Отоакустическая эмиссия

Отоакустическая эмиссия ( ОАЭ ) – это звук , который генерируется во внутреннем ухе . Его существование было предсказано австрийским астрофизиком Томасом Голдом в 1948 году, а его существование было впервые экспериментально продемонстрировано британским физиком Дэвидом Кемпом в 1978 году. ^[1] С тех пор было показано, что отоакустическая эмиссия возникает по ряду различных клеточных и механических причин во внутреннем ухе. ^[2]^[3] Исследования показали, что ОАЭ исчезают после повреждения внутреннего уха, поэтому ОАЭ часто используются в лабораториях и клиниках как показатель здоровья внутреннего уха.

Вообще говоря, существует два типа отоакустической эмиссии: спонтанная отоакустическая эмиссия (СОАЭ), возникающая без внешней стимуляции, и вызванная отоакустическая эмиссия (ЭОАЭ), требующая вызывающего стимула .

Механизм возникновения

Считается, что ОАЭ связаны с функцией усиления улитки . При отсутствии внешней стимуляции активность улиткового усилителя возрастает, что приводит к воспроизведению звука. Некоторые данные свидетельствуют о том, что у млекопитающих внешние волосковые клетки являются элементами, которые повышают чувствительность улитки и частотную избирательность и, следовательно, действуют как источники энергии для усиления.

Типы

Спонтанный

Спонтанная отоакустическая эмиссия (СОАЭ) — это звуки, которые исходят из уха без внешней стимуляции и поддаются измерению с помощью чувствительных микрофонов, установленных в наружном слуховом проходе. По крайней мере, одно СОАЭ можно обнаружить примерно у 35–50% населения. Звуки стабильны по частоте в диапазоне от 500 Гц до 4500 Гц и имеют нестабильную громкость в диапазоне от -30 дБ SPL до +10 дБ SPL. Большинство людей с СОАЭ не подозревают о них, однако 1–9% воспринимают СОАЭ как раздражающий шум в ушах . ^[4] Было высказано предположение, что феномен « гула » является SOAE.

Вызванный

Вызванная отоакустическая эмиссия в настоящее время вызывается с использованием трех различных методик.

ОАЭ на частоте стимула (SFOAE) измеряются во время применения чистотонового стимула и обнаруживаются по векторной разнице между формой волны стимула и записанной формой волны (которая состоит из суммы стимула и ОАЭ).
Преходящие ОАЭА (TEOAE или TrOAE) вызываются с помощью щелчка (широкий частотный диапазон) или тонового импульса (кратковременный чистый тон). Вызванный отклик на щелчок охватывает диапазон частот примерно до 4 кГц, тогда как звуковой сигнал вызывает ответ из области, имеющей ту же частоту, что и чистый тон.
ОАЭ, вызываемые искажениями (DPOAE), вызываются с помощью пары первичных тонов. $f_{1}$ и $f_{2}$ с определенной интенсивностью (обычно либо 65–55 дБ SPL, либо 65 для обоих) и соотношением ( $f_{1}{\mbox{ }}:{\mbox{ }}f_{2}$ ).

Вызванные ответы на эти стимулы возникают на частотах ( $f_{dp}$ ) математически связано с основными частотами, причем две наиболее заметные из них — $f_{dp}=2f_{1}-f_{2}$ (тон «кубического» искажения, чаще всего используемый для проверки слуха), поскольку они производят наиболее сильное излучение и $f_{dp}=f_{2}-f_{1}$ («квадратичный» тон искажения или простой разностный тон ). ^[5]^[6]

Клиническое значение

Отоакустическая эмиссия важна с клинической точки зрения, поскольку она лежит в основе простого неинвазивного теста на кохлеарную тугоухость у новорожденных, а также у детей и взрослых, которые не могут или не хотят сотрудничать во время обычных проверок слуха. Кроме того, ОАЭ очень надежны, что делает их пригодными для диагностики и скрининга. ^[7] Во многих западных странах сейчас действуют национальные программы всеобщего скрининга слуха новорожденных. Проверка слуха новорожденных в США обязательна перед выпиской из больницы. В программах периодических проверок слуха детей раннего возраста также используется технология ОАЭ. Инициатива по работе со слухом в раннем детстве в Национальном центре оценки и управления слухом (NCHAM) при Университете штата Юта помогла сотням программ Early Head Start по всей территории США внедрить практику скрининга ОАЭ и последующего наблюдения в этих образовательных учреждениях дошкольного возраста. ^[8]^[9]^[10] Первичным инструментом скрининга является тест на наличие ОАЭ, вызванных щелчком мыши. Отоакустическая эмиссия также помогает в дифференциальной диагностике улитковой тугоухости и потери слуха более высокого уровня (например, слуховой нейропатии ).

связи между отоакустической эмиссией и шумом в ушах Были изучены . Некоторые исследования показывают, что примерно у 6–12% нормально слышащих людей с шумом в ушах и СОАЭ по крайней мере частично ответственны за шум в ушах. ^[11] Исследования показали, что у некоторых пациентов с шумом в ушах наблюдаются колеблющиеся или звонкие ЭОАЭ, и в этих случаях предполагается, что колеблющиеся ЭОАЭ и шум в ушах связаны с общей основной патологией, а не выбросами, являющимися источником шума в ушах. ^[11]

В сочетании с аудиометрическим тестированием можно провести тестирование ОАЭ для определения изменений в ответах. Исследования показали, что воздействие шума может вызвать снижение реакции ОАЭ. ОАЭ являются показателем активности наружных волосковых клеток улитки, а потеря слуха, вызванная шумом, возникает в результате повреждения наружных волосковых клеток улитки. ^[12]^[13] Таким образом, повреждение или потеря некоторых внешних волосковых клеток, скорее всего, будет проявляться на ОАЭ раньше, чем на аудиограмме. ^[12] Исследования показали, что у некоторых людей с нормальным слухом, подвергшихся воздействию чрезмерного уровня звука, ОАЭ могут наблюдаться в меньшем количестве, уменьшаться или вообще отсутствовать. ^[12] Это может быть признаком потери слуха, вызванной шумом, еще до того, как она будет видна на аудиограмме.В одном исследовании группу субъектов, подвергшихся воздействию шума, сравнивали с группой субъектов с нормальными аудиограммами и историей воздействия шума, а также с группой военнослужащих, не подвергавшихся воздействию шума в анамнезе и с нормальной аудиограммой. ^[14] Они обнаружили, что увеличение тяжести потери слуха, вызванной шумом, приводило к ОАЭ с меньшим диапазоном излучений и уменьшенной амплитудой излучений. Было обнаружено, что потеря излучений из-за воздействия шума происходит в основном на более высоких частотах, и она была более заметной в группах, подвергавшихся воздействию шума, по сравнению с группой, не подвергавшейся воздействию шума. Было обнаружено, что ОАЭ были более чувствительны к выявлению вызванного шумом повреждения улитки, чем чисто тональная аудиометрия. ^[14] В заключение, исследование определило ОАЭ как метод, помогающий выявить раннее начало потери слуха, вызванной шумом.

Было обнаружено, что отоакустическая эмиссия, вызывающая искажения (DPOAE), предоставляет больше информации для выявления потери слуха на высоких частотах по сравнению с кратковременно вызванной отоакустической эмиссией (TEOAE). ^[15] Это указывает на то, что DPOAE может помочь обнаружить раннее начало потери слуха, вызванной шумом. Исследование, измеряющее аудиометрические пороги и DPOAE среди военнослужащих, показало снижение DPOAE после воздействия шума, но не выявило изменения аудиометрического порога. Это помогает с помощью ОАЭ прогнозировать ранние признаки ущерба от шума. ^[16]

Биометрическая важность

В 2009 году Стивен Биби из Университета Саутгемптона возглавил исследование по использованию отоакустической эмиссии для биометрической идентификации. Устройства, оснащенные микрофоном, могут обнаруживать эти инфразвуковые излучения и потенциально идентифицировать человека, обеспечивая тем самым доступ к устройству без необходимости использования традиционного пароля. ^[17] Однако предполагается, что простуда, прием лекарств, стрижка волос в ушах или запись и воспроизведение сигнала на микрофон могут нарушить процесс идентификации. ^[18]

Измерение отоакустической эмиссии в наушниках

Высококачественные персонализированные наушники (например, Nuraphone) разрабатываются для измерения ОАЭ и определения чувствительности слушателя к различным акустическим частотам. Затем это используется для персонализации аудиосигнала для каждого слушателя. ^[19]

В 2022 году исследователи из Вашингтонского университета создали недорогой прототип, который может надежно обнаруживать отоакустическую эмиссию с помощью обычных наушников и микрофонов, подключенных к смартфону. ^[20] Недорогой прототип посылает два частотных тона через каждый наушник наушников, обнаруживает ОАЭ-продукты искажений, генерируемые улиткой, и записывает их через микрофон. Такие недорогие технологии могут способствовать более активным усилиям по обеспечению всеобщего скрининга слуха новорожденных во всем мире. ^[21]

См. также

Слуховой ответ ствола мозга
Энтоптическое явление
Марианна Амахер , композитор, использовавшая это явление в своей музыке.
Чистотональная аудиометрия
Гул

Ссылки

^ Кемп, DT (1 января 1978 г.). «Стимулированная акустическая эмиссия изнутри слуховой системы человека». Журнал Акустического общества Америки . 64 (5): 1386–1391. Бибкод : 1978ASAJ...64.1386K . дои : 10.1121/1.382104 . ПМИД 744838 .
^ Куджава, СГ; Фэллон, М; Скеллетт, РА; Боббин, Р.П. (август 1996 г.). «Изменяющиеся во времени изменения ответа DPOAE f2-f1 на непрерывную первичную стимуляцию. II. Влияние местных кальций-зависимых механизмов». Исследование слуха . 97 (1–2): 153–64. дои : 10.1016/s0378-5955(96)80016-5 . ПМИД 8844195 . S2CID 4765615 .
^ Чанг, Кей В.; Нортон, Сьюзен (1 сентября 1997 г.). «Эфферентно-опосредованные изменения в продукте квадратичного искажения (f2-f1)». Журнал Акустического общества Америки . 102 (3): 1719. Бибкод : 1997ASAJ..102.1719C . дои : 10.1121/1.420082 .
^ Пеннер М.Дж. (1990). «Оценка распространенности шума в ушах, вызванного спонтанной отоакустической эмиссией» . Арка Отоларингол Хирургия головы и шеи . 116 (4): 418–423. дои : 10.1001/archotol.1990.01870040040010 . ПМИД 2317322 .
^ Куджава, СГ; Фэллон, М; Боббин, Р.П. (май 1995 г.). «Изменяющиеся во времени изменения в реакции f2-f1 DPOAE на непрерывную первичную стимуляцию. I: Характеристика ответа и вклад оливокохлеарных эфферентов». Исследование слуха . 85 (1–2): 142–54. дои : 10.1016/0378-5955(95)00041-2 . ПМИД 7559170 . S2CID 4772169 .
^ Биан, Л; Чен, С. (декабрь 2008 г.). «Сравнение оптимальных условий сигнала для регистрации кубических и квадратичных искажений продукта отоакустической эмиссии» . Журнал Акустического общества Америки . 124 (6): 3739–50. Бибкод : 2008ASAJ..124.3739B . дои : 10.1121/1.3001706 . ПМЦ 2676628 . ПМИД 19206801 .
^ Калайя М., Ласрадо А., Пинто Н., Шастри У. (2018). «Краткосрочная тест-ретестовая надежность контралатерального ингибирования продуктов искажения отоакустической эмиссии» . Журнал аудиологии и отологии . 22 (4): 189–196. дои : 10.7874/jao.2018.00038 . ПМЦ 6233937 . ПМИД 30126264 . S2CID 52048509 .
^ Эйзерман В. и Шислер Л. (2010). Выявление потери слуха у маленьких детей: технологии заменяют звонок. Журнал «От нуля до трех», 30, № 5, 24–28.
^ Эйзерман В.; Хартель Д.; Шислер Л.; Бурманн Дж.; Белый К.; Фауст Т. (2008). «Использование отоакустической эмиссии для выявления потери слуха в учреждениях ухода за детьми раннего возраста». Международный журнал детской оториноларингологии . 72 (4): 475–482. дои : 10.1016/j.ijporl.2007.12.006 . ПМИД 18276019 .
^ Эйзерман В., Шислер Л. и Фауст Т. (2008). Проверка слуха в учреждениях по уходу за детьми раннего возраста. Лидер АША. 4 ноября 2008 г.
^ Перейти обратно: ^а ^б Нортон, С.Дж.; и др. (1990), «Тиннитус и отоакустическая эмиссия: есть ли связь?», Ear Hear , 11 (2): 159–166, doi : 10.1097/00003446-199004000-00011 , PMID 2340968 , S2CID 45416116 .
^ Перейти обратно: ^а ^б ^с Робинетт, Мартин; Глаттке, Теодор (2007). Отоакустическая эмиссия: клиническое применение . Thieme Medical Publishers Inc. Нью-Йорк: ISBN 978-1-58890-411-9 .
^ Холл, III, Джеймс (2000). Справочник по отоакустической эмиссии . Нью-Йорк: Thomson Delmar Learning. ISBN 1-56593-873-9 .
^ Перейти обратно: ^а ^б Хендерсон, Дон; Прашер, Дипак; Копке, Ричард; Сальви, Ричард; Хамерник, Роджер (2001). Потеря слуха, вызванная шумом: основные механизмы, профилактика и контроль . Лондон: Публикации Сети исследований шума. ISBN 1-901747-01-8 .
^ Кемп, Д.Т. (1 октября 2002 г.). «Отоакустическая эмиссия, ее происхождение в функции улитки и использование» . Британский медицинский бюллетень . 63 (1): 223–241. дои : 10.1093/bmb/63.1.223 . ISSN 0007-1420 . ПМИД 12324396 .
^ Маршалл, Линн; Миллер, Джуди А. Лэпсли; Хеллер, Лори М.; Вольгемут, Кейт С.; Хьюз, Линда М.; Смит, Шелли Д.; Копке, Ричард Д. (1 февраля 2009 г.). «Обнаружение начального повреждения внутреннего уха от импульсного шума с помощью отоакустической эмиссии». Журнал Акустического общества Америки . 125 (2): 995–1013. Бибкод : 2009ASAJ..125..995M . дои : 10.1121/1.3050304 . ISSN 0001-4966 . ПМИД 19206875 .
↑ Telegraph.co.uk, 25 апреля 2009 г., « Шум в ушах можно использовать в качестве идентификации ».
^ IEEE Spectrum Online, 29 апреля 2009 г., « Шум в ушах как компьютерный пароль , заархивировано 3 мая 2009 г. на Wayback Machine »
^ ХХТМ (24 октября 2017 г.). «Наушники Nura: использование ОАЭ для настройки качества прослушивания» . Слух имеет значение для здоровья и технологий . Проверено 31 октября 2022 г.
^ Чан, Джастин; Али, Нада; Наджафи, Али; Михан, Анна; Манкл, Лиза Р.; Галлахер, Эмили; Блай, Рэндалл; Голлакота, Шьямнатх (31 октября 2022 г.). «Имеющийся в продаже отоакустический эмиссионный зонд для проверки слуха через смартфон» . Природная биомедицинская инженерия . 6 (11): 1203–1213. дои : 10.1038/s41551-022-00947-6 . ISSN 2157-846X . ПМЦ 9717525 . ПМИД 36316369 . S2CID 253246239 .
^ Гудман, Шон С. (31 октября 2022 г.). «Доступная проверка слуха» . Природная биомедицинская инженерия . 6 (11): 1199–1200. дои : 10.1038/s41551-022-00959-2 . ISSN 2157-846X . ПМИД 36316370 . S2CID 253246312 .

Дальнейшее чтение

М. С. Робинетт и Т. Дж. Глаттке (ред., 2007 г.). Отоакустическая эмиссия: клиническое применение , третье издание (Thieme).
Г. А. Мэнли, Р. Р. Фэй и А. Н. Поппер (ред., 2008 г.). Активные процессы и отоакустическая эмиссия (Справочник Спрингера по слуховым исследованиям, том 30).
С. Дхар и Дж. У. Холл, III (2011). Отоакустическая эмиссия: принципы, процедуры и протоколы (множественные публикации).

[1] Кемп, DT (1 января 1978 г.). «Стимулированная акустическая эмиссия изнутри слуховой системы человека». Журнал Акустического общества Америки . 64 (5): 1386–1391. Бибкод : 1978ASAJ...64.1386K . дои : 10.1121/1.382104 . ПМИД 744838 .

[2] Куджава, СГ; Фэллон, М; Скеллетт, РА; Боббин, Р.П. (август 1996 г.). «Изменяющиеся во времени изменения ответа DPOAE f2-f1 на непрерывную первичную стимуляцию. II. Влияние местных кальций-зависимых механизмов». Исследование слуха . 97 (1–2): 153–64. дои : 10.1016/s0378-5955(96)80016-5 . ПМИД 8844195 . S2CID 4765615 .

[3] Чанг, Кей В.; Нортон, Сьюзен (1 сентября 1997 г.). «Эфферентно-опосредованные изменения в продукте квадратичного искажения (f2-f1)». Журнал Акустического общества Америки . 102 (3): 1719. Бибкод : 1997ASAJ..102.1719C . дои : 10.1121/1.420082 .

[4] Пеннер М.Дж. (1990). «Оценка распространенности шума в ушах, вызванного спонтанной отоакустической эмиссией» . Арка Отоларингол Хирургия головы и шеи . 116 (4): 418–423. дои : 10.1001/archotol.1990.01870040040010 . ПМИД 2317322 .

[5] Куджава, СГ; Фэллон, М; Боббин, Р.П. (май 1995 г.). «Изменяющиеся во времени изменения в реакции f2-f1 DPOAE на непрерывную первичную стимуляцию. I: Характеристика ответа и вклад оливокохлеарных эфферентов». Исследование слуха . 85 (1–2): 142–54. дои : 10.1016/0378-5955(95)00041-2 . ПМИД 7559170 . S2CID 4772169 .

[6] Биан, Л; Чен, С. (декабрь 2008 г.). «Сравнение оптимальных условий сигнала для регистрации кубических и квадратичных искажений продукта отоакустической эмиссии» . Журнал Акустического общества Америки . 124 (6): 3739–50. Бибкод : 2008ASAJ..124.3739B . дои : 10.1121/1.3001706 . ПМЦ 2676628 . ПМИД 19206801 .

[7] Калайя М., Ласрадо А., Пинто Н., Шастри У. (2018). «Краткосрочная тест-ретестовая надежность контралатерального ингибирования продуктов искажения отоакустической эмиссии» . Журнал аудиологии и отологии . 22 (4): 189–196. дои : 10.7874/jao.2018.00038 . ПМЦ 6233937 . ПМИД 30126264 . S2CID 52048509 .

[8] Эйзерман В. и Шислер Л. (2010). Выявление потери слуха у маленьких детей: технологии заменяют звонок. Журнал «От нуля до трех», 30, № 5, 24–28.

[9] Эйзерман В.; Хартель Д.; Шислер Л.; Бурманн Дж.; Белый К.; Фауст Т. (2008). «Использование отоакустической эмиссии для выявления потери слуха в учреждениях ухода за детьми раннего возраста». Международный журнал детской оториноларингологии . 72 (4): 475–482. дои : 10.1016/j.ijporl.2007.12.006 . ПМИД 18276019 .

[10] Эйзерман В., Шислер Л. и Фауст Т. (2008). Проверка слуха в учреждениях по уходу за детьми раннего возраста. Лидер АША. 4 ноября 2008 г.

[pmid_2340968-11] Перейти обратно: ^а ^б Нортон, С.Дж.; и др. (1990), «Тиннитус и отоакустическая эмиссия: есть ли связь?», Ear Hear , 11 (2): 159–166, doi : 10.1097/00003446-199004000-00011 , PMID 2340968 , S2CID 45416116 .

[Otoacoustic_Emissions-12] Перейти обратно: ^а ^б ^с Робинетт, Мартин; Глаттке, Теодор (2007). Отоакустическая эмиссия: клиническое применение . Thieme Medical Publishers Inc. Нью-Йорк: ISBN 978-1-58890-411-9 .

[13] Холл, III, Джеймс (2000). Справочник по отоакустической эмиссии . Нью-Йорк: Thomson Delmar Learning. ISBN 1-56593-873-9 .

[ReferenceA-14] Перейти обратно: ^а ^б Хендерсон, Дон; Прашер, Дипак; Копке, Ричард; Сальви, Ричард; Хамерник, Роджер (2001). Потеря слуха, вызванная шумом: основные механизмы, профилактика и контроль . Лондон: Публикации Сети исследований шума. ISBN 1-901747-01-8 .

[15] Кемп, Д.Т. (1 октября 2002 г.). «Отоакустическая эмиссия, ее происхождение в функции улитки и использование» . Британский медицинский бюллетень . 63 (1): 223–241. дои : 10.1093/bmb/63.1.223 . ISSN 0007-1420 . ПМИД 12324396 .

[16] Маршалл, Линн; Миллер, Джуди А. Лэпсли; Хеллер, Лори М.; Вольгемут, Кейт С.; Хьюз, Линда М.; Смит, Шелли Д.; Копке, Ричард Д. (1 февраля 2009 г.). «Обнаружение начального повреждения внутреннего уха от импульсного шума с помощью отоакустической эмиссии». Журнал Акустического общества Америки . 125 (2): 995–1013. Бибкод : 2009ASAJ..125..995M . дои : 10.1121/1.3050304 . ISSN 0001-4966 . ПМИД 19206875 .

[17] Telegraph.co.uk, 25 апреля 2009 г., « Шум в ушах можно использовать в качестве идентификации ».

[18] IEEE Spectrum Online, 29 апреля 2009 г., « Шум в ушах как компьютерный пароль , заархивировано 3 мая 2009 г. на Wayback Machine »

[19] ХХТМ (24 октября 2017 г.). «Наушники Nura: использование ОАЭ для настройки качества прослушивания» . Слух имеет значение для здоровья и технологий . Проверено 31 октября 2022 г.

[20] Чан, Джастин; Али, Нада; Наджафи, Али; Михан, Анна; Манкл, Лиза Р.; Галлахер, Эмили; Блай, Рэндалл; Голлакота, Шьямнатх (31 октября 2022 г.). «Имеющийся в продаже отоакустический эмиссионный зонд для проверки слуха через смартфон» . Природная биомедицинская инженерия . 6 (11): 1203–1213. дои : 10.1038/s41551-022-00947-6 . ISSN 2157-846X . ПМЦ 9717525 . ПМИД 36316369 . S2CID 253246239 .

[21] Гудман, Шон С. (31 октября 2022 г.). «Доступная проверка слуха» . Природная биомедицинская инженерия . 6 (11): 1199–1200. дои : 10.1038/s41551-022-00959-2 . ISSN 2157-846X . ПМИД 36316370 . S2CID 253246312 .

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]

[9]

[10]

[11]

[12]

[13]

[14]

[15]

[16]

[17]

[18]

[19]

[20]

[21]