眼動(dòng)儀用于兒童聽力檢測(cè)研究進(jìn)展

季金鑫 楊小虎

目前用于新生兒及兒童聽力檢測(cè)的方法有很多,電生理檢測(cè)如聲導(dǎo)抗、耳聲發(fā)射、聽性腦干反應(yīng)等不能全面反映聽覺系統(tǒng)的功能狀況;行為觀察測(cè)聽法包括新生兒搖籃床[1]、淺睡眠狀態(tài)下的行為觀察測(cè)聽[2]、視覺強(qiáng)化測(cè)聽法、游戲測(cè)聽[3]等易受操作人員水平的影響。總體而言,當(dāng)前針對(duì)兒童聽力檢測(cè)方法普遍存在一些問題:一是無法滿足雙盲檢測(cè)的需求,測(cè)聽結(jié)果判斷容易受到檢測(cè)人員操作水平及主觀判斷的影響[4];二是當(dāng)前聽力檢測(cè)不夠精準(zhǔn),部分測(cè)試方法結(jié)果存在一定的誤差[5];三是偽聾人群檢測(cè)步驟復(fù)雜,需要結(jié)合多種主客觀聽力檢測(cè)。

針對(duì)這些問題,近年來,研究者不斷嘗試將新技術(shù)用于兒童聽力檢測(cè)。隨著眼動(dòng)技術(shù)的不斷發(fā)展,眼動(dòng)儀價(jià)格成本大幅降低,便攜性和舒適度也逐漸提高,主要針對(duì)特殊人群的眼動(dòng)設(shè)備也不斷問世[6],眼動(dòng)儀設(shè)備有助于解決聽力測(cè)試中的上述問題。相關(guān)研究嘗試將眼動(dòng)儀用于兒童聽力檢測(cè),主要利用眼動(dòng)軌跡和瞳孔直徑兩個(gè)指標(biāo)。本文對(duì)眼動(dòng)儀用于兒童聽力檢測(cè)的研究進(jìn)行綜述,以加深對(duì)此方面的了解。

1 眼動(dòng)軌跡追蹤測(cè)聽法用于兒童早期聽力檢測(cè)

1.1眼動(dòng)軌跡追蹤用于聽力檢測(cè)的原理 眼動(dòng)軌跡追蹤測(cè)聽法的基本原理與視覺強(qiáng)化測(cè)聽法的基本原理一致,都是利用兒童能夠根據(jù)聲音的有無建立條件反射看向不同位置的特性進(jìn)行聽力檢測(cè)[7];不同點(diǎn)在于視覺強(qiáng)化測(cè)聽法以兒童轉(zhuǎn)頭作為視線轉(zhuǎn)變的指標(biāo),而眼動(dòng)軌跡追蹤法以兒童眼動(dòng)軌跡變化作為視線轉(zhuǎn)變的指標(biāo)。眼動(dòng)軌跡指隨著人類觀察的區(qū)域不同瞳孔持續(xù)運(yùn)動(dòng)的軌跡過程。眼動(dòng)軌跡追蹤需要通過儀器定位瞳孔位置,經(jīng)過圖像處理算法,計(jì)算出眼睛注視點(diǎn)的移動(dòng)過程[8]。目前眼動(dòng)技術(shù)不僅可以測(cè)量成人眼動(dòng)軌跡,也可以成功記錄嬰兒在游戲或測(cè)試中的眼動(dòng)軌跡變化[9]。

1.2眼動(dòng)軌跡追蹤測(cè)聽法的基本步驟及相關(guān)實(shí)驗(yàn) 該方法基本的測(cè)試步驟為兒童在非接觸式屏幕眼動(dòng)儀前(圖1),在有聲刺激時(shí),屏幕前先出現(xiàn)注視點(diǎn),再出現(xiàn)趣味的動(dòng)畫圖像,無聲刺激時(shí)只出現(xiàn)注視點(diǎn)。在訓(xùn)練階段,逐步訓(xùn)練兒童在有聲刺激時(shí)注視指定區(qū)域的動(dòng)畫圖像,建立條件反射形成特定的眼動(dòng)軌跡。兒童在訓(xùn)練階段正確率通過后開始測(cè)試。在測(cè)試階段,兒童如果聽見聲音刺激,動(dòng)畫圖像暫時(shí)不出現(xiàn)時(shí),仍能保持特定的眼動(dòng)軌跡;如果兒童無法聽到聲音刺激,則不會(huì)形成該眼動(dòng)軌跡。用該方法最終測(cè)得的聽閾圖個(gè)體間無顯著差異,且與成人純音測(cè)聽的聽力閾值基本一致。但該研究采用的方法對(duì)注視時(shí)間有明確要求,兒童需要在聲音出現(xiàn)的1 500 ms內(nèi)注視指定的動(dòng)畫區(qū)域300 ms以上,如果注視時(shí)間不足或者未在規(guī)定時(shí)間內(nèi)注視則記為“錯(cuò)過注視”,如果注視了錯(cuò)誤的區(qū)域記為“錯(cuò)誤注視”。

圖1 兒童在非接觸式屏幕眼動(dòng)儀前[6]

Schwarz等(2014)對(duì)該方法進(jìn)行改進(jìn),采取被試佩戴耳機(jī)的方式,將兩個(gè)動(dòng)畫分別呈現(xiàn)在屏幕兩側(cè),與左右聲道聲音分別建立聯(lián)系,結(jié)果,由于兒童年齡過小(平均年齡為6.5個(gè)月)、訓(xùn)練次數(shù)不足、眼動(dòng)校準(zhǔn)困難等原因,導(dǎo)致12名被試中只有2名完成了實(shí)驗(yàn)的測(cè)聽過程,未能形成聽閾圖。Sullivan等[10]在Schwarz等的方法基礎(chǔ)上,更換測(cè)聽動(dòng)畫,增加訓(xùn)練次數(shù),對(duì)平均年齡為8歲的典型發(fā)展兒童和高功能自閉癥兒童分別進(jìn)行測(cè)聽,結(jié)果參加實(shí)驗(yàn)的所有兒童都能完成測(cè)試,為高功能自閉癥兒童的測(cè)聽提供了新方法。

1.3眼動(dòng)軌跡追蹤測(cè)聽法適用人群 雖然目前有研究以6月齡兒童為被試,但是其總體失敗率較高。以往研究也表明,7～8月齡以上的兒童將視覺聽覺刺激相聯(lián)系并預(yù)測(cè)移動(dòng)物體出現(xiàn)的能力較好[11],該測(cè)聽方法理論上適用于7～8月齡以上的兒童。

1.4眼動(dòng)軌跡追蹤測(cè)聽法的優(yōu)勢(shì) 眼動(dòng)軌跡追蹤測(cè)聽法能夠解決行為測(cè)聽存在的部分問題:一般而言,眼動(dòng)軌跡追蹤測(cè)聽法較游戲測(cè)聽和視覺強(qiáng)化測(cè)聽法的測(cè)試時(shí)間短,兒童不易產(chǎn)生疲倦反應(yīng);其次,在測(cè)試過程中不需要測(cè)聽人員干預(yù),能夠減少由于操作導(dǎo)致的誤差;此外,采取眼睛注視或凝視點(diǎn)的變化作為指標(biāo),能夠記錄兒童在線加工和收集信息的全部過程,判定指標(biāo)更為精確。

1.5眼動(dòng)軌跡追蹤測(cè)聽法存在的問題 該測(cè)聽方法實(shí)行時(shí)仍然面臨部分問題:首先,在練習(xí)階段要求測(cè)試人員對(duì)兒童進(jìn)行適當(dāng)引導(dǎo),讓兒童在訓(xùn)練階段將聲音與圖像建立聯(lián)系,因此對(duì)測(cè)試人員的技術(shù)仍有一定要求;其次,為了保障兒童的舒適度,目前大部分研究采用非接觸屏幕式眼動(dòng)儀,不需要兒童佩戴眼動(dòng)測(cè)量外部?jī)x器,但是在測(cè)試前仍需要兒童配合進(jìn)行校準(zhǔn),以往針對(duì)兒童的眼動(dòng)實(shí)驗(yàn)表明,在眼動(dòng)校準(zhǔn)階段可能會(huì)有較大的失敗率。

2 瞳孔直徑指標(biāo)用于聽力檢測(cè)

2.1瞳孔直徑用于聽力檢測(cè)的原理 瞳孔是眼動(dòng)追蹤技術(shù)中的重要指標(biāo)之一,現(xiàn)有研究表明,人們?cè)诼牭铰曇糁?不僅有扭頭、轉(zhuǎn)動(dòng)瞳孔位置、使自己的耳朵更接近聲音源等“顯性反應(yīng)(overt response)”,還有心跳加快、瞳孔直徑擴(kuò)大等“隱形反應(yīng)(covert response)”[12]。近年來,研究者對(duì)豚鼠(哺乳綱,豚鼠科)和倉(cāng)鸮(鳥綱,草鸮科)進(jìn)行實(shí)驗(yàn),讓動(dòng)物適應(yīng)特定強(qiáng)度和頻率的聲音刺激之后,變換刺激,用瞳孔儀測(cè)量動(dòng)物瞳孔直徑在聲音刺激變換時(shí)有無增大。如果瞳孔直徑增大則說明該動(dòng)物能夠聽到后面的聲音刺激,并且能區(qū)分不同于前面的聲音刺激,實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明瞳孔直徑指標(biāo)可用于檢測(cè)動(dòng)物的聽力和頻率辨別能力[13,14]。

2.2瞳孔直徑指標(biāo)測(cè)聽法的基本步驟及相關(guān)實(shí)驗(yàn) 以瞳孔直徑指標(biāo)測(cè)聽的實(shí)驗(yàn)近年來逐步開始,在實(shí)驗(yàn)中通常用眼動(dòng)儀分別測(cè)量被試在安靜及有聲音刺激狀態(tài)下的瞳孔大小,然后統(tǒng)計(jì)被試在不同聲音刺激條件下的瞳孔直徑變化。此類研究首先以成年人為被試。Liao等[15]發(fā)現(xiàn)成年被試在不同強(qiáng)度的聲音刺激下,瞳孔直徑會(huì)相應(yīng)規(guī)律地變化。

Bala等[16]將傳統(tǒng)以按鍵為基礎(chǔ)的純音測(cè)聽法與瞳孔測(cè)量法進(jìn)行比較,實(shí)驗(yàn)以不同強(qiáng)度的1 000、2 000、4 000、8 000 Hz的純音作為刺激聲,從刺激播放的前一秒開始測(cè)量瞳孔變化,至播放后兩秒結(jié)束。為排除按鍵對(duì)被試瞳孔直徑變化的影響,被試需要等待瞳孔測(cè)量完成兩秒后,再用按鍵與否表示自己是否聽到聲音。結(jié)果表明當(dāng)被試聽到聲音刺激時(shí),瞳孔直徑都在250 ms內(nèi)增大。該實(shí)驗(yàn)結(jié)果說明,瞳孔直徑這一生理指標(biāo)很可能能夠作為檢測(cè)人類聽力的指標(biāo)(圖2)。

圖2 瞳孔直徑指標(biāo)測(cè)聽示意圖[17]

Rudling等[17]以言語(yǔ)聲和非言語(yǔ)聲為刺激材料,對(duì)比高自閉癥風(fēng)險(xiǎn)和低風(fēng)險(xiǎn)10月齡兒童受到聲音刺激后的瞳孔變化,結(jié)果證明所有組別兒童在受到各類型聲音刺激時(shí)相比安靜環(huán)境下都出現(xiàn)瞳孔擴(kuò)大,并且高自閉癥風(fēng)險(xiǎn)兒童受到非言語(yǔ)聲音刺激時(shí)瞳孔直徑擴(kuò)大更為明顯。該研究說明兒童能夠?qū)β曇舸碳ぎa(chǎn)生規(guī)律性的瞳孔反應(yīng)。

2.3瞳孔直徑指標(biāo)測(cè)聽法適用人群 目前已有相關(guān)研究證明該方法適用于10月齡幼兒以及成年人。此外,以往其他不以聽力檢測(cè)為目的的研究表明,6月齡兒童可以根據(jù)聲音及圖像做出有規(guī)律的瞳孔反應(yīng)[18],所以理論上該方法可以適用于6月齡以上兒童,但是仍需后續(xù)研究驗(yàn)證。

2.4瞳孔直徑指標(biāo)測(cè)聽法的優(yōu)勢(shì) 由聽音引起的瞳孔變化被試很難主觀控制,該方法能夠利用聽音的被動(dòng)反應(yīng)體現(xiàn)整個(gè)聽覺系統(tǒng)的功能,因此通過該方法能夠相對(duì)快速有效地檢測(cè)出偽聾者。此外,瞳孔直徑變化不需要被試接受相應(yīng)訓(xùn)練,因此不易受測(cè)試人員的經(jīng)驗(yàn)影響。

2.5瞳孔直徑指標(biāo)測(cè)聽法存在的問題 該測(cè)聽方法面臨的一個(gè)難題是需要排除各種干擾因素對(duì)測(cè)聽結(jié)果產(chǎn)生的影響。聽力正常人聽到聲音后瞳孔直徑會(huì)擴(kuò)大,但瞳孔直徑擴(kuò)大不一定是由聽音引起的,其可能原因有多種,比如光線變化、認(rèn)知加工難度增加[19]、情緒變化[20]等多種因素,并且目前部分因素對(duì)瞳孔的具體影響仍不明確[21]。相較于成人,兒童的心理生理狀態(tài)在短時(shí)間內(nèi)更容易有較大變化,準(zhǔn)確率可能因此受影響。同時(shí),相關(guān)研究還表明由聽音引起瞳孔直徑變化存在個(gè)體差異[22,23],設(shè)立統(tǒng)一的臨床指標(biāo)有一定難度。此外,同眼動(dòng)軌跡追蹤測(cè)聽法一樣,瞳孔直徑的測(cè)量也大多采用非接觸屏幕式眼動(dòng)儀,但是注視位置對(duì)瞳孔直徑的測(cè)量結(jié)果有一定影響[24],因此在測(cè)試時(shí)注視點(diǎn)位置需要保持相對(duì)固定,要求兒童保持頭部位置相對(duì)穩(wěn)定,因此仍然需要兒童有一定的配合度。

3 總結(jié)與展望

總之,眼動(dòng)軌跡和瞳孔直徑指標(biāo)都可利用眼動(dòng)儀用于兒童聽力檢測(cè)。眼動(dòng)軌跡追蹤法相對(duì)以往行為測(cè)聽法測(cè)試時(shí)間較短、兒童注意力在短時(shí)間內(nèi)更容易集中,并且在一定程度上減少了測(cè)聽人員本身的影響。瞳孔直徑指標(biāo)測(cè)聽法利用聽覺的被動(dòng)反應(yīng),能夠體現(xiàn)整個(gè)聽覺系統(tǒng)的功能,受人為因素影響更小。

目前這兩種利用眼動(dòng)儀檢測(cè)聽力的方法仍處于實(shí)驗(yàn)階段。國(guó)外目前運(yùn)用眼動(dòng)軌跡追蹤測(cè)聽法針對(duì)兒童的實(shí)驗(yàn)研究成功率有差異,而國(guó)內(nèi)將眼動(dòng)運(yùn)用于聽力檢測(cè)的相關(guān)實(shí)驗(yàn)很難見到?，F(xiàn)有的研究結(jié)果表明該方法可能還存在一定不足,但是對(duì)于如何改進(jìn)該方法、提高其有效性尚沒有系統(tǒng)性的討論及研究。當(dāng)前以瞳孔直徑為觀察指標(biāo)的測(cè)聽方法需要有更多的實(shí)驗(yàn)手段檢測(cè)該方法的有效性。目前尚無臨床研究測(cè)試這兩種方法的成功率,對(duì)于眼動(dòng)儀是否能夠大規(guī)模用于兒童聽力檢測(cè)仍有待探索。

未來的研究需要基于眼動(dòng)儀用于聽力檢測(cè)的方法本身的優(yōu)勢(shì)和不足,進(jìn)一步探索有效的任務(wù)范式和相關(guān)指標(biāo)。首先,目前國(guó)內(nèi)針對(duì)各類人群特點(diǎn)的聽力檢測(cè)研究仍未受到足夠關(guān)注。下一步的實(shí)驗(yàn)首先需要增加被試的數(shù)量以及類型。自閉癥、唐氏綜合癥兒童智力發(fā)育通常較典型發(fā)展兒童遲緩,心理生理狀態(tài)更不穩(wěn)定,測(cè)試時(shí)配合度較差,用傳統(tǒng)測(cè)聽方法能夠得到準(zhǔn)確聽力閾值的時(shí)間較晚[25],而這類兒童如有聽力障礙未早期檢出,會(huì)進(jìn)一步影響其各項(xiàng)智力的發(fā)展。眼動(dòng)軌跡追蹤法和瞳孔直徑指標(biāo)測(cè)聽法對(duì)被試配合程度要求相對(duì)較低,有可能解決此類兒童的聽力測(cè)試問題。

另外,有必要對(duì)眼動(dòng)軌跡追蹤法、瞳孔直徑指標(biāo)測(cè)聽法的刺激材料進(jìn)行探索。目前測(cè)聽聲音主要以純音為主,可能不利于吸引兒童的注意力。同時(shí),相關(guān)實(shí)驗(yàn)范式也需要摸索。眼動(dòng)軌跡追蹤法需要探索合理的訓(xùn)練步驟、調(diào)整圖像刺激的運(yùn)動(dòng)軌跡以提高被試測(cè)試準(zhǔn)確度。瞳孔直徑指標(biāo)的測(cè)聽步驟設(shè)計(jì)要注意合理設(shè)計(jì)任務(wù)量,盡量減少聽音之外的干擾。

此外,目前專門針對(duì)兒童設(shè)計(jì)的眼動(dòng)設(shè)備較少,而且以國(guó)外機(jī)構(gòu)研發(fā)為主。不同年齡人群的瞳孔特征有較大差別[26,27],因此適用于各年齡階段的眼動(dòng)儀可能會(huì)導(dǎo)致兒童實(shí)驗(yàn)出現(xiàn)眼部校準(zhǔn)困難、測(cè)量有一定偏差等問題,企業(yè)可以與高校等科研機(jī)構(gòu)合作,研發(fā)更適合兒童聽力檢測(cè)的眼動(dòng)測(cè)量?jī)x器,探究出更多有效的評(píng)估范式。