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Korean Journal of Otorhinolaryngology-Head and Neck Surgery 1999;42(6): 691-694. |
| Effects of Phase Difference on the Latency of Compound Action Potential (CAP) in the Harmonic Stimulation. |
| Duk Hwan Lim |
| Department of Otolaryngology, College of Medicine, Seoul National University, Seoul, Korea. Latency |
| Harmonic구성 주파수간의 위상차가 Compound Action Potential(CAP)의 Latency에 미치는 영향 |
| 임덕환 |
| 서울대학교 의과대학 이비인후과학교실 |
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| 주제어:
음자극ㆍ청각ㆍ주파수ㆍ위상ㆍ청력검사. |
| ABSTRACT |
BACKGROUND AND OBJECTIVE: Comprehensive auditory evaluation often requires complex sounds in addition to pure tones. The sum of pure tones (harmonic stack) is a useful complex stimulus in examining auditory response interactions. In a harmonic stimulus, the phase relationship between pure tones may affect the results of auditory evaluation. The aim of this study was to investigate the effects of relative phases between harmonic frequencies on the latency of compound action potentials (CAP).
MATERIALS AND METHODS:
Relative phases between two frequencies of a harmonic were varied systematically and compound action potentials (CAP) were, then, recorded in guinea pigs in response to these stimuli. These latencies were compared with the latency to the harmonic complex with the relative phase of zero.
RESULTS:
The latency of the CAP was shifted within a restricted range to the stimuli with systematically varied phases. These relative phases between the two frequencies directly affected the temporal waveform of the harmonic stimulus although all of these stimuli exhibited the same frequency spectrum. Some phase spectra appeared to contribute more to the latency difference of the CAP.
CONCLUSIONS: Findings indicated that the phase relationship in a tonal complex is important to the latency of the CAP, and the phase should be controlled carefully in the objective auditory evaluation with tonal complex stimuli. |
| Keywords:
Compound action potentialㆍComplex soundㆍPhaseㆍLatency |
서론
여러 가지 종류의 순음들이 객관적인 청력검사에 쓰이고 있다. 그러나, 어음과 같은 자연음들은 단순한 순음보다는 여러 순음들이 동시에 복합되어 있는 harmonic stack의 형태를 이루는 경우가 많다.1) 이 순음들이 동시에 존재하는 복합음의 경우에 그 검사 결과가 항상 각각의 순음검사 결과로부터 추정되지는 않는다.2-4) 주관적인 청력검사에서도 순음청력검사의 결과로 어음 청력검사의 결과를 항상 유추해볼 수 있는 것은 아니다. 순음이 동시에 존재하는 경우에 청력검사의 결과가 어떻게 영향을 받는지는 임상적으로도 중요한 문제이다. 따라서 이들 순음이 같이 존재하는 harmonic stack에 대하여, 구성 성분 상호간의 간섭이 반응결과에 미치는 영향에 대한 검토가 필요하며, 이러한 harmonic 자극음을 이용한 청각기능 검사법은 어음과 같은 자연음에 대한 청각기능을 조사하는 데 유용하게 활용되고 있다.2)5) 그러나, 여러 순음이 동시에 존재하는 경우에 그 순음간의 위상차이에 의해서 청력검사결과가 어떤 영향을 받는지는 아직 잘 알려져 있지않다. 위상차는 단순음의 경우에는 그 음 인식에 미치는 영향이 거의 없지만, 복합음인 경우에는 위상차가 음인지에 미치는 영향은 크다.6)7) 본 연구에서는 동물실험을 통하여 harmonic stack에서의 이러한 순음간의 위상차가 객관적 청력검사의 한 지표인 compund action potential(CAP)의 latency에 미치는 영향을 조사하였다. 이를 위하여, 실험대상으로 guinea pig을 사용하였으며 그 compound action potential(CAP)를 측정하여 harmonic의 주파수 사이의 위상차가 파형의 latency에 미치는 영향을 조사하였다.
재료 및 방법
실험장비의 구성은 음자극 발생 시스템과 compund action potential(CAP) 측정을 위한 시스템으로 이루어졌다(Fig. 1).
전산화된 음자극 합성 시스템을 이용하여 harmonic stack에서 구성 순음간의 상대적인 위상차가 조직적으로 변화된 음자극들이 합성되었다. 본 실험에서는 1, 2 kHz의 두 순음이 합성되어 사용되었으며(Fig. 2), 두 성분간의 위상차를 0°, 45°, 90°, 135°, 180°, 225°, 270°, 315°순으로 조직적으로 변화시켰다. 이 음자극의 길이는 20 msec 이고 rise/fall time은 5 msec로 하였다. 이 음자극은 전산화된 시스템을 통하여 초당 4번씩의 자극율로 매번 극성을 바꾸면서(alternating mode), 80 dB SPL의 크기로 조정되어 마취된guinea pig의 외이도로 전달되었다. 여기서 harmonic을 구성하는 주파수간의 위상차이만 변화시키면서 다른 조건들은 동일하게 하였다.
Compound action potential(CAP)은 Nembutal(50 mg/kg)로 마취된 guinea pig의 mastoid, vertex, tongue에 각각 위치한 needle electrode를 통하여 기록되었으며, averager(TDS 360)를 통하여 50회 평균 가산된 후에 그 파형의 latency를 구하였다.
결과
본 실험에서 사용된 구성 주파수 성분간의 위상만 다른 harmonic 자극음들은 주파수 스펙트럼(frequency spectrum)에서는 모두 동일한 형태를 나타냈지만, 시간 축 상에서의 파형은 각 경우에 상당히 다르게 나타났다(Fig. 3). 이 결과에서, 구성 성분간의 상대적 위상차가 전체 합성파형의 패턴에 미치는 영향의 정도는 다양하게 나타났다.
5마리의 guniea pig에서 측정된 compound action potential(CAP)는 자극이 전달된 시점과 비교하여 그 latency가 여러 자극음 별로 기록되었다.
이 harmonic stack에 대한 CAP의 latency는 상호 성분간의 위상차가 0°인 경우를 기준으로 해서 상호 성분간의 위상차이가 45°, 90°, 135°, 180°, 225°, 270°, 315°인 경우와 그 변화 차이가 비교되었다(Fig. 4).
이때 latency difference는 위상차가 0°인 자극에 대한 latency와 다른 위상차의 자극에 대한 latency의 차이를 각각 구하여 평균한 것이다. 이들 사이의 결과는 통계적으로 일정한 범위 내에서(0.25 msec)모든 위상차의 변화가 latency 크기의 변화를 유발시킴을 보였다(t-test, p<0.001). 또한, 이 결과는 이러한 CAP latency변화가 복합음에서의 구성 성분간의
미세한 위상차에 의해서도 발생됨을 보여주고 있고, 그 동안 청력검사에서 무시되어왔던 phase spectrum도 복합음에서는 frequency spectrum과 함께 고려되어야 함을 나타내고 있다.
고찰
CAP의 latency는 harmonic stack에 포함되어 있는 순음간의 상대적인 위상차에 대하여 제한된 범위내에서 영향을 받음을 나타냈다. 이는 조합되는 위상차에 따라 다양한 형태의 latency difference로 나타났다. 따라서, 복합순음을 이용한 CAP측정시에는, 구성 순음 상호간의 위상차가 latency측정에 영향을 주기 때문에 구성 성분간의 위상차 조절과 유지에 유의하여야 할 것으로 판단된다. 기존의 복합음에 대한 auditory brainstem response(ABR)의 latency에 대한 연구결과가 있었으나, 이 경우는 위상차를 조직적으로 변화시킨 것이 아니었기 때문에 CAP에서 latency측정과 같은 다양한 패턴을 보여주지는 못했다.8) 본 연구에서는 여러가지 구성 주파수간 위상차에 따라서 크거나 작은 latency 변화가 나타났다. 또 다른 ABR에 관한 연구의 경우에서는 rarefaction과 condensation 위상인 음자극을 비교하여볼 때, 저주파수음인 경우에서 파형V의 latency 변화가 고주파수의 경우보다 더 크게 나타남이 보고되었다.10)11) 이외에도, 그간 다양한 형태의 순음조합이 검사시간을 단축시키는데 사용되었다.9) 추후에, harmonic과 같은 복합음은 청신경기능의 검증에 보다 더 유용하게 적용될 것으로 판단된다. 이러한 자극신호의 구성 성분간의 위상차 조절은 아날로그 시스템에서는 대단히 힘들기 때문에 여러 복합 자극음은 디지털화된 전산시스템에서 합성된 것을 사용하여야 그 검사 결과의 정밀도가 유지될 것이다.
결론
Harmonic stack과 같은 복합음에 대한 반응을 검사하는 청력검사방법은 그 중요성이 점차 확대되어가고 있다. 본 연구의 결과에서는 단순 순음을 이용한 경우와는 달리, harmonic stack을 사용하여 compound action potential(CAP)를 측정하였고, 조사된 구성 순음성분 간의 모든 위상차에서 위상차가 0˚인 경우와 비교했을 때 CAP latency의 변화가 있었다. 복합음을 이루는 구성음 간의 특징에 따라서는 이 결과보다 더 큰 latency변화가 있을 수도 있으므로 보다 정확한 측정이나 자료간 비교를 위해서는 구성음 간의 초기위상을 통일해주는 것이 필요하다. 일예로, 복합순음에서는 초기 위상을 0˚으로 정해주든지, 아니면 최소한도 복합음 구성 성분간의 위상관계를 분명히 명시해주거나 phase spectrum을 첨부하면 도움이 될 것이다. 따라서, 복합순음을 이용한 CAP청력검사에서는 각 순음간의 위상차를 정확하게 조정하고 일정하게 유지하는 점이 고려되어야 할 것이다.
REFERENCES
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