「慧创SCI精粹」《Science》子刊！北师大牛海晶团队× 北京儿童医院刘海红团队破解听力损失婴儿大脑“偏侧化”密码！

发布时间：2025-11-26 18:15:32 浏览量：36

慧创fNIRS

北京师范大学牛海晶团队与北京儿童医院刘海红团队联合在《Science》子刊，国际顶级学术期刊《Science Advances》上发表重要研究成果。研究采用慧创近红外脑功能成像系统，首次系统揭示了先天性听力损失婴儿在大脑功能网络偏侧化发育中的异常轨迹，为早期听觉干预提供了重要神经影像学依据。

在本研究中，解析先天性听力损失婴儿大脑功能侧化的发育轨迹，是揭示早期听觉经验如何塑造人脑高级功能组织的关键，但由于研究对象为婴儿，其难以配合、头动频繁且处于快速发育期，难以在自然睡眠中捕获全脑网络连接的稳定信号。此外，为了构建具有发育敏感性的半球间效率不对称指标，需在个体婴儿水平实现双侧脑网络的高精度、同步对比，这对信号质量、稳定性和脑区覆盖完备性提出了极高要求。

慧创近红外脑功能成像设备凭借核心技术突破这些难题：慧创攻克亚洲人黑头发成像难题，实现全脑成像，30 秒即可获取全脑优质信号，大幅压缩采集准备时间；慧创针对儿童群体头型差异大、皮肤娇嫩等研究痛点，特别研发新、婴、幼、学全系列儿童专用头帽 —— 通过贴合不同年龄段头围曲线的定制设计、柔软亲肤的材质选择，以及便捷的佩戴调节方式，让婴幼儿也能舒适快速完成采集；更以超高灵敏度，捕捉婴幼儿自然睡眠状态下的微弱脑血流信号，稳定提取功能连接特征。

正是这三者的协同突破，使慧创非常荣幸能为婴儿听力损失等前沿脑发育研究提供技术平台，为婴儿大脑发育的研究提供了神经影像学依据。

听觉经验在婴儿早期大脑发育中起着至关重要的作用，但关于听觉剥夺如何影响功能网络的侧化发展仍知之甚少。先天性感音神经性听力损失（SNHL）婴儿在生命最初几个月缺乏正常的听觉输入，这可能干扰大脑半球间的功能分化与整合。本研究通过采集3至9个月SNHL婴儿的静息态fNIRS数据，旨在揭示早期听觉缺失对大脑功能网络不对称性发育的影响，为理解感觉与语言经验在大脑偏侧化形成中的作用提供基础。

北京师范大学牛海晶团队和首都医科大学附属儿童医院刘海红在国际顶级学术期刊《Science Advances》发表了题为“Developmental alterations in brain network asymmetry in 3- to 9-month infants with congenital sensorineural hearing loss”的研究成果。

该研究采用慧创近红外脑功能成像设备，探讨了患有先天性感音神经性听力损失(congenital sensorineural hearing loss, SNHL) 且未接受早期手语输入的婴儿大脑半球网络不对称的早期发育轨迹。这些发现有助于理解感官和语言体验如何影响早期大脑侧化，并对理论和临床实践具有重要意义。

发表期刊

Science Advances

影响因子

12.5

使用设备

慧创NirSmart

方法

本研究共纳入52名年龄为3至9个月的先天性SNHL婴儿和60名年龄和性别匹配的 TD婴儿。所有婴儿均在交叉核对原则的指导下接受了全面的听力学诊断。诊断测试包括 ABR、听觉稳态反应 (ASSR)、畸变产物耳声发射 (DPOAE) 和声阻抗。这些测试是在睡眠剥夺方案诱导的自然睡眠期间进行的，在此期间婴儿在测试前被剥夺睡眠约4小时。

fNIRS数据采集

使用连续波近红外光学成像仪（NirSmart，慧创）测量婴儿大脑皮层的血流动力学变化。氧合血红蛋白（HbO）和脱氧血红蛋白（HbR）在近红外波长区域具有不同的吸收光谱。探针阵列由24个光源和16个探测器组成，它们以最近距离3 cm交错，共产生64个测量通道，覆盖每个半球的额叶、颞叶、顶叶和枕叶区域。

图1 fNIRS探头排列

结果

SNHL 和 TD 婴儿半球网络的有效小世界特性

小世界特性是人脑网络的重要特征，有助于高效地分离专门的信息处理并跨区域整合信息。对于 SNHL 和 TD 婴儿的每个皮层半球，构建了功能连接网络并计算了它们的小世界属性。从视觉上看，与TD婴儿相比，SNHL 婴儿的左半球或右半球网络内的功能连接普遍下降（图2A）；然而，与 TD 婴儿相似，SNHL 婴儿的网络组织表现出典型的小世界特性。具体而言，每组左半球或右半球网络的全局效率几乎相当于它们各自匹配的随机网络的全局效率，而网络局部效率大于它们匹配的随机网络的局部效率。这些模式导致归一化的全局效率约等于 1，归一化的局部效率大于 1，这是小世界拓扑的典型特征（图2 B 和 C）。小世界特性表明SNHL和TD婴儿的大脑网络对于全局信息传输和局部信息处理都是有效的。

图 2 TD和先天性SNHL婴儿的功能网络功能连接图和小世界网络特征。

(A) SNHL 和 TD 婴儿的全脑功能连接图。(B) SNHL 和 TD 婴儿左右半球的功能连接图。(C) 功能网络的小世界特性。误差线表示每个子组的标准误 (SE)。

全局和局部网络效率的半球不对称性的发展变化

大脑半球不对称差异

大脑半球不对称是人类大脑的基本组织原则，并被认为是神经发育成功的标志。因此，研究了TD和SNHL婴儿在发育过程中网络效率指标（例如全局效率，Eglob；局部效率，E loc）的大脑半球不对称性。计算了全局效率和局部效率的不对称指数 (AI) 来检查两组中与年龄相关的变化。对于全局效率，一般线性模型 (GLM) 分析显示各组之间的发展轨迹存在显著差异，大脑半球不对称与组别×年龄有显著交互作用。事后分析显示，TD 婴儿的大脑半球不对称性显著发育增加，但SNHL婴儿的变化不显著 (图 3A )。对于局部效率，研究还发现，在半球不对称性方面，组别×年龄交互作用显著。事后分析显示，TD婴儿的半球不对称性呈发育性增加趋势，而SNHL婴儿的半球不对称性变化不显著（图 3B）。

3TD 和先天性 SNHL 婴儿的大脑半球网络发育差异。（A）全局效率(E glob)不对称指数(AI)的发展比较。（B）局部效率(E loc)不对称指数(AI)的发展比较。

半球效应

为了进一步检验网络效率的发展差异是否因组别或半球而异，我们重新进行了GLM分析，包括组别（TD 和 SNHL）、半球（左和右）、年龄（月龄）以及所有双向和三向交互作用。在全局效率和局部效率中均观察到显著的组别×半球×年龄交互作用效应。为了阐明与双向交互作用相关的效率指标的发展差异，我们对每个组分别进行了 GLM 分析，包括半球、年龄和半球×年龄交互作用（图4，A 和 B）。该分析有助于确定观察到的左侧化是由于左半球的加速发育还是右半球的延迟成熟。

结果显示，在 TD 婴儿中，半球 × 年龄交互作用对全局效率有显著影响，对局部效率有略微显著的交互作用，而在患有先天性 SNHL 的婴儿中未观察到显著结果。进一步分析显示，TD婴儿左半球的全局效率和局部效率均表现出显著的发育提高，而右半球在这两个效率测量上没有观察到显著的发育变化（图4A）。在 SNHL 婴儿中，左半球的两个指标均出现了略微显著的发育下降，但右半球没有出现这种下降(图 4B )。这些结果表明，左半球网络全局和局部效率的发育中断最终导致了发育缺陷，使得先天性 SNHL 婴儿没有出现左侧不对称。

4全局效率（E glob）和局部效率（E loc ）的发展差异。

（A） TD 婴儿左右半球E glob和E loc发育比较。（B） SNHL 婴儿左右半球E glob和E loc发育比较。

区域节点效率的半球不对称性的发展变化

大脑半球不对称差异

随后，评估了TD和SNHL婴儿额叶、颞叶、顶叶和枕叶区域平均节点效率半球不对称性的年龄相关变化。仅在额叶区域观察到显著的组别×年龄交互作用，导致节点效率半球不对称性。事后分析显示，TD婴儿的不对称性与年龄呈显著正相关，而SNHL婴儿则未发现这种关联（图5 A）。对于其他皮质区域，未发现显著的组×年龄相互作用。

5TD 和先天性 SNHL 婴儿区域节点效率的发育差异。

（A）额叶节点效率的AI发展比较。（B）TD和SNHL左右半球额叶节点效率的发展比较。

半球效应

对于额叶区域，进一步研究了组别×半球×年龄交互作用对平均节点效率的影响，发现平均节点效率存在显著的交互作用。为了进一步阐明这种三向交互作用，对每个组分别进行了广义线性模型（GLM）分析，包括半球、年龄及其交互作用。

在TD 婴儿中，观察到显著的半球 × 年龄交互作用，事后分析显示左半球节点效率显著发育增加，但右半球无变化（图 5A）。在 SNHL 婴儿中，未发现显著的交互作用。两个半球均未显示节点效率的发育变化（图 5B）。

SNHL 婴儿亚组分析：听力损失严重程度对网络侧化的影响

为了探究听力损失严重程度如何影响大脑网络侧化，我们根据听力损失严重程度将患有SNHL的婴儿分为三组：轻度（n= 20）、中度至重度（n= 15）和极重度（n= 15）。随后进行广义线性模型（GLM）分析，将听力损失严重程度、半球（左/右）及其相互作用（严重程度×半球）作为因子，以大脑网络效率指标作为结果变量。

全局和局部效率

对于全局效率，观察到严重程度×半球交互作用略微显著，而局部效率无显著交互作用。事后分析表明，轻度听力损失的婴儿左半球的全局效率显著高于右半球，而在中度至重度或极重度组中未发现半球差异（图 6A）。