西雅图海鹰队和堪萨斯城酋长队的球迷经常在主场比赛中竞争，以创造吉尼斯世界纪录中最吵闹体育场的称号。2014年10月1日，酋长队达到了最新的峰值：142.2分贝（dB）。这个水平就像喷气发动机在100英尺处发出痛苦、震耳欲聋的轰鸣声——听力专家给出的一个典型例子，说明这种噪音足以造成听力损伤。赛后，球迷们欣喜若狂。他们沉浸在体验中，注意到耳鸣或感觉耳膜快要爆炸了。然而，他们耳朵里发生的事情远非美妙。
如果在赛前和赛后立即进行听力测试，可能会显示出明显的恶化。球迷在开球前可能听到的最轻的声音——比如耳语——可能在半场时就听不见了。到终场哨响时，听力阈值可能会上升20到30分贝。随着球迷耳中的耳鸣在几天内消退，听力测试的输出结果，即听力图，很可能会恢复到基线水平，因为听到微弱声音的能力恢复了。
科学家们长期以来认为，一旦阈值恢复正常，耳朵也一定恢复了正常。最近，我和我的同事们已经证明，这种假设是不正确的。即使只导致阈值暂时升高的暴露，也可能对听觉神经中的纤维造成即时且不可逆转的损害，而听觉神经负责将声音信息传递到大脑。这种损害可能不会影响音调的检测，正如听力图所示，但它会妨碍处理更复杂信号的能力。这种新近被认识到的状况被称为隐匿性听力损失，因为正常的听力图可以掩盖神经损伤以及与之相关的听力障碍。
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随着一个人继续滥用他们的耳朵，神经纤维的损失会不断增加。事实上，这种损害可能导致中老年人辨别言语细微差别的能力逐渐下降。然而，隐匿性听力损失绝不仅限于老年人。最新的研究表明，由于更多地暴露于响亮的声音中，隐匿性听力损失在工业社会中正以越来越年轻的年龄发生，其中一些是可以避免的，而另一些则无法避免。
感官奇迹
耳朵的脆弱性源于其令人惊叹的灵敏度，这使其能够在广阔的声音水平范围内发挥作用。我们刚好能分辨出频率接近每秒 1,000 次振荡，或 1,000 赫兹 (Hz) 的安静声音的能力——换句话说，我们能够感知到该声音的阈值——被定义为零分贝。使用这种对数测量方法，声音水平每增加 20 分贝，声波的振幅就会增加 10 倍。在 0 分贝时，中耳的骨骼（其振动驱动听力过程）的移动距离小于氢原子的直径。在另一个极端，例如在创纪录的酋长队比赛中超过 140 分贝的疼痛诱发水平，耳朵被迫处理振幅大 1000 万倍的声波。
听力始于外耳将声波通过耳道漏斗状地传递到鼓膜，鼓膜振动并使中耳的骨骼运动起来。由此产生的振动然后到达内耳充满液体的管状结构，即耳蜗——毛细胞的位置，毛细胞占据着一条螺旋形的组织带，称为柯蒂氏器。这些细胞的名字来源于从细胞一端伸出的毛发状突起，称为纤毛束。对低频最敏感的毛细胞位于耳蜗螺旋的一端，而对高频最敏感的毛细胞位于另一端。当声波弯曲“毛发”时，这些细胞将振动转化为化学信号，在另一端释放一种神经递质分子——谷氨酸，毛细胞在那里与听觉神经的纤维形成突触。
在突触处，从毛细胞释放的谷氨酸穿过狭窄的裂隙，与听觉神经纤维末端或末梢上的受体结合。每个末梢都位于神经细胞的一端，神经细胞延伸出一根长纤维，即轴突，其另一端位于脑干中。与神经纤维结合的谷氨酸会触发电信号，该信号沿听觉神经的整个长度传播到脑干。从那里，信号通过一系列平行的神经回路移动，这些回路穿过各个区域——从脑干到中脑和丘脑——并在听觉皮层结束它们的旅程。这种复杂的电路共同分析和组织我们的声学环境，形成一组可识别的声音，无论是熟悉的旋律还是警报器的尖叫声。
毛细胞有两种类型，分别称为外毛细胞和内毛细胞。外毛细胞放大内耳中声音引起的运动，而内毛细胞将这些运动转化为化学信号，从而激发听觉神经。内毛细胞最直接地负责我们所认为的“听力”，因为 95% 的听觉神经纤维仅与内毛细胞形成突触。为什么只有极少的纤维将外毛细胞连接到大脑仍然是一个谜，但有一种理论认为，连接到外毛细胞的纤维可能负责当我们遭受接近 140 分贝的声波响度时所遭受的疼痛。
从历史上看，听力损失主要通过听力图来评估。耳科医生早就知道，将金属板敲入锅炉的工人通常会在中频区域出现永久性听力损失。听力图记录了我们在八度音程频率间隔检测音调的能力：例如 250、500、1,000、2,000、4,000 和 8,000 赫兹。在噪声引起的听力损失的早期阶段，听力图显示出所谓的锅炉工缺口，即无法检测到人类听力范围的中频声音。
在 20 世纪 50 年代和 60 年代，对嘈杂工厂工人的流行病学研究表明，工作年限与听力敏锐度下降之间存在明显的联系。最初在 4,000 赫兹附近的缺陷随着时间的推移趋于蔓延到其他频率。许多老年工人完全丧失了 1,000 或 2,000 赫兹以上的听力。这种高音损失会导致严重的听力障碍，因为言语中的大部分信息都位于已变得无反应的频率范围内。
诸如此类的人体研究启发了联邦政府在 20 世纪 70 年代制定噪声指南，以限制工作场所的暴露。如今，包括国家职业安全与健康研究所和职业安全与健康管理局在内的多个联邦机构监管工作场所的噪声水平，不同的机构提出了不同的限制。缺乏精确的协议反映了评估噪声损害风险的挑战。问题是双重的。首先，噪声敏感性存在巨大的个体差异：可能存在所谓的“坚韧”的耳朵和“脆弱”的耳朵。这意味着监管机构必须选择他们想要保护的人口百分比以及可接受的听力损失水平。另一个问题是，噪声对听力的影响是人暴露于声音的持续时间、强度和频率的复杂组合的结果。
目前，职业安全与健康管理局规定，八小时工作日的声级不得超过 90 分贝。90 分贝以上的噪声损害风险大致与传递到耳朵的总能量（持续时间乘以强度）成正比。对于超过八小时标准以上的每增加 5 分贝，职业安全与健康管理局指南建议将暴露时间减半——换句话说，工人每天暴露于 95 分贝的时间不应超过四小时，或暴露于 100 分贝的时间不应超过两小时。按照这些标准，争夺吉尼斯噪声记录的足球迷的 142 分贝以上的暴露量将在大约 15 秒内超过职业安全与健康管理局的指南。当然，职业安全与健康管理局不监管足球比赛球迷的噪声水平，甚至不监管美国农场的噪声水平，在这些农场，青少年整天驾驶拖拉机和联合收割机，面临着严重的听力损失风险。
在过去的 60 年里，听力专家一直认为听力图的常规读数揭示了我们需要了解的关于噪声引起的听力损害的一切信息。事实上，听力图将显示内耳毛细胞是否受到损害，而 20 世纪 40 年代和 50 年代的调查显示，毛细胞是内耳中最容易受到声学过度暴露损害的细胞之一。
动物实验，其中一些在我们实验室进行，表明外毛细胞比内毛细胞更脆弱，耳蜗中检测高频音调的部分中的毛细胞比低频区域中的毛细胞更脆弱，而且一旦丢失，毛细胞就永远不会再生。即使在细胞退化之前，响亮的噪音也会损害细胞顶部的纤毛束，而且这种损害也是不可逆转的。当毛细胞发生损伤或死亡时，听力阈值会升高——必须调高收音机的音量，或者桌子对面的同事必须提高嗓门。
对人类耳蜗损害进行更深入的研究受到了阻碍，因为使用任何现有技术都无法安全地对活体个体的微小毛细胞进行活检或成像。与噪声引起的听力损失相关的损害仅在死后捐献耳朵用于科学研究的人身上进行了研究。
部分由于这些限制，听力损失在衰老过程中是否不可避免——或者它是否是反复暴露于现代生活喧嚣的结果——这一问题继续困扰着听力科学家。一个诱人的暗示来自 20 世纪 60 年代的一项研究，研究人员在苏丹沙漠中的马班部落等独特安静的环境中寻找人群。与同年龄段的美国男性群体相比，70 至 79 岁的马班男性听力测试明显更好。当然，这些研究无法区分普通美国人与典型马班人之间的其他差异，例如与遗传背景或饮食相关的差异。
深度损害
我和我的同事最近对噪声对听力的影响进行的调查，为我们理解声学过度暴露的危险增加了一个令人警醒的新维度。科学家和临床医生早就知道，噪声暴露引起的一些听力障碍是可逆的，而另一些则不可逆。换句话说，有时听力阈值在暴露后几小时或几天内恢复正常——有时恢复将是不完全的，并且较高的阈值将永远持续存在。听力科学家过去认为，如果阈值敏感度恢复，则耳朵已完全恢复。我们现在知道这不是真的。
7 月 4 日的鞭炮声或足球比赛人群的咆哮声不仅会影响毛细胞，还会损害听觉神经纤维。我们和其他人在 20 世纪 80 年代表明，过大的噪音会导致神经纤维末梢受损，这些末梢与毛细胞形成突触。末梢的肿胀和最终破裂可能是对过度刺激的毛细胞过度释放信号分子谷氨酸的反应。事实上，神经系统中任何地方谷氨酸释放过多都是有毒的。传统的观点一直是，这些受噪声损害的纤维必须在强烈的噪声暴露后恢复或再生，因为在暴露后立即显示出大量神经肿胀的耳朵中，听觉阈值可以恢复正常。
在我的实验室里，我们怀疑如此严重受损的突触是否会在成年人的耳朵中再生。我们还知道，噪声引起的神经损伤不一定反映在标准测试中，因为早在 20 世纪 50 年代的动物研究表明，听觉神经纤维的丧失，在没有毛细胞丧失的情况下，不会影响听力图，直到丧失变得灾难性，超过 80%。似乎你不需要密集的神经纤维群来检测安静测试室中音调的存在。通过类比，拍摄一组人的数字图像并反复采样，每次都以较低的分辨率进行。随着像素密度的降低，图像的细节变得不太清晰。你仍然可以分辨出图片中有人，但你无法分辨出他们是谁。同样，我们假设，神经元的弥散性丧失不需要影响你检测声音的能力，但它很容易降低在嘈杂餐厅中理解言语的能力。
当我们在 20 世纪 80 年代开始研究噪声引起的神经损伤时，计算听觉神经纤维和内毛细胞之间突触的唯一方法是使用一种称为连续切片电子显微镜的技术，这是一种高度费力的过程，需要大约一年的工作时间才能分析来自一个耳蜗的几个毛细胞上的神经突触。
二十五年后，我在马萨诸塞眼耳医院的同事莎伦·G·库加瓦和我试图确定，幼鼠耳朵中的一次声学过度刺激是否会加速年龄相关性听力损失的发生。我们让动物暴露于其中的噪声旨在仅产生听觉阈值的暂时升高，因此不会造成永久性毛细胞损伤。正如预期的那样，啮齿动物的耳蜗在暴露后几天看起来正常。但是，当我们检查六个月到两年后的动物时，我们看到了听觉神经纤维的累积损失，尽管存在完整的毛细胞。
幸运的是，自 20 世纪 80 年代以来，人们对如何探索这些突触的分子结构有了很多了解。抗体已经可用，可以与内毛细胞和听觉神经纤维之间突触每一侧的结构结合并用不同的荧光标记进行标记。这些标记使我们能够在光学显微镜下轻松计数突触。我们迅速积累了数据，表明在噪声暴露后几天，当听觉阈值恢复正常时，多达一半的听觉神经突触消失了，并且再也没有再生。其余神经元——细胞体和投射到脑干的轴突——的损失在几个月内变得明显。到两年时，一半的听觉神经元完全消失了。一旦突触被破坏，受影响的纤维就毫无用处，并且对任何强度的声音都没有反应。
在过去的几年里，我们记录了小鼠、豚鼠和南美栗鼠以及死后人体组织中噪声引起的突触退化。我们在动物研究和人耳中表明，听觉神经纤维和毛细胞之间连接的丧失发生在与毛细胞丧失相关的阈值升高之前。听觉神经损伤会导致一种隐匿性听力损失——噪声引起和年龄相关性听力障碍的一个重要组成部分——这一观点现在已被广泛接受，许多听力科学家和临床医生正在努力开发测试方法，以确定该问题是否普遍存在，以及我们嘈杂的生活方式是否正在导致所有年龄段的人出现耳损伤的流行病。
修复神经
用最简单的术语来说，听力图，听力测试的黄金标准，测量听觉阈值，并且是耳蜗毛细胞损伤的敏感指标。然而，它非常不能指示听觉神经纤维的损伤。我们的研究表明，隐匿性听力损失的神经损伤不会影响检测声音存在的能力，但它很可能会降低我们理解言语和其他复杂声音的能力。事实上，它可能是老年人经典抱怨的重要原因：“我能听到人们说话，但听不清他们在说什么。”
听力学家早就知道，听力图相似的两个人，在所谓的噪声中言语测试中的表现可能非常不同，该测试测量随着背景噪声水平的增加而正确识别的单词数量。以前，他们将这些差异归因于大脑处理。我们的研究表明，其中大部分差异是由于幸存的听觉神经纤维群体的差异造成的。
隐匿性听力损失也可能有助于解释其他常见的听力相关症状，包括耳鸣（耳朵中的铃声）和听觉过敏（无法忍受甚至中等响度的声音）。即使听力图没有标记任何问题，这些症状也经常持续存在。过去，科学家和临床医生指出耳鸣或听觉过敏患者的正常听力图，并再次得出结论，问题一定出在大脑中。我们建议，损害可能发生在听觉神经中。
我们的研究提出了关于在音乐会和俱乐部以及通过个人收听设备日常接触响亮音乐的风险的问题。尽管噪声引起的听力损失显然是专业音乐家（甚至演奏古典音乐的音乐家）中的一个问题，但对休闲听众的流行病学研究始终未能发现对其听力图的实质性影响。为最大限度地减少美国劳动力队伍中的噪声损害而制定的联邦指南均基于以下假设：如果暴露后阈值恢复正常，则耳朵已完全恢复。正如我们已经了解到的，这种假设是错误的；因此，自然而然地，目前的噪声法规可能不足以预防广泛的噪声引起的神经损伤及其引起的听力障碍。
为了解决这个问题，我们需要更好的听觉神经损伤诊断测试，而不是在死后组织中计数突触。一种有希望的方法是基于对听觉神经元电活动的现有测量，称为听觉脑干反应 (ABR)。可以在清醒或睡眠的受试者身上测量 ABR，受试者配有头皮电极，以测量对不同频率和声压级的音调脉冲的呈现的电活动（脑电图）。从历史上看，ABR 测试主要以通过-失败为基础进行解释：清晰的声音诱发电反应的存在被解释为听力正常，而没有反应则证明存在障碍。
在动物工作中，我们表明，高声级下 ABR 的幅度非常具有信息性：它与保留与内毛细胞可行连接的听觉神经纤维的数量成正比增长。相应地，最近一项受我们研究启发的流行病学研究对一群听力图正常的英国大学生使用了 ABR 测试的变体，发现那些报告曾反复暴露于俱乐部和音乐会的喧嚣中的学生的反应幅度较小。
为了寻找隐匿性听力损失的潜在治疗方法，我们现在正在询问我们是否可以通过使用旨在使神经纤维再生、重建与内毛细胞连接的化学物质治疗幸存的神经元来逆转噪声引起的退化。尽管突触本身在噪声暴露后立即被破坏，但神经其余部分（其细胞体和轴突）的退化速度缓慢，使我们乐观地认为，许多人类受试者的正常功能可以恢复。我们通过将神经营养因子（神经生长促进剂）直接输送到内耳，在动物研究中取得了令人鼓舞的结果。
隐匿性听力损失可能很快可以通过注射通过鼓膜的凝胶来治疗，这些凝胶会在噪声损伤后数月或数年缓慢释放神经营养因子以恢复突触。它们将在暴露于响亮噪音后立即施用，例如 2013 年波士顿马拉松终点线的爆炸事件，该事件损害了 100 多名观众的听力。有朝一日，耳科医生或许能够像眼科医生通过角膜激光手术矫正近视眼一样，使用微创治疗方法将药物输送到耳蜗，以治疗噪声引起的耳损伤。*
*编者注（2015 年 7 月 28 日）：杂志文章的原始句子在发布后在网上进行了更正。它错误地指出近视是通过晶状体激光手术矫正的。