Сенсорные системы, 2023, T. 37, № 4, стр. 301-319

ВВЕДЕНИЕ

Патология слуха относится к проблемам здоровья, которые по данным статистики демонстрируют постоянный рост и увеличение распространенности среди населения разного возраста. Из материалов Всемирной организации здравоохранения (ВОЗ) следует, что в настоящее время порядка 6% населения земного шара имеют социально значимые (более 40 дБ) нарушения слуха различной этиологии, к 2030 г. количество лиц с инвалидизирующей потерей слуха достигнет 630 млн., к 2050 г. – 900 млн. При этом до 2.5 млрд человек (каждый четвертый на планете) будут подвержены той или иной степени нарушений слуха, большинство из которых потребует реабилитационных услуг (Пресс-релиз ВОЗ, 2021).

Ограничения слухового восприятия в процессе жизнедеятельности пациента с тугоухостью и эффективность их компенсации при слухопротезировании преимущественно оценивают с использованием психоакустических речевых тестов и ряда опросников: “Speech, Spatial, and Qualities of Hearing Questionnaire” SSQ (Gatehouse, Noble, 2004; Moulin, Richard, 2016), “Spatial Hearing Questionnaire” SHQ (Tyler et al., 2009), “The Hearing Implant Sound Quality Index” HISQUI (Amann, Anderson, 2014). Методы измерения количественных характеристик локализации при нарушениях пространственного слуха в клинических условиях практически не применяются. Вместе с тем по результатам обследования пациентов стандартными аудиологическими методами и установленному диагнозу определить степень утраты пространственного слуха не представляется возможным (Middlebrooks, 2015). При сходных нарушениях слуха, отражающих пороги слуховой чувствительности, способности пациентов к акустической ориентации могут значительно варьировать (Альтман, 2011; Makous, Middlebrooks, 1990). Еще одной причиной затруднений с клинической оценкой состояния пространственного слуха является большое число выполняемых им практических задач с вовлечением широкого диапазона параметров не только слухового, но и зрительного восприятия (Perrot et al., 1993; Moore, 2012; Spence et al., 2020; Aggius-Vella et al., 2022). Поэтому детальная оценка состояния слуховой пространственной функции требует длительной процедуры, которая может быть утомительной как для пациента, так и для врача, проводящего обследование. Продвижению в этом плане могут способствовать современные информационные технологии и специализированное программное обеспечение, которые позволяют реализовать адаптивные методы измерения, автоматизировать первичную обработку данных и таким образом ускорить и упростить количественную оценку отдельных перцептивных показателей.

Еще одним и наиболее серьезным препятствием при организации методических условий измерения показателей пространственного слуха выступает необходимость использования особых помещений большого объема с контролируемыми характеристиками отражающих поверхностей и конструкциями с комплексом излучателей, имеющих идентичные амплитудно-частотные характеристики. Эти вопросы частично решаются путем разработки специализированных систем (Muthu et al., 2022) и особых экспериментальных методик, при помощи которых выполнены десятки исследований в области акустической ориентации, в том числе и у пациентов с нарушениями слуха (Andreeva, 2018; Adel Ghahraman et al., 2020; Akeroyd, 2014; Glyde et al., 2011; Moore, 2012). В этих исследованиях получены оценки пространственной разрешающей способности слуха, точности локализации, бинаурального освобождения от маскировки, разборчивости речи при пространственном разделении источников целевого речевого сигнала и шумовой помехи. Несмотря на тщательную методическую проработку данных экспериментальных подходов, они так и не были внедрены в повседневную клиническую практику. Одними из основных причин такой ситуации остаются высокая стоимость оборудования помещений и трудоемкость измерений. В последние десятилетия эта проблема отчасти разрешается за счет развития тенденции к более широкому использованию элементов акустической виртуальной реальности (Андреева, 2004а; Bronkhorst, 2015; Carlile, Leung, 2016; Coudert et al., 2022), но дальнейшее развитие методических подходов к комплексной и количественной оценке базовых показателей пространственного восприятия остается актуальным. Это особенно важно в отношении оценки разрешающей способности по расстоянию и по времени, определяющей способность человека своевременно реагировать на опасность при локализации источника угрозы. В последние два десятилетия данное направление интенсивно разрабатывалось (обзор Андреева и др., 2023), но вопросы оценки степени нарушения этой способности при различной патологии слуха остаются нерешенными (Kolarik et al., 2016; Moore, 2012; Russel, 2022; Zheng et al., 2022).

В настоящем обзоре дано представление о механизмах анализа признаков локализации звуковых источников по удаленности и о подходах, применяемых для количественной оценки слухового восприятия расстояния. На основе литературных и собственных экспериментальных данных продемонстрировано влияние на эти показатели различной патологии периферического и центрального отделов слуховой системы, описаны возможности коррекции нарушений пространственного восприятия при слухопротезировании и функциональном тренинге ориентации в пространстве по слуху.

ОБРАБОТКА ПРОСТРАНСТВЕННОЙ ИНФОРМАЦИИ ОБ УДАЛЕННОСТИ ИСТОЧНИКА ЗВУКА В СЛУХОВЫХ ЦЕНТРАХ

Оценка удаленности до источника звука основана на слуховом анализе совокупности характеристик сигналов, поступающих на оба уха (Zahorik et al., 2005). В зависимости от акустической среды, в которой происходит звукоизлучение, разделяют условия свободного поля и замкнутого помещения, в котором возникают отражения, и в результате многократных отражений звука от его внутренних поверхностей образуется стоячая волна. В последнем случае для характеристики помещения применяют показатели реверберации, зависящие от его размеров и коэффициентов отражения поверхностей в помещении.

Важным физическим условием для формирования признаков по удаленности является ближнее или дальнее (более 3–5 м) акустическое поле, т.е. расстояние от слушателя до источника по отношению к размерам источника звука. Объемный источник звука, например, большой водопад, формирует плоскую звуковую волну на большом протяжении. Большинство источников звука, такие как громкоговоритель, образуют звуковые волны, которые уже на расстоянии более метра можно считать сферическими. В случае сферической волны потеря интенсивности звука с расстоянием будет более быстрой, чем для плоской звуковой волны. Подробное рассмотрение акустических признаков, на основе которых слуховая система формирует топику эгоцентрического пространства, дано в ряде обзоров (Zahorik et al., 2005; Fluitt et al., 2013; Kolarik et al., 2016).

Для слуховой сенсорной системы, как на периферии, так и в слуховых центрах, характерна тонотопическая организация. Формирование пространственной топики, согласно современным представлениям, происходит в слуховых центрах на уровне ствола мозга. При этом важнейшим элементом является модуляция слуховой информации проприоцептивным и вестибулярным афферентными потоками, проявления которой при активации движений фиксируются уже на уровне кохлеарных ядер (Lohse et al., 2022). Это позволяет учесть влияние положения и движений головы при формировании слухового пространства. Таким образом, ориентация в пространстве по слуху исходно носит мультисенсорный характер, который затем выявляется и на вышележащих уровнях обработки пространственной информации – в соответствующих центрах среднего мозга и коры больших полушарий.

Нейроны задних холмов могут детектировать межушные различия по интенсивности, которые являются признаком локализации по удаленности для ближнего поля (Jones et al., 2013). Однако в отмеченном исследовании вопрос о том, могут ли нейроны задних холмов кодировать звуковое расстояние, напрямую не рассматривался, поскольку во многих случаях главным признаком, по которому слушатель определяет расстояние до источника, является интенсивность звука. В то же время интенсивность многих звуковых источников может меняться во времени независимо от расстояния. Поэтому в исследовании механизмов локализации по расстоянию анализ интенсивности звука важен, но оценка расстояния предполагает анализ комплекса признаков, включая также соотношение прямого и первого отраженного сигналов, прямого сигнала и реверберации, межушные различия и так далее (Zahorik et al., 2005; Fluitt et al., 2013; Kolarik et al., 2016). Одним из ключевых признаков локализации по удаленности в условиях замкнутых помещений, т.е. при наличии реверберации, является потеря амплитудной модуляции в сигнале, которая зависит от расстояния. Заметим, что этот признак является монауральным и не задействует механизмы бинаурального слуха. В работе (Kim et al., 2015) были получены доказательства в поддержку этого механизма монаурального кодирования расстояния. На уровне задних холмов среднего мозга было выявлено сочетание нейрональной чувствительности к глубине амплитудной модуляции и зависящей от расстояния потери глубины амплитудной модуляции при реверберации. Таким образом, на уровне ствола мозга реализуются основные механизмы обработки слуховой пространственной информации, которые могут быть подвергнуты влиянию межсенсорного взаимодействия.

Межсенсорные взаимодействия приобретают особое значение в периперсональном пространстве, для которого характерно активное использование контактных и дистантных модальностей при непосредственном взаимодействии с объектом. В исследовании (Graziano et al., 1999) было показано, что многие нейроны в вентральной премоторной коре головного мозга макаки представляют близкое (30 см) слуховое расстояние при помощи сигналов, не зависящих от уровня. Нейронное кодирование приближающегося слухового и мультисенсорного стимула является, по-видимому, единым процессом обработки пространственной информации, приводящим к формированию топики периперсонального пространства (Ghazanfar et al., 2002; Hall and Moore, 2003; Guipponi et al., 2013).

При нейровизуализации процессов обработки пространственной информации звуковая стимуляция в свободном пространстве невозможна в силу методических ограничений подачи звука. Для решения этой проблемы применяют виртуальные звуки, содержащие разные наборы пространственных признаков, создаваемые различными способами, в том числе на основе предварительной записи звука с применением манекенов типа KEMAR – Knowles Electronics Manikin for Acoustical Research (Burkhard, 1978; Paul, 2009). Сложность реализации такого подхода для изучения механизмов локализации источников звука по удаленности заключается в необходимости экcтернализации звука, т.е. восприятия источника звука слушателем, как удаленного от него на некоторое расстояние. Поэтому до настоящего времени лишь одной исследовательской группе удалось корректно выполнить эту сложную методическую задачу (Kopco et al., 2012; 2020).

Области коры больших полушарий, в которых согласно данным функциона́льной магни́тно-резона́нсной томогра́фии (фМРТ) происходит анализ пространственной информации, соответствующий пути “Где?”, расположены в задних областях верхней височной извилины и области Planum temporale (Ahveninen et al., 2014; Griffiths, Warren, 2002; Rauschecker, 2015). Примерно в тех же областях были выявлены популяции нейронов, чувствительных к изменениям расстояния до источника звука (Kopco et al., 2012; 2020). Причем при моделировании расстояния межушными различиями по интенсивности для латерального удаления источника звука области активации располагались только в полушарии, контралатеральном положению виртуального источника (Kopco et al., 2012), тогда как при его фронтальном положении были активированы оба полушария с недостоверным преобладанием правополушарной активации в упомянутых выше областях (Kopco et al., 2020).

Как уже отмечалось, способность анализа и адекватной оценки, меняющейся во времени слуховой информации о положении объектов, является критической для безопасности человека. Однако изучению ее центральных механизмов посвящено лишь ограниченное число работ. При этом изменение интенсивности звука при движении его источника рассматривается как абсолютный признак для локализации. В исследованиях нейрональной активности было подтверждено кодирование направления изменения интенсивности на уровне слуховых центров среднего мозга и первичной слуховой коры (Вартанян, 1978). Стимуляция звуковыми сигналами с возрастающей и уменьшающейся интенсивностью выявило латерализацию этой функции с усилением активности в правой височной области (Mathiak et al., 2003), аналогичная латерализация наблюдалась при наличии стимулов с реверберацией (Altmann et al., 2013).

Применение фМРТ показало, что повышение интенсивности звука по сравнению с ее уменьшением активирует области, формирующие распределенную нейронную сеть, которая включает верхнюю височную борозду и среднюю височную извилину, правую височно-теменную область, правую моторную и премоторную кору (Seifritz et al., 2002; Pavani et al., 2002). Прослушивание приближающихся и удаляющихся шагов человека, предварительно записанных через пару микрофонов в замкнутом помещении с реверберацией, выявило двухстороннюю активацию в ряде мультисенсорных областей – надкраевой и угловой извилинах (39 и 40 поля по Бродману), а также в предклинье и у отдельных испытуемых в области MT/V5 (Andreeva et al., 2018). Ранее было показано, что эти области коры специализированы на обработке пространственной информации (Boccia et al., 2014). Таким образом, нейрофизиологические данные по обработке слуховой информации об удаленности источника звука свидетельствуют о том, что анализ расстояния выполняется в рамках дорзального слухового пути.

НАРУШЕНИЕ МЕХАНИЗМОВ ЛОКАЛИЗАЦИИ ПРИ ПЕРИФЕРИЧЕСКОЙ И ЦЕНТРАЛЬНОЙ ПАТОЛОГИИ СЛУХА

Нарушения пространственного восприятия могут проявляться при разных формах тугоухости, а также при возрастном снижении сенсорных показателей и при центральных слуховых расстройствах (Moore, 2012; Musiek, Chermak, 2014; Альтман, Таварткиладзе, 2003; Бобошко и др., 2014). Изучение механизмов, обеспечивающих ориентацию в пространстве по слуху и компенсаторные возможности организма при нарушении данной функции, являются важными направлениями фундаментальных исследований, которые дополнительно актуализируются в связи с развитием высокотехнологичных методов слухопротезирования, включая кохлеарное имплантирование (Kolarik et al., 2016; Koroleva, Ogorodnikova, 2019; Courtois et al., 2019; Zheng et al., 2022). При этом исследования преимущественно относятся к локализации источников звука по азимуту (обзоры: Keating, King, 2013; Kolarik et al., 2016) и значительно реже – к локализации по вертикали и по расстоянию (Baumgartner et al., 2016; Lundbeck et al., 2017; Gvozdeva et al., 2019; Andreeva et al., 2020).

Ухудшение пространственного восприятия при патологии слуха может вызывать психологический дискомфорт и снижение ощущения безопасности, которые в значительной степени связаны с изменением условий сенсорного мониторинга заднего полупространства человека, осуществляемого преимущественно слуховой системой (Spence et al., 2020; Aggius-Vella et al., 2022). Выраженность ухудшения пространственной ориентации и, в частности, оценки расстояния при различных слуховых нарушениях, определяется характером и степенью патологических процессов. При нарушениях на периферии слуха происходит снижение абсолютных и дифференциальных порогов уровня интенсивности звука и частоты, которое может затрагивать как весь слышимый диапазон частот, так и его отдельные, преимущественно высокочастотные или низкочастотные области. Патологические изменения могут включать дисфункцию внутренних и наружных волосковых клеток, дегенерацию волокон слухового нерва, при которой меняется скорость передачи нервных импульсов от уровня звука (Reiss et al., 2011) и последующие нарушения в работе нейрональных компонентов слухового анализатора (Moore, 2012; Musiek, Chermak, 2014; Бобошко и др., 2014).

При патологии центральных отделов слуховой системы, как правило, нарушаются процессы слухового анализа, снижается временное разрешение, наблюдается ухудшение бинаурального и межполушарного взаимодействия. Эти виды нарушений слуховой обработки приводят к значительному искажению слухового пространства и восприятия траекторий движения источников звука (Altman et al., 1987; 2004; Vartanyan et al., 1999; Kotelenko et al., 2000; 2007; Паренко и др., 2009). Важно отметить, что центральные слуховые расстройства могут критически ухудшать состояние пространственного восприятия и при практически нормальных показателях тонального слуха (пороги слышимости). В свою очередь сходные потери слуха, которые в клинической практике оценивают по данным аудиограмм, не всегда приводят к одинаковым проявлениям нарушений в восприятии пространства (Noble et al., 1994). Таким образом, изменения пространственного восприятия имеют выраженные индивидуальные особенности и могут существенно различаться при одинаковых формах периферической патологии слуха. Это обстоятельство позволяет предположить, что недиагностированные центральные нарушения слуха могут существенно влиять на результаты локализации звука по удаленности.

Одной из наиболее распространенных форм патологии слуха является сенсоневральная тугоухость (СНТ), которая проявляется в снижении слуховой чувствительности, вплоть до полной утраты слуха. При СНТ поражаются участки звуковоспринимающей системы слухового анализатора, преимущественно рецепторного аппарата улитки (Альтман, Тварткиладзе, 2003; Moore, 2007). Помимо повышения порогов слуха, дополнительным фактором изменения слухового восприятия при СНТ может выступать нарушение кодирования надпороговых сигналов (Moore, King, 1999; Tyler et al., 2014) или феномен усиленного нарастания громкости (ФУНГ, рекруитмент), который приводит к сжатию шкалы громкости. Это нарушение слухового восприятия не только ухудшает разборчивость речи, но и затрудняет оценку удаленности источника звука и его радиального движения (удаления или приближения к слушателю), ориентированную на мониторинг интенсивности сигнала.

Снижение слуха при СНТ может быть одно- или двусторонним (симметричным/несимметричным), по всему диапазону частот или преимущественно в высокочастотной области слышимости (Бабияк, Накатис, 2005; Королева, 2022). Последний тип нарушения, наряду с ФУНГ, особенно характерен для возрастной тугоухости (пресбиакузиса). При пресбиакузисе прогрессирующая симметричная потеря слуха на высоких частотах (нисходящая аудиограмма) часто сопровождается проявлениями субъективного шума в ушах и центральными слуховыми расстройствами (Pienkowski et al., 2014; Fischer et al., 2016; Sharma et al., 2020; Голованова и др., 2019; Кунельская и др., 2019).

Таким образом, как бинауральные, так и монауральные механизмы, используемые слуховой системой для оценки расстояния от слушателя до источника звука, при сенсоневральной тугоухости могут функционировать иначе, чем при нормальном слухе (Akeroyd, 2014; Kolarik et al., 2016; Zheng et al., 2022). В табл. 1 показана степень возможного влияния выделенных нарушений слуха на анализ основных признаков локализации по расстоянию, а также отмечены факторы, от которых она зависит.

Снижение или потеря слуха в диапазоне высоких частот приводит к нарушению обработки пространственной информации, прежде всего в сагиттальной плоскости, поскольку спектральные признаки локализации источника звука по вертикали находятся преимущественно в этой частотной области (Otte et al., 2013; Baumgartner et al., 2016). Учитывая зависимость от степени тугоухости (потери слуха), ситуация с таким проявлением СНТ представляет интерес как модель постепенного выключения высокочастотного бинаурального механизма пространственного слуха при оценке расстояния до неподвижного источника звука и в случае его приближения или удаления (Андреева и др., 2018; Andreeva et al., 2020; Гвоздева и др. 2020а).

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ПОДХОДЫ К ИССЛЕДОВАНИЮ ЛОКАЛИЗАЦИИ ПО РАССТОЯНИЮ ПРИ НАРУШЕНИЯХ СЛУХА

Несмотря на распространенность СНТ, включая пресбиакузис, исследования, в которых оценивается ее влияние на пространственную оценку расстояния по слуху, крайне немногочисленны (Akeroyd et al., 2007; Akeroyd, 2010; Courtois et al., 2019; Klishova et al., 2021). Основную методическую сложность для их проведения представляет создание контролируемой акустической среды, что особенно затруднительно в условиях клиники. Для таких измерений важно обеспечить достаточный диапазон расстояний до источника звука, снижение реверберации в рабочем помещении или оценку акустических параметров реверберации в замкнутом пространстве (Андреева и др., 2023). Для упрощения ситуации с характеристиками помещения применяют другой методический подход, который предполагает использование виртуальной среды (экстернализации звуковых сигналов), создаваемой при помощи головных телефонов. При этом экстернализация звука, приводящая к восприятию удаленного на расстояния более 1 м звукового источника, возникает только на основе предварительной записи исходного звукового сигнала, которую обычно выполняют в специальных помещениях и с применением акустических манекенов. Этот прием был использован в работе (Akeroyd et al., 2007) при сравнении эффективности восприятия удаленности в зависимости от уровня сигнала и показателя реверберации (соотношение прямого и отраженных сигналов), при норме слуха и при I–II степени тугоухости. Испытуемые оценивали расстояние до неподвижного источника речи в диапазоне виртуальных расстояний от 1 до 8 м. При расстояниях меньше 5 м испытуемые с патологией слуха продемонстрировали результаты, близкие к норме, когда они могли использовать оба признака – изменение уровня сигнала и показатель реверберации. Для расстояний, превышающих 5 м, было получено ухудшение оценки расстояния. При выравнивании в месте расположения пациента интенсивности сигналов от виртуальных источников на разных расстояниях, испытуемые оказались не способны к их правильной локализации. Результаты свидетельствовали о дефиците способности различать расстояние при СНТ только на основе признака реверберации. Однако применение виртуальных звуков в большинстве исследований не учитывает то обстоятельство, что локализация по слуху является результатом мультисенсорного взаимодействия и уже на уровне ствола мозга слуховой афферентный поток может модулироваться за счет частичного подавления сигналами от других модальностей (см. раздел о центральных механизмах обработки пространственной информации). В результате применение метода экстернализации может приводить к результатам, отличным от тех, которые будут получены в свободном пространстве и при сканирующих движениях головы слушателя.

Еще один методический подход к формированию звуковых образов в условиях свободного пространства, позволяющий проводить оценку функции ориентации, был предложен в работах (Пак, Огородникова, 1997; Altman, Andreeva, 2004). В последней работе виртуальное движение звукового источника формировали за счет линейно меняющейся амплитуды посылок шума, предъявляемых через два динамика, разнесенных на 3 м и фиксирующих границы траектории движения в реальном пространстве. С его помощью было проверено предположение о том, что симметричная потеря высокочастотного слуха, характерная для пресбиакузиса, приводит к ухудшению локализации по расстоянию за счет частичного выключения бинаурального механизма, основанного на межушных различиях по интенсивности.

При моделировании частичной симметричной потери высокочастотного слуха в свободном поле была оценена способность к пространственному восприятию движения – обнаружению приближения и удаления источника звука при разной длительности сигнала (Андреева и др., 2018). Модельные стимулы были получены путем фильтрации широкополосных сигналов и формировали образы приближающихся и удаляющихся источников звука. Амплитудно-частотные характеристики фильтрации соответствовали легкой и умеренной степени СНТ с нисходящей аудиограммой. Моделируемое среднее снижение порогов в речевой области частот (500–4000 Гц) составляло 26 и 55 дБ соответственно. Результаты, полученные при обследовании способности к локализации модельных сигналов в группе с нормальным слухом, показали, что моделируемый дисбаланс высоко- и низкочастотной составляющих спектра не оказывает значимого воздействия на оценку направления движения. Пороговая длительность сигналов во всех сериях измерений (норма, модели легкой и умеренной СНТ) была сходной и составляла 0.15 с. При этом при восприятии контрольных сигналов и стимулов, содержащих признаки движения в модели легкой степени СНТ, испытуемые допускали больше ошибок при оценке удаления. Эта особенность сохранялась при всех исследованных длительностях сигналов – от 0.125 до 0.4 с. Моделирование умеренной степени тугоухости выявило увеличение доли ошибок при оценке приближения звукового образа. В то же время общее количество ошибок по сравнению с контролем возросло незначительно.

Пороги по расстоянию для движущихся звуковых образов со сниженной долей высоких частот в спектре сигнала были измерены в работе (Гвоздева, Андреева, 2019). В группе испытуемых с нормальным слухом пороги для фильтрованных сигналов оказались в 2 раза меньше, чем для сигналов с плоским спектром. Результаты этих работ подтверждают, что при сохранении механизмов надпорогового кодирования, уменьшение в спектре сигнала вклада высоких частот не снижает пространственную разрешающую способность слуха по расстоянию.

Методический подход к формированию неподвижных и движущихся (приближение-удаление) звуковых образов с использованием двух динамиков был применен для оценки состояния пространственного слуха при СНТ в клинических условиях (Klishova et al., 2021). Исследования способности к локализации по расстоянию проводили в помещении объемом 51 м³ с применением звукопоглощающих материалов, которые позволили существенно снизить показатель реверберации (RT60 = 460 мс). Расстояние от слушателя до звукового образа меняли, синхронно подавая на два динамика звуковые сигналы, различающиеся только по интенсивности. Генерируемый в этих условиях звуковой образ мог быть неподвижным или движущимся в диапазоне расстояний 0.7–3 м. Данный методический подход позволяет оценить способность к локализации по расстоянию для наиболее актуального диапазона, предполагающего дальнейшее непосредственное взаимодействие с источником звука (Андреева и др., Патент РФ № 2754342. 2021). При участии испытуемых с симметричной СНТ I–III степени была проведена серия измерений по сравнительной оценке пространственной и временной разрешающей способности слуха для неподвижных и движущихся звуковых образов (Andreeva et al., 2020; Gvozdeva et al., 2021; Klishova et al., 2021; Андреева и др., 2019; Гвоздева и др., 2020а). Показано, что разрешающая способность по расстоянию для неподвижных источников звука при СНТ I степени по сравнению с нормой слуха снизилась незначительно. В случае движущихся источников звука она менялась в более широком диапазоне и могла ухудшаться в значительной степени. Количественные оценки пространственной и временной разрешающей способности, полученные в этих работах, представлены в табл. 2.

Основные результаты этой серии работ показали, что частичного выключения высокочастотного бинаурального механизма недостаточно для снижения разрешающей способности по расстоянию и времени. Вместе с тем ухудшение показателей локализации у пациентов с СНТ может возникать и при небольшой потере слуха. Как следует из табл. 2, результаты пациентов со сниженным слухом сильно варьировали и могли как совпадать с данными нормы, так и отличаться от них в несколько раз. При локализации движущихся источников пороговые временные и пространственные показатели и при СНТ и при норме слуха достоверно повышались. Эта особенность восприятия хорошо согласуется с данными литературы о локализации неподвижных и движущихся источников звука по другим координатам акустического пространства (Гвоздева и др., 2020б; Ситдиков и др., 2020; Brimijoin, Akeroyd; 2014; Chandler, Grantham, 1992; Perrott, Musicant, 1977).

Влияние степени снижения слуховой чувствительности на временные показатели пространственного восприятия было показано в работе (Гвоздева и др., 2020а), в которой был проведен сравнительный анализ показателей локализации движущихся источников звука по расстоянию и азимуту. В исследовании приняли участие пациенты с I, II и III степенью СНТ. Пороги по времени, необходимому для оценки направления движения звукового образа по радиальной координате, составили в обследованных группах 0.4, 0.7 и 0.9 с соответственно. Сравнение результатов показало, что различия между группами пациентов с I и III степенью СНТ были достоверными (p < 0.01, критерий Манна-Уитни). При этом во всех трех группах пороги были существенно выше, чем пороги при норме слуха, определенные ранее и равные 0.15 с. Средние (по группе и по двум полуплоскостям) значения порогов по времени для оценки направления движения звуковых образов по азимутальной координате равнялись 0.5, 0.5 и 0.9 с для I, II и III степеней СНТ соответственно.

При этом порог при III степени СНТ оказался достоверно выше, чем при I и II степенях СНТ (p < 0.05 и p < 0.01 соответственно). Достоверных различий в порогах по времени при сравнении данных для двух координат выявлено не было. Таким образом, при снижении слуха от нормы до I степени СНТ, а затем при росте потерь слуха, наблюдается увеличение временных порогов при оценке движения источника звука независимо от его пространственной ориентации, т.е. как по радиальной, так и по азимутальной координате. Заметное увеличение значений порогов, по сравнению с нормой слуха, возникало при восприятии динамически изменяющихся сигналов, определяющих движение звуковых образов, у 42% испытуемых с тугоухостью. Было высказано предположение, что причиной ухудшения локализации может быть нарушение процессов временного слухового анализа. Для проверки этого предположения было выполнено сравнение индивидуальных значений дифференциальных порогов по длительности и по расстоянию при движении звукового образа, результаты которого подтвердили значимую корреляцию этих данных. Еще одно косвенное свидетельство влияния вовлеченности центральных отделов слуховой системы в патологический процесс при одинаковом снижении слуха было получено при рассмотрении анамнеза пациентов. Ухудшение временных и пространственных показателей наблюдали преимущественно у пациентов, которые перенесли инфаркты мозга или сердца (Gvozdeva et al., 2020). На основании данных, полученных в этом цикле работ, можно сделать вывод, что при частичном сохранении высокочастотного бинаурального механизма слуха способность к пространственной оценке расстояния у большинства пациентов с СНТ остается близкой к норме. В то же время вопрос о связи нарушений временного слухового анализа с показателями локализации по расстоянию при движении источника звука требует дополнительного направленного исследования.

Полное исключение бинаурального механизма слуха, например, в случае односторонней глухоты, определяет большую выраженность нарушений пространственного восприятия вследствие нарушения метрики для базовых бинауральных признаков – межушных различий во времени и по интенсивности (Makous, Middlebrooks, 1990; Kumpik, King, 2019). Нарушения в выделении бинауральных различий в первую очередь будут проявляться при локализации источника звука по азимуту, но также могут повлиять и на оценку расстояния. В работе (Альтман, Андреева, 2000) было показано, что односторонняя потеря слуха приводит к увеличению инерционности процессов слуховой локализации при оценке приближения/удаления источников звука. Влияние инерционности обнаружено и при использовании звуковой стимуляции полосовыми шумами в диапазоне частот ниже 3000 Гц: порог по длительности при оценке направления движения источников звука вдоль радиальной оси увеличивался с 0.2 до 0.3 с (Андреева, 2004б). Эти данные подтверждают участие в восприятии приближения (удаления) источников звука высокочастотного бинаурального механизма и показывают, что оценка направления движения источника звука может требовать больше времени при полной потере слуха на высоких частотах.

В контексте воздействия на показатели пространственного восприятия рассматривается возможная роль слуховых аппаратов (СА), которые за счет своих характеристик могут влиять на оценку слушателем уровня сигналов и реверберации, а также бинауральных признаков расстояния, прежде всего межушных различий по интенсивности (Musa-Shufani et al., 2006; Simon, Levitt, 2007). Большинство современных СА включают амплитудную компрессию. За счет компрессии тихие звуки дополнительно усиливают, а интенсивность слишком громких сигналов ограничивается, что может изменять результаты перцептивной оценки уровня стимула и реверберации, меняя соотношение прямого и отраженного сигналов. При восприятии непрерывной речи этот эффект действует в основном во время речевых пауз, и может считаться незначительным. Подтверждение этому получено в исследовании (Akeroyd, 2010), где побочные эффекты линейной компрессии в СА выявлены не были. Сходные данные в случае нелинейного сжатия диапазона сигналов в СА были получены в работе (Courtois et al., 2019). Однако вопрос о способах и характеристиках компрессии в технических средствах слухопротезирования (слуховые аппараты, кохлеарные импланты), а также о вкладе компрессии в изменение эффективности действия монауральных признаков локализации еще не решен окончательно и требует дальнейшего исследования (Zheng et al., 2022).

КОМПЕНСАТОРНЫЕ ВОЗМОЖНОСТИ ПРОСТРАНСТВЕННОГО СЛУХА

В контексте компенсации нарушений пространственного слуха, помимо развития современных технологий слухопротезирования, представленного многоканальными цифровыми слуховыми аппаратами, аппаратами костной проводимости, кохлеарными и стволомозговыми имплантами, следует рассматривать и потенциал пластичности центральной нервной системы. Он проявляется при адаптации к новым условиям восприятия и в процессе функциональных перцептивных тренировок. Для пользователей кохлеарных имплантов (КИ) обучение и тренировки представляют необходимый элемент реабилитации с учетом дефицита сенсорного опыта ориентации в акустическом пространстве и несформированности центральных механизмов пространственного слуха в случае врожденной или ранней глухоты (Огородникова и др., 2005; Ricketts et al., 2006; Peters et al., 2010; Королева, 2022). Это находит подтверждение в результатах тренировки пространственного слуха, свидетельствующих об улучшении показателей ориентации у пациентов как после двусторонней, так и после односторонней кохлеарной имплантации (Koroleva, Ogorodnikova, 2019; Огородникова и др., 2020; Ludwig et al., 2021; Coudert et al., 2022; Nisha et al., 2023).

При односторонней имплантации такие тренировки проводились в ограниченном помещении с применением экспериментальной модели двух динамиков и виртуального движения (Огородникова и др., 2020), а также в свободном поле (Ludwig et al., 2021). В обоих случаях было показано, что пациенты с одним кохлеарным имплантом и остаточным слухом на контралатеральном ухе способны к пространственной ориентации на основе бинауральных признаков МРИ и МРВ, но испытывают трудности в точности локализации источников, расположенных фронтально или со стороны действующего импланта. В работе (Zheng et al., 2017) отмечалось также, что пользователи одного КИ более чувствительны к воздействию фоновых помех и реверберации.

При двухсторонней имплантации появляются условия для использования бинауральных признаков локализации (Schön et al., 2005). Вместе с тем индивидуальные данные по способности пользователей двух кохлеарных имплантов к локализации значительно варьируют. В случае ранней потери слуха и поздней реабилитации, они демонстрируют минимум преимуществ в пространственной ориентации по сравнению с односторонней имплантацией, особенно на начальном этапе тренинга (Nopp et al., 2004). В целом современные подходы к тренировке пространственного восприятия с использованием виртуальной среды обеспечивают достоверное улучшении результатов локализации в большинстве случаев двусторонней имплантации (Coudert et al., 2021; Королева и др., 2021). Тем не менее пространственный слух у всех пользователей КИ остается хуже нормы, особенно в условиях ближнего поля, фиксации головы, отсутствия визуального подкрепления (Coudert et al., 2021). У них наблюдается большое число ошибок локализации типа “front-back confusions” при расположении источников звука в передней или задней части пространства. Оценка расстояния до источника звука также остается сложной задачей, что частично определяется характеристиками компрессии звука и направленности принимающих микрофонов в процессорах КИ (Courtois et al., 2019; Ernst et al., 2019; Zheng et al., 2022). При этом точность локализации может достоверно повышаться естественным образом за счет движений головы пользователя, особенно при восприятии им фронтальных целей (Coudert et al., 2021).

Таким образом, обучение в условиях формируемой акустической среды может способствовать повышению эффективности локализации и точности оценки расстояния до источника звука. Это направление в развитии реабилитационных технологий является актуальным не только для пользователей КИ, но и для пациентов с различными нарушениями слуха, включая возрастную тугоухость (Nisha et al., 2023). Одним из ограничений при его практической организации, как и в случае диагностики нарушений пространственного восприятия, выступает методическое обеспечение адекватных условий для проведения тренировок и измерений.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Оценка показателей пространственной разрешающей способности в отношении зрения сегодня является рутинной клинической процедурой, тогда как адекватные подходы к такой оценке для слуха еще находятся в стадии разработки. В этом направлении можно выделить методики с применением предзаписи звуковых сигналов для формирования виртуальной акустической среды, которые описаны в ряде экспериментальных исследований с участием пациентов с патологией слуха и после слухопротезирования (Akeroyd, 2010; Boyd et al., 2012; Lundbeck et al., 2017). Однако степень соответствия, в которой они могут представлять реальное звуковое поле, а также состояние пространственного слуха, пока остается неизвестной (Lundbeck et al., 2017) и продолжает обсуждаться (Zheng et al., 2022). В силу таких ограничений, данные, полученные при помощи технологии формирования виртуальной среды с экстернализацией звука, имеют скорее качественный, чем точный количественный характер, что определяет ограничения их применения в клинических условиях. Широко применяемые в мировой сурдологической практике опросники, направленные на оценку пространственного слуха, также дают лишь общее представление о способности пациента ориентироваться по слуху (Gatehouse, Noble, 2004; Amann, Anderson, 2014; Moulin, Richard, 2016). В то же время потребность в оценке состояния пространственного слуха не только остается актуальной, но и возрастает в связи с урбанизацией, повышением уровня шумов в повседневной жизнедеятельности человека и развитием технических средств слухопротезирования, которые позволяют в значительной мере реализовать бинауральные механизмы слуха даже при существенных нарушениях слуховой функции.

В целях развития методической базы исследований и клинической оценки способности к локализации, включая локализацию по расстоянию, с участием авторов разработан гибридный подход к созданию пространственной сцены, использующий реальные источники звука и формирующий неподвижные и движущиеся звуковые образы, положение и траектория движения которых в условиях свободного поля фиксированы (Пак, Огородникова, 1997; Огородникова, Пак, 1998; Altman, Andreeva, 2004). Данный подход позволил получить количественные характеристики пространственного и временного разрешения для пространственного слуха у пациентов с разной степенью СНТ при достаточно высокой точности (Андреева и др., 2018; Гвоздева, Андреева, 2019; Клишова и др., 2021). В частности, у пациентов с тугоухостью был впервые измерен порог по времени, необходимому для оценки направления движения источников звука, и показано его значительное отличие от данных при норме слуха. Совокупность полученных результатов позволила сформулировать гипотезу о важной роли сохранности механизмов временного анализа в обеспечении локализации движущихся источников звука при СНТ. Диагностическая ценность предлагаемого метода будет проверена при проведении дополнительных исследований.

Методический подход к оценке количественных показателей на основе предложенной гибридной модели оформлен как новый способ скрининговой оценки пространственного слуха, который прошел патентование и находится в процессе клинической апробации (Андреева и др., 2021). В отличие от опросников, он позволяет получить количественные характеристики пространственного восприятия и основные показатели локализации по расстоянию у пациентов в достаточно доступных методических условиях. Его практическое применение будет способствовать объективизации процедур настройки технических средств слухопротезирования с подготовкой нормативных оценок, соответствующих степени утраты функции акустической ориентации, включая способность определения по слуху расстояния до источника звука.

Сходная модель уже включена в систему тренировок пользователей КИ и СА для ускорения процессов адаптации к новым условиям восприятия и формирования адекватных процессов центрального слухового анализа пространственной акустической информации (Королева и др., 2013; Огородникова и др., 2020).