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科普文章

他和它的噪声世界

发布时间:2021年06月15日

  2021年3月世界卫生组织发布的首份《世界听力报告》显示,听力损失已影响世界15亿人口,到2050年预计有25亿人受到听力损失的影响,也就意味着每4个人中就有1个人患有听力损失。听力损失的诱因有很多,其中噪声性听力损失是除老年性听力损失之外的第二大听力损失方式。


听力损失将会影响越来越多的人 (图源自World report on hearing, 2021)

什么是噪声性听力损失

  噪声性听力损失的主要特点是在经历噪声暴露之后出现听阈偏移(主要是听阈的升高),根据偏移的听阈能否随时间的推移而恢复,可将其分为暂时性阈值偏移以及永久性阈值偏移。除此之外,还有一种听力损伤方式是,即使听觉阈值能够随时间的推移而恢复,但其听觉系统的神经反应幅度无法恢复到噪声暴露前水平,称之为隐性听力损失。隐性听力损失在实际生活中的主要表现是在嘈杂环境中听得到但无法听清目标声信息。


听的到不等于听得清 (图源自Centers for Disease Control and Prevention)

噪声性听力损失的物种差异

  声信号在动物的通讯、捕食、求偶、繁殖等生命活动中发挥重要作用。不同的物种生活在不同的环境中,其所面临的噪声类型及噪声水平有较大差异。那么,它们是如何适应不同的噪声环境呢?在环境噪声暴露后是否会出现噪声性听力损失?

  在进化上相对低等的鱼类和鸟类生活在复杂的噪声环境中,如鱼类要面对船舶交通、海洋勘探等噪声,鸟类除了要面对人类活动噪声之外还处于同种或不同种个体的发声中。研究表明,鱼类和鸟类在经高强度噪声暴露后均会出现听力损失,但其听觉感受器的毛细胞具有再生能力,毛细胞结构受损后可通过支持细胞进行有丝分裂或转分化再生进而快速恢复听觉灵敏度【1-2】


鱼类和鸟类生活环境中潜在的噪声源 (图源自网络)

  啮齿类作为噪声性听力损失研究的常见生物,生活在相对安静的环境之中。研究显示,其更容易受到噪声的影响,表现为阈值偏移量大、阈值恢复速度较慢。在暂时性听阈偏移中还会因毛细胞和螺旋神经元之间的带状突触受到损伤出现隐性听力损失,且更容易出现永久性阈值偏移【3】。推测与其多样化的交流方式有关,啮齿类动物拥有发达的嗅觉及触觉系统,听觉并非其获取环境信息的唯一方式,因而容易受到噪声影响。

啮齿类生活在相对安静的环境中 (图源自网络)

  相比之下,具有回声定位能力的两种哺乳动物表现出了独特的抗噪能力。首先是具有回声定位能力的海洋哺乳动物,它们和鱼类一样生活在嘈杂的水下环境中,对声通讯具有极高的依赖性,但其暴露在高强度噪声后表现为阈值偏移量低且能够以极快的速度恢复听觉灵敏度。研究显示这种对噪声的抵抗能力与其中耳和内耳的特化结构有关【4】


海洋哺乳动物生存环境中可能存在的噪声源 (图源自网络)

  回声定位蝙蝠作为唯一会真正飞行的哺乳动物,通过发出超高强度的高频脉冲信号并且分析回声来获取环境信息。由于大多数蝙蝠都是群居生活,成群捕食,这使得它们要面临极其复杂的噪声环境,强度可达110-140 dB SPL(人类听觉上限)。然而它们仍然能够成功地完成各种听觉任务,提示其能够适应高强度噪声环境。研究发现,经宽带噪声暴露后大棕蝠(Eptesicus fuscus)听觉阈值、回声定位任务成功率以及发声各参数均未受到噪声影响【5-6】。我们近期有关噪声期间发声及听觉中脑声反应特性的研究结果显示,背景噪声下普氏蹄蝠(Hipposideros pratti)会通过主动提高发声强度来提高信噪比,同时听觉中脑神经元会通过提高最小阈值以及锐化强度调谐来增强噪声期间对目标声信息的处理能力,并且阈值增加量与其噪声期间发声强度的增加量相当,提示其发声及听觉系统能够适应噪声下的信息处理【7】


回声定位蝙蝠所面临的复杂声环境

带给我们的启示

  物种的比较结果显示,回声定位动物,尤其是回声定位蝙蝠具有独特的抗噪能力,对其背后神经生理机制的探究将有助于我们进一步探究噪声性听力损失的预防和治疗方案。如回声定位蝙蝠是否具有毛细胞再生能力?噪声暴露后相关分子水平有何变化?毛细胞、带状体结构是否发生损伤?如果噪声对这些方面产生了影响,其是否有快速的修复机制?如果未产生影响,相应的抗性机制又如何?

  基于对于回声定位蝙蝠和鲸类的比较研究,提示可能这些动物在其自身的声纳频率范围有着对听力损失出色的耐受能力,但其神经机制是什么?是否存耳蜗组织化学以及形态上的差异?又是否涉及到基因层面的差异,例如某些噪声性听力损失易感基因在其体内的表达水平低于其他哺乳动物?通过比较生理学的手段,对这些问题的探究有助于从新的层面来认识噪声性听力损失,也有助于我们从新的角度来解决和治疗噪声性听力损失。(详情请点击“阅读原文”)

  参考文献:

  【1】Smith M E, Kane A S, Popper A N. Acoustical stress and hearing sensitivity in fishes: does the linear threshold shift hypothesis hold water?. Journal of Experimental Biology, 2004, 207(Pt 20): 3591-3602

  【2】Ryals B M, Dooling R J, Westbrook E, et al. Avian species differences in susceptibility to noise exposure. Hearing Research, 1999, 131(1-2): 71-88

  【3】Kujawa S G, Liberman M C. Adding insult to injury: cochlear nerve degeneration after "temporary" noise-induced hearing loss. Journal of Neuroscience, 2009, 29(45): 14077-14085

  【4】Popov V V, Supin A Y, Rozhnov V V, et al. Hearing threshold shifts and recovery after noise exposure in beluga whales, Delphinapterus leucas. Journal of Experimental Biology, 2013, 216(Pt 9):1587-1596

  【5】Hom K N, Linnenschmidt M, Simmons J A, et al. Echolocation behavior in big brown bats is not impaired after intense broadband noise exposures. Journal of Experimental Biology, 2016, 219(Pt 20):3253-3260

  【6】Simmons A M, Hom K N, Warnecke M, et al. Broadband noise exposure does not affect hearing sensitivity in big brown bats (Eptesicus fuscus). Journal of Experimental Biology, 2016, 219(Pt 7):1031-1040

  【7】Cui Z, Zhang G, Zhou D, et al. The second harmonic neurons in auditory midbrain of Hipposideros pratti are more tolerant to background white noise. Hearing Research. 2021, 400: 108142

  作者简介:

  崔钟丹:华中师范大学生命科学学院生理学专业硕士研究生,现阶段主要从事回声定位蝙蝠适应高强度噪声环境的神经机制研究。

  吴菁华:中师范大学生命科学学院生理学专业硕士研究生,现阶段主要从事大脑状态(brain state)对小鼠噪声性听力损失的影响研究。

 

(作者:崔钟丹、吴菁)

(本文来源于公众号: 生物化学与生物物理进展)

 

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