听觉生理课件

听觉生理学概论

李兴启

中国人民解放军耳鼻咽喉科研究所

提出一个问题往往比解决一个问题更重要，因为解决一个问题也许是一个数学上或实验上的技巧，而提出新的问题，新的可能性，从新的角度看旧的问题，却需要创造性的想象力，而且标志着科学的真正进步。－爱因斯坦纯音测听(言语测听)缺点：主观配合信息量最大(1)区别中、内耳病变(2)听力损失类型(3)听力损失程度(4)中枢病变(5)高频听力(>8kHz)(1)中耳病何类型(2)面瘫恢复预测(3)镫肌收缩疲劳蜗后(4)咽鼓管功能(5)响度重振(半客观)中耳手术中耳分析仪优点：客观定位缺点：(1)诊断中枢病，必须中耳完好(2)鼓膜穿孔无法鉴别其它病变(1)婴幼儿测听(2)伪聋鉴别(3)耳蜗性、蜗后(4)IHC还是OHC受损(5)响度重振(6)突聋预后(7)脑死亡程度ERA优点：客观缺点：(1)不能反应耳蜗各段的功能(2)测试环境要求高40Hz相关电位多频稳态反应短声滤过短声(filteredclick)短音(tonepip)logon声短纯音－中期反应颅顶慢反应OAE优点：客观、简便缺点：必须中耳完好；只能是或否；不知好坏程度；听阈≥40dB即引不出。婴幼儿听力筛选；直接了解OHC功能；预测老年性聋；与ABR结合诊断蜗后病变；诊断听觉过敏；以条件反射为基础较为真实的预估听力为小孩尽早佩戴助听器以游戏吸引配合小儿行为测听缺点：费时费力心理教师优点：(1)可获得频率特异性听力(2)可得真实听力感音神经性聋听力康复(助听器、电子耳蜗)电子耳蜗术后语言训练切除听神经瘤听觉的一般过程机械(声)→电→化学→电→N冲动→中枢信息→加工→识别传声：鼓膜→听骨链(锤、砧、镫骨)→卵圆窗膜→内耳中鼓室、中耳机、咽鼓管耳放大：空气声阻抗：42声Ω差3680倍

液体阻抗：15,400声Ω声→低声阻的空气（中耳）→高声阻的内耳，损失大约30dB中耳功能→补偿上述损失①集中能量：鼓膜面积64.3mm2

镫骨底板面积3.2mm220:1

鼓膜振动的有效面积为2/3 ∴64.3×2/3=42.9mm2↓ 42.9÷3.2≈13倍13:1单位面积压力增大～23dB ∵PL=20lg(13/1)≈23dB②橄杆放大作用～1.3倍(PL=20lg1.3≈2dB)(约2dB)①+②≈25dB（大约补偿25dB）∴中耳的功能基本补偿上述声波从空气→液体造成的损失(30dB)基底膜的机械运动

↓螺旋器相应运动↓方向和惯性等因素毛细胞与盖膜相对位置发生变化↓产生剪力HC纤毛弯曲改变了淋巴液与细胞内之回路中的电阻↓↓(140mV)↓+80mV-60mV

由于静纤毛和附近的基础小体因机械变形，而导致毛细胞顶面局部电阻发生变化，这种局部电阻变化随基底膜的振动不断调制毛细胞的电流，即形成CM“拍手树”神农架阳日征双建村，有一棵奇妙的“拍手树”，这棵树有3米多高，四季长青，看上去很平常，但只有人对着它唱歌，它的树叶就会像人鼓掌拍手一样作响，歌声越大，树叶的响声也越大，歌声越小，树叶的响声也越小。若寂静无声，树叶也一动不动。－可能植物也有声感受器频率分析机理行波论：不同的f的声音兴奋基底膜不同部位感受细胞－－兴奋部位是频率分析的依据排放论：不同f声音使听神经兴奋后发放不同的频率冲动－－神经冲动频率是声音频率分析依据行波论：（部位学说）解剖学依据：基底圈窄→接受高频声刺激顶圈宽→接受低频声刺激（如同琴的不同长短的弦）基底膜成了→初级的频率分析器频率分析的中枢机理：耳蜗f分析1kHz时→△f=30Hz而人的△f=3Hz

精确的f分析→中枢中枢过程突触｜二级听觉神经元→突触电位→加入ABR的Ⅱ波｜→动作电位突触↓↓听放射听觉↓皮层(ABR→各级神经元的突触后电位）内耳生理 IHC(3500) OHC(12000)单行 三行95%的传入神经纤维 <5%传入神经纤维与传出神经不直接连结 与传出神经纤维直接相联每细胞有纤毛50~70根←感受声→ 每个细胞有40~150根纤毛IHC损伤，传入纤维退化有重要作用 OHC损伤，传入纤维不退化耳蜗的非线性特性与主动机制行波论(Bekesy)－(基底膜响应与刺激强度呈线性关系)-----------------------------------------------------------①死动物上观察（被动流体力学理论）②10~20dB（SPL），基底膜调谐曲线特性较活体时差③CAP的（I/O）非线性表现说明耳蜗并非一个线性放大④精细频率选择（20－20kHz）强度动态范围（0－120dB）∴用任何一个线性系统无法模拟的------------------------------------------------------------非线性特点的发现（活体）①Rhode：基底膜位移出现饱和，声↑调制范围变宽，调制特性差②基底膜的两音抑制现象，伴畸变产物③Kemp发现耳声发射（OAE）a)存在主动释放能量过程b)双向换能和放大④Dallos发现SP的极性随声↑发生逆转⑤Kiang在耳蜗神经上记录到一系列的非线性反应⑥Cooper不但观察耳蜗的基底膜运动幅度的非线性和两音抑制且随动物死亡或耳蜗受损而消失∴非线性特性是耳蜗的正常生理状态其因：OHC的能动性→非线性主动机制毛细胞胞内记录及IHC、OHC特性之差异在体胞内记录技术（Dallos和Russel）↓IHC具有较高的敏感性OHC在低声强时有超极化DCOHC最大输出小于IHCIHC、OHC具有不同的锁相特征IHC超前OHC90°IHC响应于基底膜的运动速度OHC响应于基底膜的位移↓OHC与盖膜、基底膜共同 构成感受效应系统（驱动系统）↓调节IHC的频率选择性和敏感性而OHC本身不产生传向中枢的冲动↓低声强时，IHC反应需要OHC驱动从而修正了双元理论提及的OHC管阈值(响应低声强），IHC响应高强度刺激的说法本所实验证据：①OHC感受器电位（胞内记录）为非线性②胞外（中阶记录）的CM、SP为非线性③噪声暴露后，上述非线性特点减弱（OHC损伤）④CM的两音抑制现象噪声暴露后，两音抑制现象减弱⑤顺铂灌流后，CM、SP和CAP非线性特点减弱神经膜电位学说及离子通道 生物电起源 ↓Hodgkin离子学说 细胞内外离子浓度差 （H-H）方程式↓70年代膜上存在一种载体系统，需要特殊酶参与↓离子通道可能是一种受控的孔道↓1976年Neher直接记录出膜上的离子通道电流(pA)(10-12A)↓膜片钳技术对离子通道的开启、关闭、动力学选择性、通透性等提供直接手段↓细胞电活动↓受跨膜离子通道控制↓细胞膜上的特殊蛋白质大分子｜双分子脂蛋白膜－所有细胞膜都由脂类(磷脂)↓和蛋白质构成在脂双层膜上构成具有高度选择性的亲水孔道，允许适当大小和电荷的离子通道↓大多数情况下关闭，特殊刺激才打开↓称门控(gating)↓通道蛋白构象变化是门控制的基础↓通道的多样性，开关过程与产生电信号的神经系统反应相一致这些微弱电流由神经系统综合加工放大后，生物体相应做出反应（如含羞草的闭叶反应等）离子通道（Onicchannels）是神经、肌肉和其它组织细胞膜兴奋的基础，是生物电活动的基础听觉生理学研究现状及展望在美国国会通过二十世纪末为“脑的十年”国家资助重点课题中首次将听觉系统“渗出性中耳炎”、“电子耳蜗”及老年性聋等感音神经性聋防治，作为神经、精神学科提出，就后二者而言，无不涉及听觉机理的基础研究一、耳蜗生理自1967年以来，大量的活体动物实验结果表明，耳蜗机械特性远比Bekesy在尸体标上观察到的现象复杂得多。但直到Russell（1978）第一次用微电极细胞内记录哺乳动物毛细胞电活动工作完成以后，对毛细胞的电生理特性才开始有了真正的了解，由此对耳蜗声－电换能及声辨过程才有了新的认识。1.耳蜗内、外毛细胞之关系是耳蜗生理研究的热点之一a.外毛细胞主动机制的研究表明感音细胞具有双向放大作用，即不仅有机－电转换作用，还有将电活动转换成声波并通过外耳道传出，这就为耳蜗之所以对声音强度、频率辨别有如此大的动态范围提供了物质和理论基础。研究包括：耳声发射(OAE)特性及发生机理；毛细胞能动性以及提供能动性物质基础的外毛细胞肌动蛋白网、钙离子浓度及其它细胞器变化的研究。b.外毛细胞对内毛细胞调控、驱动作用的研究。胞内记录表明内、外毛细胞感受器电位具有很大差异，内毛细胞的感受器电位较之外毛细胞的更敏感，内毛细胞感受声音，而外毛细胞负责激活机械过程。尽管这一机理尚未完全阐明，但已经开始改变了过去认为外毛细胞管阈值，内毛细胞管高声强的传统观念。然而内、外毛细胞相互作用的关系到底如何？在病理、生理变化时的表现特点等，尚须进一步探索研究，以获得更多的证据，相信在探索听觉机理方面会有更多新的认识。2.毛细胞离子通道的研究随着膜片钳位技术的发展，从80年代开始，机体上许多器官的细胞都成功地进行了各种离子通道的研究，并在临床实践得到了广泛应用，由于听觉毛细胞培养困难，至今从事耳蜗毛细胞离子通道研究的学者不多，但就少数几家的工作也可说明，从分子水平对毛细胞的换能机制有了更深的认识，对耳毒性药物中毒机理有了进一步的了解，然而这方面的工作有待进一步加强，具有深入研究的前景。二、听觉中枢生理1.橄榄耳蜗束传出神经调控作用机理的研究。2.螺旋神经节、耳蜗核、下丘等中枢核团神经递质在听觉过程中频率、时域编码机理的研究及在病理模型下的变化规律。3.听党中枢皮层，对调制波语识别的研究。4.听觉中枢可塑性的研究a.耳蜗损伤后，下丘急性和慢性变化的观察；b.耳蜗神经损伤后，听觉中枢功能的重组；c.去除耳蜗或耳蜗功能消失后，脑干解剖、生物化学及生理学的变化；d.耳蜗损伤后，耳蜗核组织学变化；e.神经可塑性和耳蜗植入；f.听觉可塑性的临床表现。三、耳蜗毛细胞再生研究进展1.两栖类、鸟类及哺乳类毛细胞再生的比较。2.毛细胞再生的细胞机理的直观分析。3.声损伤后，盖膜和毛细胞的再生。4.毛细胞再生的微观机理。5.毛细胞再生与生理、心理物理学之关系。6.毛细胞再生后听觉系统的心理物理测试。7.哺乳类生长因素和毛细胞再生。四、听觉系统的耐受性(tonghening)研究1.听觉生物学系统的应力和重组。2.低噪声暴露后、生理和解剖学变化。3.对噪声性听力损失抵抗活性的发展。4.耳蜗保护机理的神经机理和结构组织的相互关系。5.“耐受性”和脉冲噪声。6.药物引起的对耳毒性抵抗力的增加。7.“耐受性”现象的生物学机理。综上所述，耳蜗细胞水平和分子水平的研究定会对听觉机理有新的认识，对电子耳蜗的发展（包括换能器、言语的前处理等），必将提供重要的信息，耳蜗感受声音的机理及中枢核团的调控、编码机理的研究，定会在智能机对言语的识别、加工、整理和自动控制方面提供生理学的理论依据。选择性破坏OHC后耳蜗电位（CM、SP及CAP）异常增大及形态学观察前言1.IHC与OHC相互关系研究越来深入IHC的灵敏度→决定于OHC的完整(1)OHC的AF(主动反馈)→IHC的灵敏度微机械作用(2)SOC（橄榄复合体）MOCS(内侧橄榄耳蜗束）LOCS(外侧橄榄耳蜗束)→OHC（1:10)↓ACh(乙酰胆碱)+M或N型受体↓OHCGABA(r-氨基丁酸)+GABA受体↑→IHC(1:6)2.DallosP.－选择性破坏OHC（卡那霉素）CAP调谐曲线3.SalviR.－TTS期间：传入神经纤维反应模式同时观察CM、SP及CAP的研究工作较少方法1.外淋巴液灌流（底圈鼓阶进，前庭阶出）2.中阶记录CM、SP、CAP(第三回，血管纹处入口，玻璃微电极）3.Click-CAP（100-3000Hz）toneburst→CM(1-10kHz)toneburst→SP(0-100Hz)4.形态学标本制备(1)琥珀酸脱氢酶（SDH）染色→耳蜗铺片光镜观察(2)透射电镜观察结果1.外淋巴液灌流顺铂可选择性破坏OHC(1)人工外淋巴液灌IHC、OHC正常(2)顺铂灌流2小时后OHC的SDH染色变浅IHC正常透射电镜：OHC的染色质消失线粒体变性，数量减少，IHC正常2.CM、SP和CAP的异常增大(1)灌流顺铂1小时刺激声≤60dB，较灌流前略降低≥70dB，较灌流前略明显升高(90dB－CM平均增大3mV)(120dB－SP平均增大1.5mV)(90dB－CAP平均增大0.3mV)CAP阈移10dB(2)灌流顺铂2小时在所有的刺激声强度下CM、SP、CAP均较灌流前下降CAP阈移40dB讨论1.耳蜗活动的“易化现象”(1)中枢活动（PR）在强噪声暴露后出现异常增大－－梁之安但，耳蜗电位、内膝体及小脑诱发电位均不增大(2)正常动物麻醉后→自发活动减弱→同步化