听觉生理
2014/5/10
内容文字:www.tinnitus-
light.org
听觉生理
韩朝
复旦大学附属眼耳鼻喉科医院
www.tinnitus-
light.org
听觉是人类获得信息的一重要感觉
.人与人之间的信息传递
.感知有用或危险的声音信号
www.tinnitus-
light.org
感知声音的过程
声波客观存在的外界刺激
声音感受器
听中枢主观和认知的感觉
感知声音的过程
www.tinnitus-
light.org
www.tinnitus-
light.org
转化声音信号的听器结构
www.tinnitus-
light.org
声音信号传入中枢模式图
www.tinnitus-
light.org
声音信号传入中枢模式图
www.tinnitus-
light.org
声音转换传递进入中枢路径----听觉的形成
声音刺激
内耳听感受器(organ of Corti)
转导(transduction)
听神经动作电位
传入神经(afferent)
脑干传导通路
听皮层
www.tinnitus-
light.org
外周听觉生理
1 传导
Conduction
声波
外耳
中耳
内耳
www.tinnitus-
light.org
外周听觉生理鼓膜-听骨链-卵圆窗
构成传音的有效途径
,具有中耳传音增压效应
www.tinnitus-
light.org
外周听觉生理
2毛细胞换能
Transfer
机械能
毛细胞生物电
(receptor potential)
www.tinnitus-
light.org
外周听觉生理毛细胞解剖
www.tinnitus-
light.org
外周听觉生理毛细胞解剖
外周听觉生理
3 突触传递Synaptic Transmission
毛细胞感受器电位(receptor potential)
I型螺旋神经节细胞动作电位
(action potential)
www.tinnitus-
light.org
www.tinnitus-
light.org
外周听觉生理3 突触传递Synaptic Transmissionwww.tinnitus-
light.org
外周听觉生理3 突触传递Synaptic Transmission
内外毛细胞的突触连结
外周听觉生理
4 对声信号的编码(coding)
质的编码
量的编码
www.tinnitus-
light.org
www.tinnitus-
light.org
中枢听觉生理
听觉传导通路
脑干听觉中枢
(耳蜗核,上橄榄核,下丘核,外膝体)
听皮层中枢
www.tinnitus-
light.org
听觉生理(一)
声音的物理学基础和听觉特性
www.tinnitus-
light.org
声音的本质
是振动在弹性介质中以疏密交替传播的纵波。
声波在弹性介质中传播不是弹性介质分子的直接位移
,而是能量以波
动向外扩展的形式
www.tinnitus-
light.org
声音传播的速度
声波在弹性介质中传播的速度
(声速)与介质的
性质和状态有关
空气
334.8 m/s
水
1440 m/s
钢铁
5000 m/s
www.tinnitus-
light.org
声波的特点
声波在弹性介质中传播过程中其所含
的能量逐渐衰竭。
衰竭的速度与距离的平方成反比。
www.tinnitus-
light.org
声音的基本参数
1 频率
(frequency)
弹性介质分子每秒通过中轴的次数
同一点的弹性介质疏
-密变化的次数
Hz 1 Hz 为每秒1次
www.tinnitus-
light.org
频率决定声音的音调
(pitch)
.频率高声音尖骩
.频率低声音低沉
www.tinnitus-
light.org
固有频率和自由振动
某一物体受到一次碰撞后听其自然地的振动下去
为自由振动
自由振动的频率就是该系统的固有频率
F0=1/2.
√
S/M
固有频率决定于该物体的弹性和质量
www.tinnitus-
light.org
耳蜗基底膜的声学特征
基底膜不同的部位, 由于其质量和弹性不同,有不同的固有频率.
基底膜底部弹性大(紧),质量小,固有频率高。
基底膜顶部弹性小(松),质量大,固有频率低。
www.tinnitus-
light.org
阻尼振动
自由振动的振幅逐步缩小最后消失
振动物体的弹性阻力
介质阻力
一次性短声刺激后
(click)
鼓膜听骨链圆窗膜和基底膜的振动
都是阻尼振动
www.tinnitus-
light.org
受迫振动
外来周期性策动力持续作用于——机械系统
,引起该系统和外
来周期性策动力频率一致的持续振动为受迫振动
持续的纯音传入
鼓膜,听骨链,圆窗膜和基底膜起始段
发生与传入声频率一致的受迫振动
www.tinnitus-
light.org
共振
当外来周期性策动力的频率和该系统的固有频率相同时
, 振
动的幅度最大
,形成共振。
www.tinnitus-
light.org
行波
基底膜起始段振动
向顶部传送
www.tinnitus-
light.org
行波学说
.振动以行波形式向顶部传播,振幅逐渐增大,到达某一部位。
.声波频率与该部位的固有频率一致时发生共振
, 使振幅增至最大。
.
最大振幅的行波传播距离由声音的频率决定,声音频率低,最大
振幅的行波传播远;声音频率高,距离卵圆窗近。
.行波学说的部位原则是内耳对声信号频率编码的基础
www.tinnitus-
light.org
行波学说图解
特征频率
characteristic frequency (CF)调谐或谐振曲
线
(Turning curve)
特征频率
基底膜上每一个位点都有自己的最敏感频率
, 用这一频率刺
激,只需要很低强度
,就能使该点的毛细胞兴奋
,为特征频率。
调谐或谐振曲线
将引起所规定的相同大小的反应幅值所需的最低声强为纵
坐标,纯音频率为横坐标所画的曲线。
www.tinnitus-
light.org
www.tinnitus-
light.org
调谐曲线
是判断基底膜某一区段内外毛细胞功能
的重要指标
www.tinnitus-
light.org
人耳对声音频率的听觉特性
人耳能听到的声音频率范围О
20Hz -20000Hz
低于20Hz 的声音为次声
(infra sound)
高于20000Hz的声音为超声(
Ultra sound)
在可听觉音频范围内, 人耳对1000Hz -6000Hz最为敏感.
Guinea pigs (豚鼠) Rats (大鼠)的可听觉高音频范围远大
于人耳1000Hz -32000Hz
www.tinnitus-
light.org
1.频率辨别阈
能辨别出两个不同频率的纯音的最小频率差。
在声音强度强的情况下人耳频率辨别阈较高
在接近听阈的情况下下人耳频率辨别阈较低
(5%左右) 1000Hz
和1050Hz
www.tinnitus-
light.org
2. 强度
声音的强度指声波所含的能量
.
和声学波形的振幅有关
是主观感觉声音响或轻的重要参数
www.tinnitus-
light.org
3.声压
物理单位
声波密相时压强与无波传播时的压强之差。
牛顿/米2 N/m2达因/厘米2 dyn/cm2
Pa(帕) .Pa (微帕)
参考声压P0
在消声室内人耳刚能听到的声音的声压为
2×10-5帕(Pa) 20
Pa 或
痛感声压
在消声室内人耳感到巨响的声音的声压为
20帕(Pa) 20000000
Pa
www.tinnitus-
light.org
参考声压P0
在消声室内人耳刚能听到的声音的声压О
2×10-5帕(Pa) 20.Pa 或
痛感声压
在消声室内人耳感到巨响的声音的声压О
20帕(Pa) 20000000.Pa
www.tinnitus-
light.org
4.RMS 值
由于声强或声压均随时间周期性变化,对某一声音而言,常用其
均方根值的倒数表示声音的强度(RMS)
RMS是峰值的1 / √ 2
RMS 值是有效作用于内耳的能量值
www.tinnitus-
light.org
声学的生理单位
.
声学的生理单位
.
分贝(dB)
.
是指某声的实际声压P与参考声压
P0比值的对数
(10为底) 的20
倍
某声的实际声压是参考声压的
.
SPL(dB)=20 logP/P010 倍
20 dB 耳语
100倍
40 dB 安静环境背景声
1000倍
60 dB 一般说话
10,000倍
80 dB 大声说话
100,000倍
100 dB 纺织车间声
1,000,000倍
120 dB 潜艇机舱
1,000,000,000倍
180 dB 130火炮
www.tinnitus-
light.org
声学的生理单位
0 dB某声音声压与参考声压相同
-20 dB某声音声压是
1/10的参考声压
两个都为
100 dB的机器同时运转
SPL为103 dB
dB 的两种级
SPL声压级以参考声压
P0为基准
可用声级计测试出
HL感觉级以正常人刚能听到的
P为基准
可用听力计,ABR测试出
www.tinnitus-
light.org
计权网络声级
.
A 声级(dB A) 模仿人耳目45 dB等响曲线
.卫生学声级
.
B声级(dB B) 模仿人耳目70 dB等响曲线
.
C声级(dB C) 模仿人耳目90 dB等响曲线
.线性声级(dB lin) 总声级
www.tinnitus-
light.org
IS0 1999 卫生学标准
.连续噪声每天暴露
8小时, 不得超过
90dB A
.每增加
3dB暴露时间减半
.最高不能超过
115 dB A
声音的种类与性质
www.tinnitus-
light.org
www.tinnitus-
light.org
纯音
.
含单一频率,声压随时间按正
弦函数规律变化的声波
.
相位第1波是密波还是疏波
www.tinnitus-
light.org
噪声
由许多频率、强度和相位不同的声音无规律性的组合在一起
所形成。其特点为非周期性的振动
持续噪声(continuous noise)
间断噪声(intermittent noise)
脉冲噪声(impulse noise)
www.tinnitus-
light.org
噪声
白噪声
(white noise)
含有从低频到高频所有频率的声音
,其强度随频率的升高线性
降低
粉红噪声
(pink noise)
含有从低频到高频所有频率的声音
,其强度在各频率段为水平
www.tinnitus-
light.org
噪音
.
倍频程噪声带宽较宽(octave band noise)
1/3倍频程噪声带宽较窄
(1/3octave band noise)
带宽噪声含有某频段的噪声10kHz 中心频率
500Hz带宽
(narrow-band noise with 500Hz nominal
bandwidth centered at 10kHz)
www.tinnitus-
light.org
听觉动物实验中常用的刺激声
短声(click) :以方波一次刺激耳机后, 耳机膜阻尼振动的声音,方波时
程一般为0.1ms
短纯音(tone burst):1ms 上升和下降时间, 10ms平台
短音(tone pip) : 0.1ms 上升和下降时间, 1-2ms平台
声阻抗
(impendence)
www.tinnitus-
light.org
www.tinnitus-
light.org
电阻
在电路中, 一定电压条件下,电阻大,形成的电流小
要形成一定的电流强度,如电阻大,所需要的电压要大
电阻为形成单位电流所需要的电压
R= V/I
www.tinnitus-
light.org
机械阻抗
在机械系统中,一定外力条件下,机械阻抗大,机械振
动速度慢
要形成一定的机械振动速度,如机械阻抗大,所需要
的外力要大
Z=F/V
机械阻抗=RM(摩擦力)+M(质量惯性阻力)+S(弹性阻力)
www.tinnitus-
light.org
声阻抗的概念
声波传递过程中遇到的阻抗
声波传递过程中形成单位容积速度所需要的声压
R= P/V
www.tinnitus-
light.org
声阻抗的组成因素介质的性质
在弹性介质中,声波引起介质分子来回运动的速度(V)和介质分子的密度有关
在较稀薄的弹性介质中(air),介质阻抗小,
V大
在较浓密的弹性介质中(water),介质阻
抗大, V小
空气声阻抗
42 cgs
水声阻抗
1.54 x 105 cgs
两者比为1: 4000
声波从大气直接进入水中,在气液交界面
,由于大气和水的声阻抗相
差悬殊,99.9%的声能被反射, 只0.1%的能量形成水介质的振动
www.tinnitus-
light.org
中耳的增压效应
鼓膜和卵圆窗面积比。55:3.2 = 17 倍
杠杆作用。锤骨长臂:砧骨
= 1.3:1
整个增压效应:
17.1.3 = 22倍
www.tinnitus-
light.org
中耳增压的生理意义
弥补声音传入内耳时能量的损失
弥补声音传导时因反射,摩擦阻力
, 质
量阻力和弹性阻力形成的能量损耗
www.tinnitus-
light.org
质量惯性阻力
www.tinnitus-
light.org
中耳的摩擦阻力
www.tinnitus-
light.org
中耳的弹性阻力
www.tinnitus-
light.org
中耳阻抗的特点
中耳阻抗的测试表明:
个体间差异很大
但对某一个体多次测试的值变化不大
www.tinnitus-
light.org
鼓膜的声阻抗
.
当声频率低于3000Hz时相对声阻
抗值很骩
.
当声频率高于3000Hz时相对声阻
抗值降低
提示:鼓膜类似于刚性的振动系统,对高
频率声阻抗较小
声阻抗与DB的关系
锤骨受限
正常
www.tinnitus-
light.org
听骨链间的摩擦阻抗
.
切断砧镫连结,4000Hz 以下的低频率声传入的
声阻抗大为降低
.
听骨链间的摩擦阻力是低频率声传入的声阻抗的
主要成分
声阻抗与DB的关系(猫)
正常
砧镫关节破坏
www.tinnitus-
light.org
中耳腔气压和声阻抗
.中耳腔气压正常声阻抗最低
.
中耳腔气压高于大气压时
声阻抗提高, 声传导的效率降低
.
中耳腔气压处于负压情况下
对低频率声传导的效率最低
中耳压力对阻抗的影响
www.tinnitus-
light.org