互动科普

如果在比赛前后各做一次听力测试，就能发现听力出现了明显的恶化。到中场休息时，球迷们也许已经听不见开赛前他们可以听到的最轻柔的声音（比如轻声说话）。在终场哨音响起的时候，球迷的听力阈值可能会提升20到30分贝。几天后，球迷的耳鸣渐渐消失，听力敏度也许会回到基线，而辨别微小声音的能力也得到了恢复。

长期以来，科学家认为，当听力阈值恢复正常以后，耳朵中的变化也消失了。但我和同事最近的研究表明，这种推测是错的。即使噪音只是暂时地提升了听力阈值，也会立刻对听神经纤维造成不可逆转的损害。听神经可以把声音信息传到脑部。听神经纤维受损后，也许仍能听到声音，但处理复杂声音信号的能力却会出问题。我们把这种刚发现的问题称为“隐性听力丧失”（hidden hearing loss），因为正常的听力敏度会掩盖神经损伤及其产生的听力损伤。

如果一个人一直不注意保护耳朵，神经纤维的损失会一直增加。事实上，这样的损失也许会让中年人和老年人逐渐失去分辨语言的能力。然而，隐性听力损伤绝不只会影响老年人。最新的研究表明，在工业社会中，任何年龄段的年轻人都会出现隐性听力受损，因为他们会暴露在也许可以避免，也许无法避免的噪音环境中。

复杂的听觉之旅

耳朵之所以脆弱，是因为它有着让人惊叹的灵敏性，也因此让我们可以听到多种声音。我们有能力辨别出频率接近每秒1 000振（也就是100赫兹或100Hz）的轻声，这也就是我们感知声音的阈值，我们将其定义为0分贝。分贝是一种对数量度，声音每增加10分贝，音波幅度会是原来的10倍。在中耳内，听小骨通过振动处理声音信息。在0分贝的环境下，听小骨的振幅不超过氢原子的直径。在另一种极端情况下，比如在酋长队创纪录地发出140分贝噪音的主场，耳朵必须要处理1 000万倍振幅的声波。

听力始于外耳。外耳将声波通过耳道传导至鼓膜上，让鼓膜振动。鼓膜振动会让中耳内的骨头也开始振动，并传导至内耳中充满液体的管状结构耳蜗中。在耳蜗里，毛细胞充满了螺旋带状的结构科蒂氏器。之所以叫毛细胞，是因为这些细胞的一端长出了类似毛发的成簇突起结构，也就是静纤毛。在耳蜗螺旋结构的一端，纤毛细胞对低频率的声音最敏感；在另一端则对高频音最敏感。当声波弯曲“毛发”时，这些细胞把振动转化成化学信号，释放神经递质分子谷氨酸盐，在那里，毛细胞和听觉神经纤维形成突触。

毛细胞有两种类型：外毛细胞和内毛细胞。外毛细胞可以放大由声音引起的内耳结构运动，而内毛细胞可以把内耳中的运动转化为可以激活听觉神经的化学信号。我们所说的“听觉”主要由内毛细胞负责，因为95%的听觉神经纤维只和内毛细胞形成突触。现在还不清楚为什么连接外毛细胞和大脑的神经纤维的数量这么少，不过有理论认为，这些连接外毛细胞的神经纤维负责让我们在听到140分贝的声音时感到疼痛。

历史上，听力损伤主要通过听力敏度图来评估。耳科医生一直知道，那些把平板金属敲成锅炉的工人经常饱受听力永久性损失的困扰——他们会失去中音域的听力。听力敏度图会记录下人耳感知每隔八度递增的音频的能力，例如对250Hz、500Hz、1 000Hz、2 000Hz、4 000Hz和8 000Hz的音频的感知能力。在听力损失早期，听力敏度图会显示出所谓的“锅炉工人音谷”，出现这种结果的人不能听到正常人类音域内的中音。

在20世纪50年代到60年代，研究人员用流行病学方法研究了在高噪音工厂工作的工人。他们发现，听力敏锐度的下降和工作时间有着非常清晰的关系。最开始，这些工人会在4 000Hz的频率附近丧失听力。随着时间的推移，听力缺陷会扩展到其他频率上。很多年纪较长的工人会彻底失去在1 000Hz到2 000Hz之间的听力。这是非常严重的听力损伤，因为对话中很多信息都在这个频段里，而听力受损者对这些信息反应迟钝。

在神经突触中，毛细胞会释放谷氨酸盐。这些谷氨酸盐会穿过狭窄的细胞间隙，结合到听神经纤维末端（或终端）的受体上。听神经纤维的另一端通过狭长的神经纤维（轴突）延长到脑干里。当谷氨酸盐结合到神经纤维上后，会发出电信号，穿过整个听神经，到达脑干。在脑干里，信号会流经一系列并行的神经环路。这些神经环路会穿过不同的脑区，包括脑干、中脑和丘脑，并最终把信号传递到听皮层。这些复杂的环路会对我们的音响环境进行分析，并把所有的响动归类成一系列可被识别的声音，无论是一段熟悉的旋律还是汽笛尖锐的嘶吼。

相关的人类学实验促成美国政府在20世纪70年代出台了噪音管理制度，减少工作场所的噪音污染。今天，数家联邦机构负责管理工作中的噪音等级，而且不同的机构给出了不同的安全建议值。这些机构包括美国职业安全卫生研究所（National Institute for Occupational Safety and Health）和美国职业安全与健康管理局（Health and the Occupational Safety and Health Administration）。不同机构间的不一致反映出评估噪音危害风险的困难。问题存在于两方面，首先，个体间对噪音的易感性差异巨大：有些人有“强耳朵”，有些人则有“弱耳朵”。这意味着管理机构必须确定要保护多少人，以及多严重的听力损失可被接受。另一个问题在于，噪音对听力的影响很复杂，声音的持续时间、强度和频率都会影响受到噪音影响的人的听力。

目前，美国职业安全与健康管理局要求，噪音水平要低于90分贝，每天8小时。在90分贝以上，噪音的伤害风险大约与传递到耳朵里的能量（持续时间乘以强度）成正比。职业安全与健康管理局的规定要求，在每天8小时的标准下，每增加5分贝，推荐的暴露时间就要减半——例如，工人们不能在95分贝的环境中每天工作超过4小时；在100分贝的环境中，每天的工作时间不能超过2小时。根据这种计算方法，橄榄球迷们打破吉尼斯世界纪录的142分贝噪音环境，只能让工人每天工作15秒。当然，美国职业安全与健康管理局没有规定橄榄球比赛的噪音限制，甚至没规定美国农场的噪音水平。在农场里，青少年整天开着拖拉机和收割机，听力受损的风险很大。

在过去的60年里，听力专家们都认为，听力敏度图的常规读数足以让我们知道噪音对听力的损害程度。的确，听力敏度图可以让我们知道内耳毛细胞是否受损，而且20世纪40年代到50年代的研究表明，毛细胞是内耳中受巨大声音影响最大的细胞类型之一。

动物实验（我们自己的实验室就做过一些实验）表明，外毛细胞比内毛细胞更脆弱，耳蜗内负责感受高频声音的毛细胞要比感受低频声音的毛细胞更脆弱。而一旦毛细胞遭受损失，就永远无法再生。即便在这些细胞退化之前，高强度噪音就能够损伤细胞上的微纤毛丛，这个损伤同样是不可逆的。当毛细胞损伤或死亡时，听力阈值就会上升，你要听收音机就必须将音量调高，坐在对桌的同事叫你时也必须提高音量。

目前，没有安全的活体检验技术和成像技术，能对微小的毛细胞进行检测。这阻碍了我们对人类耳蜗损伤进行更深入的研究。由噪音引起的听力损伤的相关研究，只能在那些承诺去世后将耳朵捐献给科学研究的人群中进行。

由于这些局限的存在，听力科学家一直被这个问题困扰：听力下降是衰老过程中出现的不可避免的过程，还是由长期暴露在现代生活的喧嚣引发的问题？20世纪60年代的一项研究很有吸引力，研究人员找到一群生活环境无比安静的人，比如生活在苏丹沙漠地区的马班人（Mabaan）。70至79岁年龄段的马班人的听力测试结果要比同龄的美国人强得多。当然，这些研究并没有梳理一般美国人和典型马班人的其他区别，比如和遗传背景、饮食习惯相关的因素。

深度损伤

最近，我和同事研究了噪声对听力的影响，为理解噪声的危害提供另一个清晰的维度。长期以来，科学家和临床医生就知道，因噪音污染造成的听觉损伤中，有些可以恢复，有些则不可恢复。换句话说，有时候听力阈值可以在离开噪音污染后的几小时或几天之后恢复正常，有时则不能完全恢复，听力阈值会永远处于较高的水平。研究听觉的科学家曾经认为，如果听力敏感度恢复正常，就代表耳朵已经完全恢复了。现在我们知道，事实并不是这样。

过节时燃放的鞭炮和橄榄球比赛中观众的大吼，除了会影响毛细胞之外，还会损伤听神经纤维。在20世纪80年代，我们和其他研究人员已经证明，过于吵闹的噪音可以导致神经纤维末梢的损伤，这里正是神经纤维和毛细胞形成突触的地方。受到过度刺激的毛细胞会释放出过量的信号分子谷氨酸盐，可能导致神经纤维末梢膨胀并最终破裂。确实，在神经系统中的任何地方，过量的谷氨酸盐都是有毒的。科学家过去一般认为，因强烈噪音受损的纤维一定可以恢复或再生，因为即使在受到噪音影响后立即出现大范围的严重神经膨胀，听力阈值最后都可以恢复正常。

在我的实验室中，我们怀疑如果成年人的耳中出现这么严重的损伤，突触就不能再生。我们同样知道，由噪音引起的神经损伤并不一定会反映在标准测试的结果上，因为20世纪50年代的动物研究显示，除非听神经纤维的损伤到了灾难性的程度（超过80%），否则不会影响听力敏度图的测试结果。在安静的测试室中，你似乎并不需要很多神经纤维就可以听到测试音。打个比方，拿一张一群人的数字成像图片，然后对其反复取样，让图片的清晰度一次比一次低。随着像素密度的降低，图片的细节变得越来越模糊。你仍然能看出图上有人，但分不清谁是谁。同理，我们假设逐步扩散的神经损伤不会影响你的听声能力，但很容易让你在吵闹的餐馆里听不懂别人在说什么。

当我们在20世纪80年代开始研究由噪声引起的神经损伤时，对听神经纤维和内毛细胞之间的突触进行计数的唯一方式是使用“连续剖面电子显微技术”（serial-section electron microscopy），这种方法非常费时费力，想要分析一个耳蜗中的几个毛细胞的神经突触，就要花上大概一年时间。

25年之后，我和同事、麻省眼耳医院的莎朗·G·库加瓦（Sharon G. Kujawa）试图研究年轻小鼠是否会因声音过度刺激而加速衰老相关的听觉损失。我们对动物使用的噪音，可以让实验对象产生暂时的听力阈值上升，但并不会造成毛细胞的永久损伤。不出所料，小鼠的耳蜗在遭受“噪音污染”的几天之后看上去一切正常。6个月到两年之后，当我们再次对它们进行检查时，结果发现尽管毛细胞看上去完好无损，但听神经纤维已经出现累积性损伤。

幸运的是，自20世纪80年代以来，我们已经积累了很多新的技术，可用来探索这些突触的分子结构。现在已经有抗体可以结合在内毛细胞—听神经纤维突触的两边，并让荧光标记附着在结合点上。这些标记让我们能很容易地在光学显微镜下对突触进行计数。我们迅速积累了很多数据，结果显示，暴露在噪音环境下几天后，当听力阈值恢复正常时，听神经突触数量已经减少了一半，而且不会再生。神经元的其他部分（即细胞体和投射到脑干上的轴突）所遭受的损伤，会在几个月之内逐步显现。两年后，一半的听神经元完全消失。一旦突触被损毁，受其影响的纤维就失去了作用，不再对任何强度的声音作出反应。

过去几年里，我们记录了小鼠、豚鼠、栗鼠和人类尸体组织中因噪音导致的神经元退化。我们对动物和人耳的研究表明，在因毛细胞死亡导致的听力阈值升高之前，听神经纤维和毛细胞间的连接就已经减少了。因听神经损伤导致的隐性听力损伤，是噪音及衰老相关的听力损伤中重要的一种类型，这种观点已经被广泛接受。很多听觉科学家和临床研究者正发明测试方法，研究隐性听力损伤影响了多大范围的人群，以及我们吵闹的生活方式是否会导致在所有年龄段的人群中出现听力损伤大流行。

修复神经元

听力敏度图就像字面意思表达的那样，是听力测试的黄金标准，可以测量听力阈值，还可以精准测量耳蜗毛细胞的损伤。但它却几乎不能测定听神经纤维的损伤。我们的研究已经表明，导致隐性听力损失的神经损伤，并不会影响听到声音的能力，但更有可能损害我们理解对话和其他复杂声音的能力。事实上，它可能导致老年人常出现的症状：“我能听见别人说话，却听不清他们说什么。”

听力专家很久以前就知道，即使两个人在听力敏度图测试中获得了相似的分数，他们在噪音语音测试（speech-in-noise test）中可能表现得完全不同。噪音语音测试可以记录他们在逐步增加的背景噪音中分辨出的单词数量。此前，听力学家把这种现象归因于脑部处理过程的差异。我们的研究则认为，这很大程度上是因为不同的人的听神经纤维数量有差异。

隐性听力损失理论还有助于解释其他一些与听觉相关的症状，包括耳鸣和听觉过敏（hyperacusis，不能忍受响度适中的平和声音）。即使听力敏度图正常，也有可能出现这些疾病。过去，科学家和医生仍旧认为这些听力敏度正常的患者存在脑部疾病。我们认为受损的部位可能是听觉神经。

我们的研究发现，正常范围内的声响（比如音乐会、酒吧和耳机）也有风险。尽管职业音乐家（即使是古典音乐家）无疑更容易出现因噪音导致的听力损伤，但针对业余音乐爱好者的流行病学研究却一直没能找到他们的听力敏度图受到明显影响的证据。目前，减少噪音副作用的规定都基于以下假设：如果受到噪音影响后的听力阈值恢复到正常水平，那么耳朵的听觉功能也就完全恢复了。但就像我们的研究显示的那样，这种假设是错误的。所以，现有的噪音管理条例无疑不够完整，不能预防因噪音导致的大范围神经损伤，以及因之导致的听力损伤。

为了解决这个问题，我们需要更好地诊断尸体组织中听觉神经损伤和突触数量短缺的方法。有一种方法很有希望。它基于现有的测量听觉神经元电活动的方法，也就是脑干听觉电反应法（auditory brain stem response，简称ABR）。这种方法是指在醒着或睡着的实验对象颅骨上放置电极，测量他们对不同音调和声响的电活动（脑电图）反应。历史上，脑干听觉电反应法主要作为通过性测试：如果受试者对一个声音作出了明显的电反应，就被认为听力正常；如果没有反应，就被认为有证据表明听力受损。

我们通过动物研究，发现用脑干听觉电反应法测量高音反应时，反应幅度中蕴藏了很多信息：反应强度与正常连接内毛细胞的听神经纤维数量成正比。与此相应，在我们的研究启示下，一些科学家最近做了一项相关的研究，研究对象是一组听力阈值正常的英国大学生。研究人员使用了修改后的脑干听觉电反应法，他们发现，那些经常出现在嘈杂酒吧和音乐会现场的学生，在测试中的反应幅度要小一些。

为了治疗隐性听力损伤，我们现在希望知道是否可以用化学物质治疗存活的神经元，让神经纤维重新生长，并重新建立神经元和内毛细胞间的连接，从而逆转因噪音引发的听力退化。尽管在噪音暴露后，突触会被立刻破坏，但神经剩下的部分（神经元细胞体和轴突）会慢慢消失。所以，我们觉得有希望让很多自愿者恢复正常的听觉功能。我们在动物实验中直接向实验对象的内耳注射神经营养因子（可以保护神经元的蛋白质），获得了不错的结果。

也许，我们很快就能向中耳注射可以缓慢释放神经营养因子的凝胶，从而让数月甚至数年之前就受到噪音影响的突触得到恢复，并通过这种方法治疗隐性听力损伤。这种方法也可以在受到噪音影响后立刻应用，比如用于2013年波士顿马拉松比赛终点附近的炸弹爆炸事件后。在那次事件中，超过100名观众出现了听力损伤的症状。在未来，耳科医生也许可以用侵入性很低的方法把药物给到耳蜗里，治疗因噪音导致的听力损伤，就像眼科医生用激光手术矫正近视眼一样。