载更多的信息？？。声调作为汉
语的重要语音学特性， 除具有别义功能之外， 还具
有构形功能、分界功能、抗干扰功能和修辞功能， 因
此CI 植入者的声调识别能力可直接影响其对言语
的分辨和理解。汉语声调的语音学特性主要存在
于频域， 语音信号的基频（ F0） 及其谐波是听力正
常人识别声调的主要声学线索（ 张家马录等， 1981） 。
但是言语的基频是经声带振动而产生的， 易被环境
噪声所掩盖且难以通过视觉信息（ 口型或唇读） 获
得， 从而影响CI 使用者的声调识别和声调发声能
力？？3??, 因此通过听觉获得声调信息对CI 使用者理
解汉语是非常重要的。本研究发现在7 种不同CI
电极植入部位的模拟测试条件下， 全体受试者均取
得了较好的声调识别测试成绩， 并且随着开启的通
道数增多、覆盖耳蜗基膜范围增大， 受试者的声调
识别成绩呈现改善趋势（ 最差成绩A4: 68％, 最好
成绩All12: 81％ ） , 但是这一趋势差异无统计学意
义（ 最大差异仅为13％ ） , 该结果与Zhou 等？？4??的研
究结果相一致。考虑该结果可能与以下原因有关：
首先， 声调的感知虽然主要依据基频的变化， 但是
基频并不是辨认声调的惟一信息。耳语时气流从
气声门擦出， 不振动声带、不产生基频变化， 但是听
力正常人仍然能感知声调， 说明尚存在其他信息能
够帮助人们感知声调。CI 使用者是否有效的利用
了这些额外信息， 从而使得声调识别成绩无显著性
差异。其次， Smith 等？？10??应用声嵌合技术研究了声
包络和精细结构对言语（ 英语） 和音乐识别的作用，
发现言语（ 英语） 识别主要由声信号中的包络信息
决定， 而音乐旋律的识别主要由精细结构决定。徐
立等？？11??研究发现汉语声调别的结果与Smith 等的
音乐旋律识别结果相似。然而目前使用的耳蜗编
码方案均是基于非声调语言（ 英语） 设计的， 着重于
对声包络信息的传递和表达， 是否由于现行的编码
方案忽略了对精细结构信息的表达， 从而导致耳蜗
使用者声调识别成绩差异不大。值得注意的是在
仅使用4 个电极通道的测试条件下受试者的声调
识别成绩均优于机会值（ A4: 68％, M4: 74％,
B4: 71％ ） , 说明耳蜗基膜各个区域对提高CI 使用
者识别声调具有帮助。
此外， 在固定通道数目的前提下， 本研究通过
比较通道集中于耳蜗基膜某区域（ 如A8、B8） 和分
布于耳蜗基膜全长（ E8） 时受试者的言语识别成
绩， 发现随着植入部位增加、电极分布分散化， 可改
善CI 使用者的言语识别成绩， 其可能原因是： 随着
植入部位增加， 耳蜗基膜接受刺激的范围变大， 相
邻电极间距随之变宽， 接受刺激的神经元受电极间
相互作用的影响变小， 从而降低电极间的相互影
响、减少了信号谱混淆现象， 最大限度保留原始信
号的频谱不受破坏， 因此有利于提高CI 使用者的
言语识别能力。
由于本研究为急性实验， 未考虑学习效应对
CI 使用者言语识别能力的影响。如果给予受试者
足够长的时间适应新的通道开启方案， 随着使用经
验的增加， 植入部位对言语识别能力、特别是普通
话声调识别能力的影响如何， 尚有待进一步的深入
研究。
随着CI 技术的不断发展和进步， CI 使用者从
中获得了越来越多的益处。植入部位对言语识别
能力影响的研究表明： 二者之间具有相关性。由于
耳蜗基膜各个部位对改善使用者言语识别能力均
有帮助， 因此扩大CI 电极植入范围、积极利用耳蜗
基膜各个区域有利于改善CI 使用者的言语识别能
力， 对提高CI 使用者言语交流和社会交往能力是
非常重要的。
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（ 收稿日期： 2010- 12- 22
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