Введение

Звук из внутреннего уха

Отоакустическая эмиссия (OAE) – это звук, генерируемый внутри внутреннего уха. Существование этого явления было предсказано австрийским астрофизиком Томасом Голдом в 1948 году, а впервые экспериментально продемонстрировано британским физиком Дэвидом Кемпом в 1978 году. Впоследствии было установлено, что отоакустические эмиссии возникают по различным клеточным и механическим причинам внутри внутреннего уха. Исследования показали, что OAE исчезают после повреждения внутреннего уха, поэтому они часто используются в лабораторных и клинических условиях для оценки состояния внутреннего уха. В целом, выделяют два типа отоакустических эмиссий: спонтанные отоакустические эмиссии (SOAEs), возникающие без внешней стимуляции, и вызванные отоакустические эмиссии (EOAEs), требующие наличия стимулирующего сигнала.

Механизм возникновения

Считается, что отоакустическая эмиссия связана с функцией усиления кохлеи. В отсутствие внешней стимуляции активность кохлеарного усилителя возрастает, что приводит к генерации звука. Многочисленные данные указывают на то, что у млекопитающих наружные волосковые клетки являются элементами, усиливающими чувствительность и частотную селективность кохлеи и, таким образом, служат источниками энергии для усиления.

Спонтанный

Спонтанные отоакустические излучения (СОАЭ) – это звуки, испускаемые ухом без внешней стимуляции, которые можно измерить с помощью чувствительных микрофонов в наружном слуховом канале. Примерно у 35–50% населения можно обнаружить хотя бы одно СОАЭ. Эти звуки стабильны по частоте в диапазоне от 500 до 4500 Гц и имеют непостоянную громкость от 30 дБ SPL до +10 дБ SPL. Большинство людей, у которых есть СОАЭ, не осознают их, однако от 1 до 9% воспринимают СОАЭ как надоедливый шум в ушах (тиннитус). Предполагается, что феномен "Гум" может быть связан с СОАЭ.

Вызывается

В настоящее время вызванные отоакустические выбросы (ОАЭ) регистрируются с использованием трех различных методик. ОАЭ, вызванные частотой стимула (SFOAEs), измеряются во время подачи чистого тона и обнаруживаются как векторная разность между формой волны стимула и записанной формой волны (которая состоит из суммы стимула и ОАЭ). Переходные вызванные ОАЭ (TEOAEs или TrOAEs) вызывают с помощью клика (с широким частотным диапазоном) или тонового импульса (кратковременного чистого тона). Ответ, вызванный кликом, охватывает частотный диапазон до примерно 4 кГц, в то время как тоновый импульс вызывает ответ из области, частота которой соответствует частоте чистого тона. ОАЭ продукта искажения (DPOAEs) вызывают с использованием пары первичных тонов с определенной интенсивностью (обычно 65–55 дБ SPL или 65 дБ для обоих) и соотношением. Ответы, вызванные этими стимулами, возникают на частотах, математически связанных с частотами первичных тонов, причем два наиболее выраженных – это (кубический тон искажения, наиболее часто используемый для скрининга слуха), поскольку он обеспечивает наиболее устойчивый выброс, и (квадратичный тон искажения, или простой разностный тон).

Клиническое значение

Отоакустические эмиссии имеют клиническое значение, поскольку они лежат в основе простого, неинвазивного теста для выявления кохлеарной потери слуха у новорожденных, а также у детей или взрослых, которые не могут или не желают сотрудничать при проведении стандартных аудиометрических исследований. Кроме того, ОАЭ обладают высокой надежностью, что делает их пригодными для диагностических и скрининговых целей. Во многих западных странах в настоящее время действуют национальные программы универсального скрининга слуха новорожденных. В Соединенных Штатах скрининг слуха новорожденных является обязательным по закону перед выпиской из больницы. Программы периодического скрининга слуха в раннем детстве также используют технологию ОАЭ. Инициатива по охране слуха в раннем детстве при Национальном центре оценки и управления слухом (NCHAM) при Университете штата Юта помогла сотням программ Early Head Start по всей территории Соединенных Штатов внедрить скрининг ОАЭ и последующие мероприятия в этих учреждениях дошкольного образования. Основным инструментом скрининга является тест на наличие вызванной щелчком ОАЭ. Отоакустические эмиссии также помогают в дифференциальной диагностике кохлеарной и более высоких уровней потери слуха (например, слуховой нейропатии). Изучены взаимосвязи между отоакустическими эмиссиями и тиннитусом. Ряд исследований показывают, что примерно у 6–12% людей с нормальным слухом, страдающих тиннитусом и спонтанными отоакустическими эмиссиями (СОАЭ), СОАЭ, по крайней мере частично, ответственны за тиннитус. Исследования показали, что у некоторых пациентов с тиннитусом наблюдаются колеблющиеся или звонкие вызванные ОАЭ, и в этих случаях предполагается, что колебания вызванных ОАЭ и тиннитус связаны с общей основной патологией, а не сами эмиссии являются источником тиннитуса. Следовательно, повреждение или потеря некоторых наружных волосковых клеток, вероятно, будет проявляться на ОАЭ раньше, чем на аудиограмме. Было обнаружено, что увеличение степени шумовой потери слуха приводит к ОАЭ с меньшим диапазоном эмиссий и сниженной амплитудой эмиссий. Потеря эмиссий, вызванная воздействием шума, в основном происходит на высоких частотах и более выражена в группах, подвергавшихся воздействию шума, по сравнению с неподвергавшимися группой. Было установлено, что ОАЭ более чувствительны к выявлению шумового повреждения кохлеи, чем чистотоновая аудиометрия. Это указывает на то, что DPOAE могут помочь в раннем выявлении потери слуха, вызванной шумом. Исследование, в котором измерялись аудиометрические пороги и DPOAE у военнослужащих, показало снижение DPOAE после воздействия шума, но без изменения аудиометрического порога. Это подтверждает способность ОАЭ предсказывать ранние признаки повреждения слуха, вызванного шумом.

Биометрическое значение

В 2009 году Стивен Биби из Университета Саутгемптона возглавил исследование по использованию отоакустических эмиссий для биометрической идентификации. Устройства, оснащенные микрофоном, способны обнаруживать эти субзвуковые эмиссии и потенциально идентифицировать личность, обеспечивая тем самым доступ к устройству без использования традиционного пароля. Однако предполагается, что простуда, прием лекарств, стрижка волос в ушах или запись и воспроизведение сигнала для микрофона могут скомпрометировать процесс идентификации.

Измерение аутоакустических выбросов на наушниках

Высококачественные персонализированные наушники (например, Nuraphone) разрабатываются для измерения отоакустических эмиссий (ОАЭ) и определения чувствительности слушателя к различным акустическим частотам. Эти данные затем используются для персонализации аудиосигнала для каждого слушателя. В 2022 году исследователи из Университета Вашингтона создали недорогой прототип, способный надёжно обнаруживать отоакустические эмиссии, используя обычные наушники и микрофоны, подключенные к смартфону. Прототип передаёт два тональных сигнала разной частоты через каждый наушник, обнаруживает порождённые улиткой продукты искажения ОАЭ и регистрирует их с помощью микрофона. Такие недорогие технологии могут способствовать более масштабным усилиям по обеспечению всеобщего скрининга слуха новорожденных во всем мире.