获取提高正常生长的婴儿听觉或视觉的方法与系统

摘要

本发明涉及一种获取提高正常生长的婴儿听觉或视觉的方法与系统。本发明涉及用于筛选中枢听觉处理缺陷的高危婴儿以及然后采用适应性训练系统对低效率处理进行行为上的修复治疗，逐渐提高对快速发生的刺激流敏感性的方法和装置。

说明书

本公开要求根据美国法典第35篇第119条(e)于2006年10月13日提交的美国临时申 请60/851,851的优先权。该临时申请的教导在此以其全文并入本文，而不会与本申请的教 导相冲突。

技术领域

本发明总体上涉及改善正常发育的婴儿语言学习的获取提高正常生长的婴儿听觉或 视觉的方法与系统。

背景技术

早期生活经验看起来对成熟中的大脑有着重要而长远的影响。在出生后神经系统接受 能力特别高的短暂但是极端的时段，其通常被称为关键期(Wiesel & Hubel，1965；Simons &  Land，1987)，经验-依赖性的可塑性(experience-dependent plasticity)有助于成年大脑皮层 的稳定的知觉偏差(de Villers-Sidani，Chang，Bao，Merzenich，2007)。

对婴儿的纵向研究使得人们可以洞察语言学习障碍(LLI)的病因。从出生开始，婴 儿就拥有非常复杂的声学能力，使其感知语言以及非语言声音。这种现象使得在口头语言 出现之前对语言学先质进行良好研究。已经表明，对于这些早期先质(诸如快速听觉处理) 任务的成绩水平可以预测16个月、24个月和36个月龄的语言技能。

较低水平的处理能力将会影响以后语言表现的机制很可能发生在发育早期，此时，声 学和音学映射正在构建。随着时间推移，较差地编码表示法的累积效应可能会导致语言能 力的延迟或障碍。然而，如果早期干预能成功提高早期听觉处理效率，就有可能减少或消 除后期的语言障碍。由于与婴儿语言相关的技术池相当小的事实，本领域的进展受到阻碍。

一个这样的例子就是婴儿牙牙学语毯(Baby Babble-Blanket，BBB)，它是所开发的 给婴儿和发育迟缓儿童提供一种器械的系统，该器械使他们能与环境沟通或能控制环境。 当婴儿躺在毯子上时，可以使用简单的运动诸如滚动头部或抬高腿部来激发数字化的声 音。BBB于预用来训练具备有限身体能力的5个月龄儿的因果关系，并且发现它能成功提 高对母亲声音的反应的转换激活作用(switch activation)。

涉及婴儿沟通的另一个项目是早期发声分析仪(EVA)，EVA是能自动分析婴儿发声 的数字化录音的程序。EVA的首要目标是用标准化的方式分析前语言表达方式以消除人为 编码的错误。通过比较正常的婴儿和不同病因的高危婴儿的前语言表达方式，EVA还可以 用于评估和可能预测后期的语言障碍。然而，EVA主要关注口头语言障碍的检测，而不能 充分解决与对高危儿童的接受性和表达性语言缺陷的识别相关的问题。

因此，还需要可用于婴儿修复治疗的新方法。有婴儿被诊断为语言学习障碍的家庭将 会对这样一种可以作为校正或预防婴儿同胞的技术(界面)非常感兴趣。有语言学习障碍 病史的家庭中出生的婴儿，患有这种疾病的风险非常高。大部分公众对于可以支持最佳语 言发展的界面设备会有兴趣。

据估计，约20％的学前儿童和学龄儿童都患有语言缺陷。大于50％的表现出早期特别 是对语言障碍的儿童会发展成诵读困难，诵读困难是一种与读写领域的终生困难相关的疾 病。

因此，本领域需要用于筛选语言学习障碍高危小婴儿以及一旦确诊后治疗该病的方法 和系统。

发明概述

本发明克服了现有技术中的上述或其他缺陷，一方面提供了一种获取用于提高正常生 长的婴儿听觉或视觉信息处理数据的方法，其包括：a)给予所述婴儿听觉刺激序列，所述刺 激序列包括至少一个对照刺激和至少一个试验刺激，其中所述至少一个对照刺激在振幅、 频率、音高和持续时间中的至少一项不同于所述至少一个试验刺激，所述至少一个对照刺 激和所述至少一个试验刺激各自在约1ms到约3s之内给予，所述婴儿习惯于所述至少一 个对照刺激；以及b)记录所述婴儿对所述至少一个试验刺激和所述至少一个对照刺激的 反应。在本发明的一套实施方式中，该婴儿对该至少一个试验刺激的反应是操作性条件行 为反应。在本发明的一些实施方式中，所述至少一个对照刺激和所述至少一个试验刺激是 复合刺激，其包含多个被填充的或未填充的(filled or unfilled)时间间隔分隔的感觉组分， 所述时间间隔约10^-3秒到约1秒；并且其中所述复合刺激被比在一个刺激内分隔组分的时 间间隔更长的时间间隔分隔。

另一方面，本发明提供了一种获取提高正常生长的婴儿听觉或视觉的方法与系统，其包 括：a)能发射听觉刺激序列的声音发射装置，所述刺激包括至少一个对照刺激和至少一个 试验刺激，其中所述至少一个对照刺激在振幅、频率、音高和持续时间中的至少一项不同 于所述至少一个试验刺激，所述至少一个对照刺激和所述至少一个试验刺激各自在约500 ms到3秒之内给予，以及b)可操作地连接到所述声音发射装置的处理器；c)可操作地连 接到所述处理器的输入装置，所述输入装置能启动或调节所述听觉刺激序列，并且能够与 所述至少一个试验刺激结合，启动加强刺激；以及d)适于记录所述小婴儿对所述至少一 个试验刺激或所述至少一个对照刺激的反应的记录器。

第三方面，本发明提供了一种体现在计算机可读介质上的用于提高正常生长的婴儿听 觉或视觉信息处理数据的计算机程序产品，其包括：a)计算机编码，用于启动给予第一听 觉刺激模式，该刺激包括至少一个对照刺激和至少一个试验刺激，其中该至少一个对照刺 激在振幅、频率、音高和持续时间中的至少其中之一不同于该至少一个试验刺激，该至少 一个对照刺激和该至少一个试验刺激各自在约10^-3秒到约1秒之内给予；b)一种计算机编 码，记录所述小婴儿对该至少一个试验刺激和该至少一个对照刺激的反应；c)一种计算机 软件，其为该计算机程序用户提供反馈。

附图说明

图1是用于诊断和修复治疗婴儿听觉处理缺陷的听觉刺激的实例图解。

图2是由体现本发明的装置传送的刺激的示例性序列图。

图3是阐明本发明方法“熟悉”序列的框图。

图4是阐明本发明方法“训练”序列的框图。

图5是阐明本发明方法“标准”序列的框图。

图6是阐明本发明方法“试验”序列的框图。

图7是阐明本发明方法“干预”序列的框图。

图8阐明了采用自动视线跟踪界面的本发明实施方式的示例性装置。

图9阐明了在本发明的一个实施方式中采用自动视线跟踪界面呈现给婴儿的视觉刺激 样本。

图10描述了婴儿快速听觉处理能力(6-9个月)是如何预测其5岁时语言评估上的表 现。

图11描述了婴儿快速听觉处理能力(6-9个月)是如何预测其7岁时语言评估上的表 现。

图12阐明了三组具有对快速序列音的变化的被动暴露和主动行为训练的婴儿对标准 刺激的脑电波反应。

图13阐明了三组具有对快速序列音的变化的被动暴露和主动行为训练的婴儿对标准 和变异刺激的脑电波反应。

公开实施方式的具体描述

为了更好地理解本发明，提供如下定义：

术语“缺陷”(“deficit”)或“缺陷”(“deficiency”)是指在给予本发明的方法时偏离正常 反应。该缺陷不一定是病理性的。

术语“小婴儿”包括不到约两岁的儿童/幼儿，假定该儿童/幼儿是足月出生的。如果儿童 /幼儿早产，则这种婴儿/幼儿在正常妊娠(40周)和实际妊娠的时间差上也可以大于两岁。

术语“正确反应”是指对试验刺激存在条件反射以及对对照刺激缺乏条件反射。

术语“记录器”是指可以评估小婴儿对听觉刺激反应，并且在某些实施方式中可以用于 跟踪(诸如存储和/或处理)这些反应的装置。

术语“试验刺激”是指与对照刺激不同的刺激，其中婴儿对试验刺激的反应是或者预期 是操作性驱动的。

术语“对照刺激”是指预期婴儿对其习惯的刺激。

术语“被动暴露(PE)”是指将小婴儿在多个时期暴露于设置了相同多组的听觉刺激的自 由场所。

术语“主动行为训练(ABT)”是指使用操作性条件的转头程序的辨别训练。

模式化的听觉输入看起来在婴儿早期对初级听觉皮层中塑造神经处理和解码环路发 挥关键作用(Bao，2003，Kilgard&Merzenich，1998；Zhang等，2001，2002)。因此，婴儿早期 作为皮质可塑性的基础的神经机制不同于较大儿童和成年人的，干预技术一定特异性地适 于这个年龄群体。

本发明的方法和系统可以在获得语言前，“正规化”或最优化基于语言的学习障碍的高 危小婴儿的信息处理。因此，可以减轻或完全防止语言混乱的发生。这样的技术还可以 在甚至正常发育的婴儿中，支持对传入的声学(和视觉)信息的更有效的、最佳的处理。

本发明提供了机会来鉴别语言发育不良的高危婴儿以及随后通过改善其对正在发生 的快速、系列的声学信息的处理来对其进行非常早期的修复治疗(2岁以下，或者更优选 12个月以下，或者更优选为6个月以下，或者最优选为约3个月到约5个月之间)。这种 早期的非语言处理是在发育的大脑中精确建立最初的语言映射的必须完成的重要基础。

发明人的研究显示，采用被动暴露范例(使用适当的刺激参数)(Ortiz-Mantilla， Chojnowska，Choudhury&Benasich，2006)和可能采用集中的(converging)主动范例(如操 作训练)和眼睛跟踪导向的计算机化的操作条件训练的进一步治疗的这种治疗是可能的。

因此，从大的方面来讲，本发明提供了一种筛选和改善小婴儿信息处理缺陷的方法。 通常，这种方法是通过几个步骤来实现的。首先，给予婴幼儿对照刺激模式。优选地，该 模式包括完全相同的刺激，即完全相同的声音。然而可以理解的是这些对照刺激可以单独 给予或分组给予，诸如以两个、三个、四个等的序列给予等。在本发明中，只是为了简洁 起见，只讨论了成对刺激。一对刺激内的刺激可以被内部刺激间隔(也称ISI)分隔，该内 部刺激间隔为约1毫秒到约1秒，优选地为约10毫秒到500毫秒，或者约70毫秒到约300 毫秒。这些刺激对被试验间时间间隔(也称ITI)分隔，该时间间隔应足够长以使婴儿能 够区分随之发生的刺激对，该时间间隔通常为约0.5秒到约3秒。在一个实施方式中，试 验间时间间隔取决于复合对照刺激持续时间(CCSD)，它包括所有感觉组分和填充或未填充 的刺激间间隔的持续时间。因此，试验间时间间隔可以按公式ITI＝X×(CCSD)计算， 其中X大于1.5。因此，ITI至少是CCSD的1.5倍长，可能是CCSD的2倍长或3倍长 等等直至约10倍长。该模式可以包括约2对到约10对刺激。

一旦婴儿习惯了对照刺激，就可以实施第二步骤。将不同刺激——即试验刺激——加 入到对照刺激序列中。在图1所示的一个完全示例性的实施方式中，新的序列包括复合对 照刺激(刺激A(101))，它具有两个完全相同的声音组分；以及复合试验刺激(刺激B (102))，它具有两个组分，其中一个或多个组分与复合对照刺激的组分不同。复合对照刺 激与复合试验刺激应该在各自的特性上——诸如，举例来说，音高、频率、持续时间和振 幅——至少有一个不同。在一个实施方式中，试验刺激与对照刺激在频率以及在音高和持 续时间中的至少一项中不同。

在图2所示的一个示例性的实施方式中，通常所给予的复合对照刺激(刺激A)是复合 试验刺激(刺激B)的约5倍多。加强刺激与刺激B结合给予。加强刺激的设计取决于多种 变量，诸如，举例来说，婴儿的年龄和婴儿的喜好。例如，对于年龄较小的受试者(如小 于6个月)，该加强刺激可以包括适合该婴儿年龄的视频，该加强刺激的来源优选地设置 在需要该婴儿移动眼睛朝向播放视频的屏幕的位置。对于年龄较大婴儿(如大于6个月)， 该加强刺激的来源可以设置在需要该受试者移动他或她的头部朝向该加强器的位置。可选 择地，较大组(如大于9个月)可以被教育根据试验刺激的正确识别情况，执行启动加强 刺激出现的任务。例如，一旦婴儿听到试验刺激，他/她触动按钮或面板，并给予加强刺激 (例如，播放视频或音乐)。

图3说明了本发明的方法中熟悉阶段的一个示例性实施方式。在区块301中，出现了 听觉刺激A(101)。区块302代表每个听觉刺激出现之间无声的试验间间隔；在序列的每个 给予内，ITI的持续时间保持恒定。在判定区块303处，返回到区块301-302，重复听觉刺 激A或进行到区块304。在区块304中，出现了听觉刺激B(102)。当听觉刺激B出现时， 加强刺激(区块305)立即被激活。当加强刺激结束时，进行判定区块306。在判定区块 306中，做出判定以返回到区块301并继续该序列，或者进行到结束(区块307)并进行 下一序列。将熟悉序列(区块301-306)重复预定的次数，以将婴儿暴露至听觉刺激B和 加强刺激的刺激对。在给予本方法过程中，通常在任何额外的序列之前进行熟悉序列。

在婴儿认识到加强刺激与试验刺激(刺激B)相伴随之后，进行训练阶段。图4举例 说明了训练阶段的一个实施方式。在区块401中，出现听觉刺激A(101)。区块402代表每 个听觉刺激出现之间无声的试验间间隔；在序列的每个给予内，ITI的持续时间保持恒定。 在判定区块403处，返回到区块401-402，重复听觉刺激A或进行到区块404。在区块404 中，出现听觉刺激B(102)。当听觉刺激B出现后，进行到判定区块405。在判定区块405， 如果婴儿没有出现条件反射，进行区块406。在区块406，指定的无声暂停时间与出现在 进行到区块407之前的无声的试验间间隔(402)相等，其中加强刺激出现在区块407。然而， 如果婴儿预测到加强刺激的出现并且正确地表现出条件反射(判定区块405)，则会立即出现 加强刺激(区块407)。当加强刺激结束时，进入判定区块408。在判定区块408中，做 出判定返回到区块401并继续序列，或者判定结束(区块409)并进行下一序列。重复序 列(区块401至408)，直到婴儿能正确预测所递送的测试试验的预定比例。同样的听觉 刺激、无声暂停时间和加强刺激常用于熟悉(图3)和训练(图4)阶段。

参考图5的举例说明，框图显示了阐明本方法的标准序列。在区块501中出现听觉刺 激A(101)。区块502代表每个听觉刺激出现之间无声的试验间间隔；在序列的每个给予内， ITI的持续时间保持恒定。在判定区块503，有3个可能进行的方向：返回到区块501-502 重复听觉刺激A，进入区块504，或进入区块511。在区块504，出现听觉刺激B (102)。 听觉刺激B出现后，进入到判定区块505。在判定区块505，如果婴儿没有表现出条件反 射，进行区块506。在区块506，出现与无声的试验之间间隔(502)时间相等的无声暂停， 并且在进行到出现加强刺激的区块509前，出现评分区块508(未击中)。然而，如果婴儿 预测到加强刺激的出现并正确地表现出条件反射(判定区块505)，则出现评分区块507(击 中)并且立即出现加强刺激(区块509)。当加强刺激结束时，进行判定区块510。

按照随机时间表，本方法在判定区块503可能偏离上述序列，该序列将以区块504中 出现的相同频率行进到区块511。在区块511，出现听觉刺激A，随后出现与区块502中相 同的无声的ITI(区块512)。如果婴幼儿在此期间没有表现出条件反射，本方法将在评分区 块515中记录为“正确否定”并返回到判定区块510。如果婴幼儿在区块512过程中没有表 现出条件反射，本方法将在评分区块514中记录为“虚警”并返回到判定区块510。

重复序列501-510直到婴幼儿正确地预测所递送试验的预定比例，此时标准序列评价 为“及格”。正确反应必须是“击中”与“正确否定”的组合，其中这些反应的比例要明显高于 “错误”和“虚警”的百分比。如果婴幼儿在固定的试验次数内没有超过设定的正确反应的阈 值，则标准序列评价为“不及格”。

参考图6的说明，框图显示了说明本方法的试验序列。例如，在一个说明性实施方式 中，预想三种差别水平：基本、中等和困难。如果试验的刺激内间隔(ISI)不同，在基本难 度水平，对照刺激和试验刺激的ISI都相对较长(例如300ms)；在中等水平，ISI应为较短 的持续时间(例如100ms)；在困难水平，则ISI为相对更短的持续时间(例如40ms)。应用 参考图6的这一例子，在区块601中，使用表现为困难水平的听觉刺激给予如图5中的标 准序列。如果婴儿在标准序列得到了“及格”(602)的分数，则进行区块603，并使用困难水 平的听觉刺激开始干扰序列(图7)。如果婴儿在标准序列得到了“不及格”(604)的分数， 则进行区块605并使用表现为中等水平的听觉刺激给予如图5中的标准序列。如果婴儿在 标准序列得到了“及格”(606)的分数，则进行区块607，并使用表现为中等水平的听觉刺激 开始干扰序列(图7)。如果婴儿在标准序列得到了“不及格”(608)的分数，则进行区块609 并使用表现为基础水平的听觉刺激给予如图5中的标准序列。如果婴儿在标准序列得到了 “及格”(610)的分数，则进行区块611，并使用表现为基础水平的听觉刺激开始干扰序列(图 7)。如果婴儿在标准序列得到了“不及格”(612)的分数，则进行区块613并中止过程。以 如图4的训练程序开始下一过程。

婴儿在训练序列通过的最终难度水平应当看作本方法干扰序列的基线处理指标。

参考图7的举例说明，框图显示了说明本方法的干扰序列。在区块701，使用该婴儿 基线处理指标的听觉刺激给予如图3的熟悉序列，基线处理指标是在试验序列(图6)或 者之前的干扰序列期间确定的。进行区块702并且给予如图5的标准序列。如果婴儿及格， 进行评分区块703，然后增加按预定的增量(区块704)增加刺激水平的难度。如果在区 块702，婴儿未能通过标准序列，则进行评分区块705，并根据小于区块704增量的预定 的减量来降低刺激水平的难度(区块706)。当两个连续的标准区块都不及格时，在判定 区块707，给予探测试验(区块708)。探测试验是由使用婴儿目前的基线处理指标的标 准序列组成。如果婴儿及格(区块709)，则返回至判定区块707并重复探测试验直至两 次。如果婴儿在决判定区块707有三次连续的不及格记录，或者5次非连续的不及格记录， 则进行区块711并中止疗程。可以另选时间使用前一疗程中及格的最高难度水平再继续干 扰过程。

早期生活经验看起来对成熟中的大脑有着重要而长远的影响。在出生后神经系统接受 能力特别高的短暂但是极端的时段，其通常被称为关键期(Wiesel&Hubel，1965；Simons& Land，1987)，经验一依赖性的可塑性有助于成年大脑皮层的稳定的知觉偏差(de  Villers-Sidani，Chang，Bao，Merzenich，2007)。

大鼠听觉皮层的关键期在以P11-P12的低阈值听力开始后，并且延续时间不超过大鼠 出生后的第一个月(Zhang等，2001)，然而，目前为止，在包括人类婴儿的任何其他哺乳动 物物种中，该关键期的开始和持续时间尚未确定。然而，使婴儿对于快速时间组分变得敏 感被认为对于有效率的听觉处理非常重要，更可能在发育中的听觉皮层的经验一依赖性修 正的这个早期关键期完成。

小婴儿皮层的皮层可塑性机制被认为是由基底核和基底前脑驱动的(正如大鼠研究表 明)，因此，参与婴儿的神经机制与较大儿童和成人的机制假说不同。

大量学者一直在使用动物模型——主要是大鼠——来研究听觉皮层的组织和可塑性 (Bao等，2003；Percaccio等，2005；Zhang等，2001)。近期研究结果强烈提示存在着早期“关键 期”，在期间听觉皮层的经验依赖性竞争修正产生了有效时间模式的组织(Katz&Shatz， 1996；Zhang等，2001，2002)。具体而言，模式化的听觉输入看起来在婴儿早期对于主要听 觉皮质中神经元处理的成型和回路的解码起着关键作用。因此，竞争性神经元活性对于决 定Al(初级听觉皮层)神经元时谱结构(spectro-temporal structures)(Zhang等，2001)的神 经回路的成型起着特别重要的和指导性的作用，并且这种作用可能是由基底核和基底前脑 的胆碱能投射来控制的(Bao，2003，Kilgard&Merzenich，1998)。虽然该关键期的界限在人类 婴儿还不确定(de Villers-Sidani等，2007)，但是婴儿早期是指导发育中的大脑建立精确有效 的时谱途径的理想时间，该途径对于语言获得非常关键。研究表明在婴儿期诱导皮层可塑 性的神经机制与较大儿童和成年人的机制不同。

因此，当本发明的方法应用于小婴儿时是非常有益的，并且被认为给他们大脑的发育 提供长期的积极影响，产生更好的认知和语言表现。另外还可以认为语言学习障碍(“LLI”) 的高危小婴儿将从本发明受益最大。这种LLI高危婴儿可以根据多种因素确定，其包括根 据本发明某些实施例的试验结果和/或LLI家族史的存在和/或早产或低出生体重的存在。

本发明的方法可以通过多种系统实施。例如，通常，系统包括能发射如上所述所期望 声音模式的声音发射装置；可操作地连接到所述声音发射装置的处理器；输入装置，其可 操作地连接到所述处理器并能启动或修改听觉刺激模式，也能启动加强刺激；以及记录器， 其适于记录婴儿对至少一个试验刺激的反应。

适合本发明的声音发射装置是已知的。该装置适合的非限制性例子是扬声器，其可以 与个人计算机，例如膝上型计算机或桌上型计算机连接。输入装置可以是改良的具有多个 键的键盘。推动不同的键可以启动不同模式的听觉刺激和/或加强刺激。该系统可以进一步 包括至少一个显示器。在该实施方式中，加强刺激可以是，最适合的是，视频(如卡通片)。

系统的记录器的选择取决于训练程序。例如，如果训练是进行眼睛凝视的变化，则可 以使用视频相机或数码相机来跟踪眼睛运动。可以使用本领域已知的合适软件来处理相机 获得的图片。可选地，或者除了相机之外，可以记录生理反应，诸如，举例来说，如本发 明实施例所述的某些大脑区域的大脑活动。在另一个实施方式中，眼睛运动或头部运动可 以由人类观察者记录，或者肌肉活动的电生理学检测来记录。

还在另一个实施方式中，单一装置可以执行输入器和记录器的功能。例如，在另一个 实施方式中，婴儿可以被训练成接触按钮或面板或者执行另外的动作来响应试验刺激。在 正确时间接触按钮或面板的动作可以启动听觉刺激的新模式，记录正确反应，并给予加强 刺激。可选地，如果在不正确的时间(如在对照刺激之后)推动按钮，或者如果在正确时 间没有推动按钮，则该反应被记录为不正确反应。

在其他非限制性实施方式中，本发明的系统可以包括计算系统，它可以以计算机服务 器、计算机网络工作组或任何本领域已知的或者之后设计的其他适合形式实施。另外，用 户(如看护或婴儿)可以通过任何适合的计算系统或输入和/或显示装置(诸如个人计算机、 个人数字助理、掌上计算机、膝上型计算机、笔记本计算机、信息服务亭、移动电话和/ 或类似物)与该系统交互作用。另外，用户的计算系统可以通过任何适合的数据通讯网络 最终与本发明的系统相连。用户和系统间的通讯可以通过任何合适的通讯方式实现，诸如， 举例来说，电话网络、公共交换电话网、内部互联网、因特网、外联网、广域网、局域网、 无线通讯、卫星通讯和/或类似方式。例如，所述网络可以是公共网络，其被认为是不安全 的并对窃听者开放的。在一个实施方式中，所述网络体现为因特网。在这种情况下，计算 机(如用户和/或系统)可以或不必在所有时间连接到因特网。例如，计算机可以使用调制 解调器不定期连接到因特网上，或者可以永久地连接到因特网上。应注意到所述网络可以 以其它类型的网络例如交互视频(ITV)网络实施。

图8说明的是本发明的系统的一个非限制性例子——自动化的视线跟踪系统。该实施 方式包括具有一个或多个显示屏(802，803)的微型计算机(801)、耳机扬声器(aural  loudspeakers)(804)、眼睛图像相机(805)和递送本方法以及通过跟踪婴儿眼睛来识别婴儿 视觉注意点的必要的硬件和软件组分。

在本实施方式中，婴儿坐在高椅上，与眼睛图像相机、显示屏和扬声器保持适当距离。 听觉刺激A(101)和刺激B(102)根据本发明的规则持续地从扬声器发出。

参考图9的图示，其显示了本实施方式中使用自动视线跟踪系统将视觉刺激递送到显 示器(803)上的示例性说明。该任务中所用的加强刺激是全色动画视频片段。加强刺激出现 在显示屏上确定区域，其是所示的空白(901)，除非方法的规则要求加强。

当指定加强时，视频出现，如(902)所示。加强刺激显示被维持在预定的持续时间直至 消失，并返回至如901所示的状态。在执行本方法的所有时间内，使用由几何图形组成的 可以是动画的、脉冲的或闪耀的注视点(fixation point)(903)以防止婴儿注意力集中在视 频显示区域(901)，而该区域没有加强刺激。

在另外的实施方式中，系统还可以进一步包括存储器，其储存至少一个听觉刺激模式， 优选地为多种不同模式的听觉刺激。在一个实施方式中，婴儿对所述至少一个试验刺激的 反应将至少听觉刺激的第二模式传递给声音发送装置。本发明这个实施方式的优势在于这 样的系统可以被包括在玩具或游戏中。在这样的玩具或游戏中，当婴儿识别出试验刺激时， 婴儿被教育执行一项任务(如接触按钮或面板或拉动控制杆)来享受加强刺激；该加强刺 激依赖于本实施方式，可以是视觉刺激(如卡通图象)或听觉刺激(如歌的片段)或者任 何其他选择的积极的加强刺激(如玩具火车的移动)。

在另一个实施方式中，系统可以包括软件程序，它可以被用户与任何类型的个人计算 机、个人数字助手、掌上计算机、膝上型计算机、笔记本计算机、网络计算机、工作站、 微型计算机、大型机等等组合来实施，其运行任何操作系统，诸如任何版本的Windows、 Windows NT、Windows 2000、Windows 98、Mac OS、Mac OS X、Linux、UNIX等等。 在本文中，软件可以以任何适合的存储介质(如硬盘、CD-ROM和/或类似介质)体现和/ 或可以通过信息网络从另一个计算系统下载。

实施例

实施例1被动暴露于快速、顺序的听觉信号随时间调节皮层反应 材料和方法

参加者：47个无报道的听力、语言或神经问题的健康足月婴儿，分成3组，见表1。

表1

用于HT任务的刺激选自如下：

70ms的复合音，F₀为100或300Hz，含有15个谐波(每倍频程6-dB滚降)ISI对 内为70、300或500ms。

标准(具有两个对照组分的刺激)＝100-100Hz

目标(分别具有对照组分和试验组分的刺激)＝100-300Hz

事件相关电位(“ERP”)刺激选自如下：

具有基础频率为100或300Hz以及对内刺激间间隔(ISI)为300或70ms其一的复合音 对。

以怪异模式(oddball paradigm)出现的中的低-高对(100-300Hz)，作为低-低(100-100Hz) 标准刺激间的偏差(15％)，对间间隔为700ms。

以75dB SPL自由音场出现的刺激对，通过扬声器至参加者左侧或右侧。

婴儿处于警醒状态，观看无声视频或欣赏无声木偶剧。

在感应器网络内的(Electrical Geodesies，Inc.)连接的62Ag/AgCl电极记录EEG/ERP 数据。

EEG电极是指顶点电极(vertex electrode)，并且重新离线基准(re-referenced off-line)， 得到平均基准(average reference)(整个头部)；ERP用0.5-25Hz的带通离线过滤，并 去掉含高于+/-200μV的信号的迭代次数(epochs)。

对各个区块的试验刺激，将剩余的无假象的迭代次数(epochs)用刺激类型(变异或 变异前标准)平均。

在额叶区(Fz-F₃ & F₄)、额叶-中央区(Fc_z，Fc₃ & Fc₄)、中央区(C₃ & C₄)、颞叶区(T₃ &  T₄)、顶叶区(P₃ & P₄)和枕叶区(O₁ & O₂)提取N250、P350和MMR组分振幅峰值和潜伏期 值。

为研究平均潜伏期和振幅间的组间差异，以70和300ms ISI条件进行一系列单向方差 分析(ANOVA)。

为研究组间相互作用的刺激(标准和变异)，以70和300ms ISI条件进行2×3方差 分析。

为研究组间相互作用的半球，以70和300ms ISI条件进行2×3方差分析。

结果

300ms的ISI：

N250：标准和变异刺激反应的潜伏期或振幅都没有组间差异。

P350：A组：与B组和C组相比，在额叶区、额叶-中央区和中央区具有较早的P350 潜伏期。

MMR：A组：在额叶-中央区和中央区，MMR(错配样)反应出现得比B组和C组早。

70ms的ISI：

N250：A组：标准(所有脑区)和变异(额叶区)的潜伏期比B组和C组早。和C组 相比，B组显示出标准刺激较早的前区潜伏期以及变异刺激早的颞叶区反应。

N250：在左右半球对于标准和变异的N250潜伏期都未发现显著性差异。

P350：与组B和组C相比，A组在额叶区和额叶-中央区对变异具有较快的潜伏期。

MMR：在额叶区，A组错配样反应出现较早。

这些试验更详细的结果见表2。

表2显示在70ms ISI条件的N250反应潜伏期(ms)的平均(S.D.)差异。A组具有在 24个月对标准和变异更早的反应。

如图12所示，根据24个月在左中央区的测定，A组在70msISI条件下，表现更早的 标准刺激反应。

如图13所示，根据24个月在左中央区的测定，A组在70msISI条件下，对变异刺激 表现出更早和更强的反应。

总起来看，这些数据显示对同样快速、顺序的听觉信号的累积被动暴露显示出随时间 调节皮层的反应，特别是增加慢速听觉辨别和快速听觉辨别的处埋效率(即降低潜伏期和 增加振幅)。然而，观察到的最强的易化作用是对快速连续听觉信号的易化作用，它是早 期语言获得的非常重要的基础。还可以看到主动行为训练的时间可以进一步加强处理效率 的证据。所观察到的组的差异可能代表长效启动效应或可能反映用以产生这些识别类型的 表示图(representational map)的细化。

实施例2：硬件配置

本系统由图8所示的主要部分组成：从应用科学实验室-Applied Science Laboratories- 获得的具有云台光学和磁头跟踪器的远程眼睛跟踪系统(型号504))，用于控制眼睛跟踪 器的指定的个人计算机(PC)以及用于控制测评软件的第二PC。任务的具体互动序列有 赖于婴儿的行为，它由根据与眼睛跟踪控制元件相联系的一系列数据以60Hz传送的注视 点等同物确定。

该任务中使用的视觉刺激呈现在24″宽屏的LCD监控器上，当婴儿坐在婴儿高椅上时， 该监控器位于离受试者头部28″的位置。显示区域水平延伸约40°视角，垂直延伸约25°视 角。为了减少受试者被实验环境中的物体吸引的可能性，将环境光线变暗到在刺激显示器 上光照度约为10lux的水平。

在目前系统评估阶段，最少需要两位操作者以保证系统正常执行功能。第三位操作者 在相邻的观察室，使用位于刺激显示器下的中线位置的红外相机馈送的视频来提供婴儿视 线的手工盲编码。父母或看护坐在婴儿的旁边(但不在视线之内)以留意可能产生的任何 需求。

实施例3：任务配置

设计的总体评价代表着几个关键因素之间的谨慎的平衡，在操作条件程序成功之前， 这些因素必须妥当。具体而言，这些因素是(1)用作即将来临奖励的信号的条件刺激提 示；(2)奖励刺激本身，其是增强的显示，足以用来吸引婴儿的注意力并刺激其持续参 与该任务；以及(3)该婴儿表示期望该奖励的操作反应。

a.条件刺激(声学)

因为本申请的目的是评价婴儿处理传入声学信息的能力，所以使用了一对对照声音来 产生条件刺激。这两个声音通常应该在单一声学特征上有所差别，以便改变这个参数可以 产生多种从非常相似到差异很大的一批范例。根据所研究的具体研究问题，这些参数可以 包括频率、复杂性、音调、振幅或语言的各种音位性质。

在操作条件任务中，一种声音被指定作为熟悉刺激，它应当保持声学的无变化。熟悉 刺激重复出现，其具有一种情况结束和下一个开始之间的无声的试验间间隔(ITI)1.5s。虽 然精确的ITI是可以根据所用声音的性质调节的，但是它应该足够短以便能够有效测试， 而又足够长以便保证刺激能作为分离的单位处理。当选择适当的ITI时，预期婴儿将会迅速 习惯熟悉刺激。

第二声音被指定为新刺激，并且根据现有技术的建议，以约1∶5的比率代替熟悉刺 激出现。首先使用新刺激来提醒婴儿注意即将来临的如下讨论的奖励刺激。随着时间的变 化，该声音的声学参数可以系统性地变化以建立婴儿能察觉到的最小差异粗指数。

b.奖励刺激(视频)

该任务中使用的奖励是选自年龄适合的一组DVD的全色动画片段。该视频可以用无 声地出现在显示屏左侧的确定区域，该区域代表25度或15度的视角。图9(A)显示在试验 期间与熟悉声音刺激出现的空白视频显示区域。

在新刺激试验中，将出现如图9(B)所示的视频。该奖励显示在消失前将持续4秒。即 便奖励刺激看不到时，DVD也在背景中持续播放，因此婴儿所见的确切的视频片段是可变 的，并且是不确定的。该奖励刺激应该具有足够的复杂性和持续时间，以吸引婴儿的注意 力，但是不能非常刺激的以至于干扰学习该任务的能力。

c.操作反应

该任务的关键前提是婴儿能否认识到条件(新)刺激和启动视频奖励之间的关系。成 功地认识到这种情况表现为在新刺激出现后但奖励出现之前，婴儿将他或她的视线指向该 视频显示区域。

为了保证受试者不会只盯着显示区域并等待奖励刺激的出现，试验软件应直到婴儿的 视线在指定区域之外时才会传送新的试验刺激。在熟悉试验期间，使用由可以是动画的、 脉冲的或闪耀的几何图形组成的注视点(图9(C))，以将婴儿的注意力从视频区域转移开。

实施例4：任务序列

如图2的时间线说明了30秒任务样本的情况。熟悉(F)声音刺激在每个新(N)试验之间 重复出现2到7次。如果婴儿在听到新声音后正确表现出操作反应，立即激活视频奖励。 如果没有检测到反应，系统将重复新刺激直至两次。如果在第二次重复之后仍未收到反应， 无论婴儿做出何种行为，系统都将播放视频，以加强或削弱新刺激和奖励之间的关系。奖 励视频的频繁出现也作为短暂的“休息”，它的设计是用来增加婴儿参与任务的总体时间。

实施例5：处理草案

可操作的条件注视任务被引入到试验研究草案中，该草案是被设计用来建立婴儿是否 能够区别两种声音，以及他/她是否能够学习动作的可能性。下面是选取用于HT任务的刺 激：在本研究中采用的是一种三阶段草案，其相似与那些用于其他动作条件任务的草案。

a.训练阶段

评价的第一阶段用于使婴儿形成新刺激和奖励之间的关系。为了保证婴儿能区分两种 听觉刺激，使用声学差异最大的(即最易区分的)范例。总共出现了10种变化试验。术 语“变化试验”是给予那些随后伴有奖励刺激的新刺激的例子的简化名称。

该阶段早期，期望的是婴儿仅仅在传送奖励刺激之后转向视频显示区域，奖励刺激在 新刺激第二次重复后1.5秒(标准试验间间隔的长度)出现。第一个新刺激出现的消失与 视频刺激出现之间的时间段称为评分间隔。随着训练进展，认识到刺激-奖励关系的婴儿通 常会在评分间隔中的某个点开始看向视频区域。这种反应在评分中称之为“击中”，并通过 立即激活视频来强化。婴儿未表现出期待奖励的样子的变化试验得分为“未击中”。

在最后的6次变化试验中，评价为4次或更多次“击中”的婴儿可以认为在该任务上已 经得到训练，并可以进行至标准阶段。没有满足这种基础条件的婴儿，是重复训练阶段还 是进行标准阶段，由试验管理人员自由处理。

b.标准阶段

评价的第二阶段是与训练阶段相似，除了引入了10个散布于变化刺激之间的无变化 试验。从婴儿的角度来看，无变化试验刺激只是熟悉刺激的例子。从研究者角度来看，不 同的是在熟悉刺激上加入了评分间隔。无变化试验允许研究者确定是否产生于变化试验的 “击中”代表正确的反应，或者只是对视觉显示区的偏好。如果在无变化刺激评分间隔过程 中，婴儿看着奖励区，该试验被评为“虚警”(“false alarm”)。否则，被评为“正确拒绝”(“correct  rejection”)。

根据传统的婴儿表现度量，如果参与者在连续的5次试验中有至少两次击中和两次正 确拒绝，则他/她被看作通过标准阶段。在满足这个″4/5规则″的情况下，婴儿可以直接进 入测试阶段。然而，在目前的方案中，无论成绩如何，所有20个标准试验都要给予并评 价。

c.试验阶段

除了两个声音刺激之间的声学差异减小以外，试验阶段和标准阶段相似。根据婴儿的 情况，可以给予直至两个20次的试验阶段，每个具有不同水平的难度。以所有评价正确(击 中或正确拒绝)的试验的百分比，报告每个难度水平的成绩。通常认为高于60％的正确百分 比意味着该婴儿能够认识到任务并且进行区分。更高的分数表示受试者的成绩超出偶然的 更大可信度：分数为70％，t(19)＝-2.179，p＜0.05；分数为80％，t(19)＝-2.854，p＝0.01。

实施例6：评价

短暂的见面问候阶段之后，婴儿坐在高椅上并定位在最适视角，在见面问候阶段期间 看护填写同意书和简短的问卷。此时，无声动画出现在刺激屏上。

然后该视频被重新定位并在即将进行的刺激校准程序中重新调整以确定默认眼睛跟 踪器校准是否足以完成评价任务。对于大多数婴儿是足够的。否则，测试直至两种保存的 校准，然后尝试2-点“快速”校准。如果快速校准失败，采用9点“全面”校准作为最后的措 施。作为一项规则，我们尽量保持校准阶段尽量地短以节约婴儿进行试验程序的精力。

一旦校准，婴儿立即过渡到三期的评价程序。因为我们此时的目的是评价操作视觉任 务(operant looking task)的效率而不是研究婴儿的处理能力，所以采用相对简单的听觉对 照。这种策略通过降低引入困难刺激时出现的可能的复杂结果，有助于简化结果数据的解 释。

用基本频率为800Hz或1200Hz的正弦复合音对构建刺激。每个音包括具有每倍频程 6dB滚降的第一个15次谐波。每个音的持续时间为70ms。熟悉刺激由两个800Hz的音 组成，二者由短的刺激间间隔(ISI)分隔。新刺激由一个800Hz的音和一个1200Hz的音组 成，二者由相同的ISI分隔。相似的音对刺激已用于婴儿，并且通过皮质事件相关电位显 示可以被无语言学习障碍家族史的婴儿识别。

所有的声音都以72dB SPL从位于刺激显示屏每侧的立体扬声器发出。在试验阶段各 不相同的声学参数是刺激间间隔的持续时间。训练刺激和标准刺激使用200ms的ISI，像 这种缓慢的呈现率很可能被所有婴儿识别。对于这两个试验阶段，试验1和试验2分别使 用更有挑战性的60ms和100ms的ISI。为了控制可能的疲劳效应，这些声音呈现的顺序 是制衡的。

为了评价婴儿愿意在任务上花费的时间，我们试图给予每个婴儿尽可能多的评估。实 践中这意味着大多数受试者的状态都达到排斥进一步试验的点。不管是在试验阶段还是之 后的基于视频回顾，研究者及时注意到婴儿的注意力被认为警觉与分散的时间点。

在总结视觉任务评价(looking task assessment)后，参与者被引入另一房间，在其中 进行标准智力测验。

实施例7：结果

按如上所述的研究方案，21个12月龄以下的婴儿进入评价研究。其中3个婴儿由于 性格、状态、技术失败或方法上的违规的原因，试验不令人满意。其他18个参加者(男 性12个，女性6个)，平均年龄6个月零两天。所有婴儿根据贝利婴儿发展量表(第4 版)IQ都在正常范围。该研究的群体均数为105，标准差为12.4。

表3显示试验参加者的汇总数据。对于标准阶段和试验阶段，呈现的数值是指正确反 应占所给予的试验的总数的比例。

表3试验婴儿的数据

  ID   年龄   性别   训练   标准   试验1  试验2   1   2月25天   男   及格   90％**   ¹65％   55％   2   3月14天   女   及格   60％   50％   3   3月16天   男   及格   65％   ¹80％**   65％   4   3月28天   女   及格   75％*  70％*   5   4月15天   男   及格   60％   6   4月18天   女   及格   80％**   50％   7   5月   男   及格   80％**   75％*   8   5月14天   女   及格   75％*  70％*   9   5月16天   男   及格   70％*   10   5月19天   男   及格   80％**   60％   11   5月22天   男   及格   75％*   75％*   12   5月23天   男   及格   65％   13   6月14天   男   不及格   50％   ¹55％   65％   14   6月26天   男   及格   80％**   60％   15   8月10天   男   及格   75％*   55％   16   10月16天   女   不及格   65％   55％   17   11月15天   女   及格   65％   18   11月21天   男   及格   90％**   65％   平均   71％**   64％**  63％*

标记*表示p＜0.05；标记**表示P≤0.01。¹给予两个测试中的第一个。

总体上来说，89％的参加者通过训练阶段。在正规处理方案下，未能通过训练阶段的 受试者将不会进行标准阶段和测试阶段。但是目前的测评中仍然进行了这些阶段以研究其 他问题。直到所有阶段都进行之后或者婴儿的状态不再合作时终止试验期间。18个婴儿中， 有14个在接受至少一个试验给予的标准阶段之后足够平静。其中只有3个婴儿继续接受 第二个试验给予。

标准阶段的小组成绩显著高于偶然性(chance)(t(16)＝-8.796，p＜0.001)，通过训练的 16个个体中有11个(69％)显著高于偶然性。当用于传统的4/5规则标准时，100％被训练的 个体显示通过的成绩。

测试阶段1和2的成绩低于标准阶段观察到的，但是仍显著高于偶然性(t(14)＝-4.750， p＜0.001)。测试条件的ISI之间未观察到显著差异。

整个试验方案从婴儿被放到高椅上开始到整个阶段结束，平均持续11分钟。除了花 费在准备、校准和与婴儿互动的时间以外，该总数还包括任务给予的所有阶段。当根据测 试阶段分解，平均持续时间如下：平均每区块为的训练阶段——2分15秒，标准阶段— —3分14秒，测试阶段——3分10秒。

实施例8：定量分析

通过训练阶段的受试者的比例支持以下结论：婴儿可以产生对持续的听觉流的变化响 应，呈现出预期的样子。在标准阶段中观察到的正确试验的高百分比进一步表明操作反应 选择性针对新的听觉刺激，而不代表一般预期偏好。

标准阶段的受试者内分析还显示，根据按年龄2-3个月、4-5个月和6-11个月分组时， 出现更细微差别的反应模式。虽然各组的总体表现相似，但是年龄最小的婴儿在测试的后 半部分表现更好，而年龄最大的婴儿在前半部分表现得更好。中间年龄组的受试者在两个 半部分表现一致。

这样的观察结果看起来表明年龄较小婴儿需要更多的时间来学习任务，但是一旦学 会，他们就可以有很好的表现。相反，年龄最大的婴儿看起来掌握任务快速，但是随后会 失去兴趣。如给定最佳表现模式是随着时间变化表现一致的模式，该证据显示目前任务更 适合年龄为4-5月龄的个体。

所有引用文献全部以整体并入本文作为参考。

虽然上述说明书教导了本发明的原理，并提供实施例用于说明本发明，但是本领域技 术人员可以从阅读本申请公开的内容在形式和细节上做出变化而不会偏离本发明的范围。