مزایای شنوایی دوگوشی در درک و تمیز سیگنال های صوتی
مقدمه:
همیشه در بین متخصصان حوزه شنوایی شناسی تاکید بر این بوده است که تجویز سمعک و وسایل کمک شنوایی در افراد کم شنوا به صورت دو گوشی انجام شود. حال با بررسی مکانیسم های پایه درگیر در شنوایی دو گوشی در مقایسه با شنوایی تک گوشی، می توان اثرات مثبت فراوان آن، از قبیل جهت یابی بهتر با خطای کمتر(1)، شنوایی بهتر در حضور نویز زمینه و اعوجاج(2)، بهبود تمایز شنیداری و قابلیت درک (3, 4)، شنوایی بهتر برای صداهای ضعیف تر(5)، کیفیت بهتر صدا(6)، خستگی و تلاش کمتر حین شنیدن(7) و رضایت بیشتر از حس شنوایی(8) و حتی تقویت سرنخ های بینایی و حسی-پیکری را مشاهده نمود. با توجه به ساختار آناتومیک و فیزیولوژیک مسیر های شنوایی دو گوشی در مقایسه با مسیرهای شنوایی تک گوشی، مشاهده شده است که مسیرهای مهاری و تحریکی بیشتری در این مدارات فعال می باشند، که از سطح هسته زیتونی فوقانی تا قشر شنوایی ادامه دارند. این مدارات عصبی علاوه بر مسیر شنوایی، مسیرهای بیشتری از جمله مسیرهای عصبی بینایی و حسی-پیکری را فعال می کنند و در نهایت سرنخ های بینایی و حسی بیشتری را در مقایسه با مسیر تک گوشی در اختیار شنونده با شنوایی دو گوشی قرار دهند(9, 10).
مزایای شنوایی دو گوشی:
مطالعات بسیار زیادی در زمینه مکانیسم های پایه درگیر در شنوایی دو گوشی، مزایای شنوایی دوگوشی در برابر تک گوشی، مزیت تجویز سمعک دو گوشی و ... صورت گرفته است که در تمامی آنها به فاکتورهای خاصی تاکید داشته اند که در این مقاله مروری برخی از این مزایا به تفکیک شرح داده شده است.
بهبود مکان یابی:
صوت پس از تبدیل به سیگنال های عصبی، از طریق عصب هشت به هسته های حلزونی انتقال داده می شود. این هسته ها خود به دو قسمت شکمی (Ventral cochlear nucleus) و پشتی (Dorsal cochlear nucleus) تقسیم می شود، که نورون های قسمت پشتی اساسا از طریق رشته آکوستیکی پشتی (Dorsal acoustic stria) به کولیکولوس تحتانی می روند در حالی که نورون های شکمی از طریق رشته های آکوستیکی بینابینی و شکمی به ترتیب به هسته زیتونی فوقانی و هسته داخلی جسم ذوزنقه ای(MNTB) Medial Nucleus Trapezoid Body می‌روند که این مسیرها با مسیرهای رسیده از سمت مقابل جهت یابی را میسر می سازند(11). در هسته های داخلی(MSO) Medial Superior Olive و خارجی(LSO) Lateral Superior Olive زیتونی فوقانی بر اساس طیف فرکانسی سیگنال ورودی، جهت یابی با توجه به زمان و شدت صورت می گیرد. به این ترتیب که اگر سیگنال ورودی، فرکانس پایین باشد با توجه به اختلاف زمان در هسته داخلی و اگر فرکانس بالا باشد بر اساس اختلاف شدت، در هسته خارجی این جهت یابی صورت می گیرد(12).
افزایش قابلیت درک گفتار و تمایز در حضور نویز زمینه و اعوجاج:
مطالعات انجام شده در سطح هسته های حلزونی نشان داده اند که ارتباطات تحریکی و مهاری بین نورون های مختلف، از قبیل نورون های کروی،گلوبولار، اختاپوسی، ستاره ای و عمودی(Vertical Cell)، سبب ایجاد الگوهای تحریکی-مهاری می شود که در یک سری از این الگوها از قبیل الگوی 2 و 3 به علت حضور باندهای مهاری در اطراف کوک تحریکی هنگام حضور نویز زمینه این باندهای مهاری از پهن شدن منحنی کوک جلوگیری می کنند و در نهایت منجر به افزایش حساسیت شنیداری و حفظ قابلیت درک سیگنال در حضور نویز می شود(17). مکانسیم دیگری که به درک گفتار بسیار کمک می کند پدیده ای به نام رهایی از پوشش(Release From Masking) می باشد. در این پدیده اختلاف فاز سیگنال‌های رسیده از دو گوش منجر به بهبود قابلیت درک فرد می شود، به نوعی یک سیستم افزایش بهره در سطح ساقه مغز محسوب می شود که در مطالعات فراوانی اثر این رهایی از پوشش گزارش شده است و مشخص شده است که در هنگام حضور نویز کمک به سزایی به افزایش قابلیت درک گفتار می کند(20).
مطالعه انجام شده توسط Gelfand و همکارانش نشان داده است که در شرایط بازآوایی(reverberation) امتیاز افراد در آزمون تمایز گفتاری هنگام شنوایی دو گوشی به طور قابل توجهی نسبت به حالت تک گوشی افزایش می یابد که علت آن تمایز همان ارتباطات مهاری است که در حالت دو گوشی فعال می شوند و حساسیت فرکانسی مطلوب را در شرایط نویزی و بازآوایی حفظ می کنند(2).
در مطالعه‌ای که توسط Blackburn و Sachsبه منظور بررسی حفظ فرمنت با افزایش شدت صورت گرفت، مشخص شد که در مناطق هسته های حلزونی و حتی بالاتر به علت وجود ارتباطات مهاری نسبت به عصب 8 که تنها از سرنخ های تک گوشی بهره می برد، علیرغم افزایش شدت کنتراست فورمنت ها حفظ می شوند(23).
تمایز سیگنال در شنوایی دو گوشی نسبت به شنوایی تک گوشی در سطح شدت پایین تری صورت می گیرد. این ویژگی توانایی تمایز سیگنال را با وجود شدت پایین سیگنال ورودی در اختیار شنونده قرار می دهد(4).
همچنین در مطالعه ای که توسط Carhart در زمینه تمایز دوگوشی در مقایسه با تک گوشی در حضور سیگنال رقابتی صورت گرفت، مشخص شده است در هنگام حضور سیگنال رقابتی افراد با شنوایی دوگوشی نسبت به تک گوشی امتیاز قابل توجهی در تمایز کسب می کنند(26).
شنوایی بهتر برای صداهای ضعیف تر:
نشان داده شده است که هنگام ترکیب صدای رسیده از دو گوش برای اولین بار در سطح SOC و حتی مراکز بالاتر به علت پدیده ای به نام تجمع دوگوشی(Binaural Summation) حدود 6 الی 10 دسی بل به شدت صدا افزوده می شود. این پدیده نه تنها در افراد با شنوایی هنجار بلکه در افراد کم شنوا هم چنین اثری دیده شده است و میزان امتیاز درک گفتار در آنها برای سطوح شدتی ضعیف به طور برجسته ایی افزایش یافته بود(27) و میزان افزایش بلندی به شدت صدای ورودی بستگی دارد(5). در مطالعات زیادی اثرات این تجمع بر پاسخ هایی از قبیل (ABR)Auditory Brainstem Response (28, 29)، Middle Latency Response(MLR) و Late Latency(LLR) Response (30)، P300 (31, 32) و حتی پتانسیل های بالاتر از قبیل (MMN)Mismatch Negativity (33) بررسی شده است که در این مطالعات افزایش قابل توجه دامنه در این پتانسیل ها گزارش شده است که در شکل 1 نمونه ای از این موارد آورده شده است.
افزایش رضایت از حس شنوایی و آرامش بیشتر:
طبق موارد گفته شده در بالا اعم از افزایش قابلیت درک گفتار در حضور نویز و بازآوایی، افزایش قدرت تمایز، افزایش بلندی و حتی بهبود جهت یابی، مطالعات مختلفی احساس رضایت از شنوایی دو گوشی را به صورت سابجکتیو مورد بررسی قرار داده اند که نتایج حاصل از آنها نشان داده است که در افراد با شنوایی دو گوشی و حتی افراد کم شنوا که از دو سمعک استفاده می کنند حس رضایت از سیستم شنوایی به طور قابل توجهی نسبت به حالت تک گوشی بیشتر است(8). همچنین در بیماران ناشنوا که پروتوز کاشت حلزون دو طرفه را دریافت کرده بودند حس رضایت بیشتر و آرامش بیشتر حین گوش دادن در کلاس درس مشاهده شده بود(34).
شکل 1: افزایش دامنه در تحریک دو گوشی در ABR (شکل سمت راست) و MMN (شکل سمت چپ): با توجه به نمودارهای رسم شده کاملا واضح است که در حالت دو گوشی دامنه به شدت افزایش یافته است که این افزایش دامنه دلیلی بر افزایش بلندی در مناطقی است که در شنوایی دوگوشی تحریک شده اند، حال افزایش بلندی در این حالت به طور موثری به قابلیت درک و تمایز سیگنال آکوستیکی می تواند کمک کند(30, 33).
به دنبال شنوایی دو گوشی، پدیده ای به نام زنش دوگوشی(Binaural beat) ایجاد می شود. در این پدیده هنگامی که دو تون با دو فرکانس مختلف به دو گوش فرستاده می شود فرد شنونده تفاوت آن ها را درک می کند. برای مثال اگر تون 300 هرتز به یک گوش و تون 310 هرتز به گوش مقابل فرستاده شود فرد تون 10 هرتز را درک می کند. طبق مطالعات مقدماتی انجام گرفته در این زمینه، مشخص شده است که هرچه تفاوت فرکانس درک شده کمتر باشد در فرد حس آرامش بیشتری ایجاد می شود که علت آن فرکانس امواج مغزی (Electroencephalography) می باشد، چون هرچه امواج مغزی ثبت شده فرکانس پایین تری داشته باشند بیانگر این است که فرد فعالیت ذهنی کمتری دارد، برای مثال اگر در ثبت EEG، امواج دلتا که دارای فرکانس 1 تا 4 هرتز هستند، ثبت شوند بیانگر این است که فرد در خواب عمیق یا کما است و هرچه این فرکانس های ثبت شده افزایش یابند دال بر آگاهی و فعالیت شدید ذهنی فرد است که این فعالیت با مصرف انرژی بیشتر همراه می باشد. پس با توجه به موارد ذکر شده هرچه تفاوت فرکانس در زنش دو گوشی کمتر باشد چون سبب امواج EEG با فرکانس کمتر می شود فرد احساس آرامش و راحتی بیشتر می کند(35).
تقویت سرنخ های بینایی:
نشان داده شده است که در شنوایی دوگوشی تعداد سیناپس های مسیرهای شنوایی با سایر سیستم های حسی از قبیل سیستم بینایی و حسی پیکری در سطح پونز و تالاموس نسبت به شنوایی تک گوشی افزایش می یابد و این تعاملات سبب افزایش تبادل اطلاعات بین این مسیرهای عصبی می شود. در مطالعات الکتروفیزیولوژیک گزارش شده است نرخ تحریک هنگام تعامل این مسیرهای حسی در سطح هسته های شنوایی به شدت افزایش می یابد که در شکل 2 اثر این تعامل نشان داده شده است(10).
در چندین مطالعه اثر شنوایی دو گوشی بر تقویت سرنخ های بینایی مورد بررسی قرار گرفته است. نتایج حاصل از این مطالعات نشان داده است که این سرنخ ها نیز در هنگام حضور نویز زمینه سبب بهبود قابلیت درک سیگنال شنوایی می شوند(38).
شکل 2: افزایش قابل توجه نرخ تحریک هنگام تعامل مسیرهای عصبی بینایی و شنوایی: همانطور که در شکل دیده می شود هنگام تبادل مسیرهای عصبی شنوایی و بینایی به شدت نرخ تحریک عصبی افزایش می یابد که این افزایش نرخ تحریک منجر به ایجاد یک سیگنال عصبی می شود که بازنمایی آن در سطح قشر مغز علاوه بر افزایش حساسیت و دقت، منجر به ارتباط مناطق مختلف قشر مغز می شود. این تعامل بین قشری در بهبود درک و بازنمایی هرچه بهتر رخداد صورت گرفته، کمک می کند(10).
نتیجه گیری:
اضافه شدن گوش دوم در فرایند شنوایی، منجر به اضافه شدن مسیرهای شنوایی متعددی از سطح مجموعه زیتونی فوقانی تا قشر می گردد که با ایجاد این شبکه پیچیده، ارتباطات تحریکی و مهاری به شکل فزاینده ای گسترده می شود. این ارتباطات مهاری با ایجاد باندهای مهاری در اطراف کوک شنوایی، نوعی پوشش محافظتی ایجاد می کنند که کوک را از عوامل مداخله گر، از قبیل نویز، بازآوایی، اکو و حتی ضعف های احتمالی در مسیر مربوطه محافظت می کند. علاوه بر موارد ذکر شده، در شنوایی دو گوشی، به واسطه تجمع دو گوشی نوعی بهره مرکزی (6 الی 10 دسی بل) در راه های عصبی مرکزی ایجاد می شود که بلندی قابل ملاحظه ای را برای شنیدن فراهم می‌کند و منجر به افزایش قابلیت درک و تمایز در شرایط نویزی می گردد. حال به دلیل فعالیت واحد و مشارکت دو طرفه، علاوه بر حس رضایت از حس شنیداری، آرامش، امنیت و ثبات خاطر در شنونده ایجاد می شود که این حس در درک و پردازش متافیزیک سیگنال آکوستیکی در سطح قشر می تواند کمک کننده باشد. با توجه به مزایای ذکر شده می توان این استنباط را در وسایل کمک شنیداری همچون سمعک، پروتوز کاشت حلزون و سایر وسایل کمک شنیداری بکار برد. همیشه در بیماران با مشکل کم شنوایی توصیه می شود که تجویز سمعک، کاشت حلزون و سایر وسایل کمک شنوایی به صورت دوگوشی انجام شود تا فرد کم شنوا بتواند درک مناسب از صدا، جهت یابی، تمایز مطلوب سیگنال گفتاری در نویز و بازآوایی و حس رضایت از شنیداری را داشته باشد. همچنین به وسیله تقویت حاصله از گوش دوم بتوان ضعف موجود در سیستم شنوایی بخصوص در شرایط نویزی را تا حد ممکن جبران نماید و بدین ترتیب مشکلات عدیده روان شناختی این بیماران از قبیل حس تنهایی و منزوی شدن از جامعه و اطرافیان را که حاصل از درک نامطلوب از صدا است را تا حد ممکن کاهش داد. شایان ذکر است در هیچ مطالعه ایی عدم مزیت از وسایل کمک شنوایی به صورت دو گوشی ذکر نشده است.
گروه علمی و آموزشی صبا
Refrences
1.Perrott DR, Musicant A. Minimum auditory movement angle: Binaural localization of moving sound sources. Jour of the Acoustic. 1977;62:1463.
2.Gelfand S, Hochberg I. Binaural and monaural speech discrimination under reverberation. . Inter Jou of Audio. 1976;15(1):72-84.
3.Johnsson R, Odelius J, Nykänen A, editors. Self assessment of speech intelligibility listening to binaural recordings. Inter Noise; 2009.
4.Van Zyl F, Brasier V. Binaural Speech Discrimination. . Inter Jou of Audio. 1976;15(5):407-12.
5.Hawkins DB, Prosek RA, Walden BE, Montgomery AA. Binaural loudness summation in the hearing impaired. Jour of Speech and Hear. 1987;30(1):37.
6.Hawley ML, Litovsky RY, Culling JF. The benefit of binaural hearing in a cocktail party: Effect of location and type of interferer. Jour of the Acoustic. 2004;115:833.
7.Koenig W. Subjective effects in binaural hearing. Jour of the Acoustic. 1950;22(1):61-2.
8.Kochkin S, Kuk F. The binaural advantage: evidence from subjective benefit and customer satisfaction data. The Hearing Review. 1997;4(4):29-34.
9.Moore DR. Anatomy and physiology of binaural hearing. Inter Jou of Audio. 1991;30(3):125-34.
10.Meredith MA, Stein BE. Visual, auditory, and somatosensory convergence on cells in superior colliculus results in multisensory integration. Jour of neurophys. 1986;56(3):640-62.
11. Harrison J, Feldman M. Anatomical aspects of the cochlear nucleus and superior olivary complex. Contributions to sensory physiology. 1970;4:95.
12.Gerstein G, Butler R, Erulkar S. Excitation and inhibition in cochlear nucleus. I. Tone-burst stimulation. Jour of Neurophys. 1968;31(4):526-36.
13.Levitt H, Rabiner L. Binaural release from masking for speech and gain in intelligibility. jou acoustic. 1967;42:601.
Blackburn CC, Sachs MB. Classification of unit types in the anteroventral cochlear nucleus: PST histograms and regularity analysis. Jour of neurophy. 1989;62(6):1303-29..
14.Carhart R. Monaural and binaural discrimination against competing sentences. Jour of Acoustic. 1965;37:1205.
15.Chalak S, Kale A, Rawekar A, Khatib N, Deshpande V, Biswas D. A comparison of auditory brainstem response obtained using monaural and binaural stimulation in normal children and in children with hearing loss. 2013.
16.Wrege KS, Starr A. Binaural interaction in human auditory brainstem evoked potentials. Archof Neuro. 1981;38(9):572.
17.Howe SW, Decker TN. Monaural and binaural auditory brainstem responses in relation to the psychophysical loudness growth function. Jourof the Acoustic. 1984;76:787.
18.McPherson DL, Starr A. Binaural interaction in auditory evoked potentials: brainstem, middle-and long-latency components. Hear res. 1993;66(1):91-8.
19.Gilmore CS, Clementz BA, Berg P. Hemispheric differences in auditory oddball responses during monaural versus binaural stimulation. Inter Jourof Psycho 2009;73(3):326-33.
20.Downs CR, Hymel MR, Cranford JL. Effects of monaural versus binaural stimulation on P300 scalp topography in elderly listeners. Journ of AAA 2001;12(1):1.
21.Endrass T, Mohr B, Pulvermüller F. Enhanced mismatch negativity brain response after binaural word presentation. Euro Jour of Neuros. 2004;19(6):1653-60.
22.king N, Nahm EA, Liberatos P, Shi Q, Kim AH. A New Comprehensive Cochlear Implant Questionnaire for Measuring Quality of Life After Sequential Bilateral Cochlear Implantation. Oto & Neuroto. 2014;35(3):407-13.
23.Puzi NM, Jailani R, Norhazman H, Zaini NM, editors. Alpha and Beta brainwave characteristics to binaural beat treatment. Signal Processing and its Applications (CSPA); 2013: IEEE.
24.Sumby WH, Pollack I. Visual contribution to speech intelligibility in noise. The jour of the ACA. 1954;26:212.
