醫(yī)工學(xué)人評論

通過柔性腦干植入技術(shù)在非人靈長類中實現(xiàn)高分辨率聽覺感知，開創(chuàng)了中樞神經(jīng)假體精準重建聽覺功能的新紀元。

耳聾是一種使人衰弱的感覺障礙，影響每個年齡段的人，并嚴重影響他們的生活質(zhì)量。根據(jù)世界衛(wèi)生組織的數(shù)據(jù)，到 2050 年，將有 7 億人需要聽力康復(fù)。事實上，最近娛樂場所噪音暴露的爆炸式增長使 11 億 12-35 歲的年輕人面臨永久性感音神經(jīng)性聽力損失的風(fēng)險。導(dǎo)致聽覺障礙的其他因素包括遺傳性聽力損失以及非先天性因素，例如感染、耳毒性藥物、后顱窩腫瘤和衰老。

隨著聽覺神經(jīng)假體技術(shù)的不斷發(fā)展，人工耳蝸已成功為全球數(shù)百萬聽障人士帶來“聲音的重生”。然而，對于那些耳蝸或耳蝸神經(jīng)受損、無法植入人工耳蝸的特殊患者群體來說，傳統(tǒng)手段幾乎無能為力。他們只能依賴一種更為復(fù)雜但效果有限的技術(shù)——聽覺腦干植入體（ABI）。

近日，一項由瑞士洛桑聯(lián)邦理工學(xué)院（EPFL）與哈佛醫(yī)學(xué)院團隊聯(lián)合完成的重磅研究在《自然 · 生物醫(yī)學(xué)工程》上發(fā)表，提出并驗證了一種柔性多通道聽覺腦干植入系統(tǒng)，在非人靈長類（猴）模型中實現(xiàn)了高分辨率的“中樞聽覺再造”，為無法使用人工耳蝸的聽障患者帶來了希望。

1 一次從“材料-神經(jīng)-行為”層級全鏈路突破

本研究創(chuàng)新性地構(gòu)建了一個雙站點神經(jīng)接口系統(tǒng)，包括：

柔性聽覺腦干植入體（soft ABI）：可貼合腦干耳蝸神經(jīng)核表面，精確電刺激中樞聽覺區(qū)域；

柔性皮層電極陣列（ECoG）：記錄大腦聽覺皮層對電刺激的神經(jīng)反應(yīng)；

行為學(xué)反饋系統(tǒng)：通過設(shè)計聽覺辨別任務(wù)，直接衡量猴子是否“聽到了”刺激。

研究中使用的猴模型不僅神經(jīng)解剖結(jié)構(gòu)接近人類，還可完成復(fù)雜聽覺行為訓(xùn)練，為驗證中樞聽覺假體的有效性提供了前所未有的平臺。

圖1 實驗設(shè)計及設(shè)備

2 柔性ABI，讓“貼合腦干”不再是難題

傳統(tǒng)ABI最大的問題在于僵硬的電極無法貼合耳蝸神經(jīng)核復(fù)雜彎曲的表面，導(dǎo)致信號刺激精準度低、非目標(biāo)區(qū)電流擴散嚴重，常出現(xiàn)面部抽搐、眩暈等副作用，甚至不得不關(guān)閉大部分電極。

本研究團隊基于微納加工和薄膜材料工程，構(gòu)建了厚度僅150μm、包含11個電極的柔性ABI陣列：

彈性硅橡膠與多層PI/Pt結(jié)構(gòu)賦予其極強的機械貼合性與耐久性；

微電極直徑僅100μm，電刺激更聚焦；

可通過MRI定位標(biāo)記實現(xiàn)手術(shù)精準植入。

研究顯示，該柔性ABI在猴腦中可長期穩(wěn)定貼合達17個月以上，電極穩(wěn)定性優(yōu)異。

3 從腦干到皮層，重建“神經(jīng)調(diào)諧”通路

通過電生理實驗，研究團隊首次系統(tǒng)性驗證了柔性ABI的“神經(jīng)調(diào)諧”能力：

不同ABI電極可激活聽覺皮層不同區(qū)域，構(gòu)建清晰的電刺激調(diào)諧圖譜；

類似音頻的電刺激信號在皮層引發(fā)的反應(yīng)可被背景噪聲“掩蓋”，證明其具備聽覺性質(zhì)；

相鄰0.88 mm的電極刺激也可被大腦區(qū)分，顯示出極高的空間解析度。

這意味著，柔性ABI不僅能“通電喚醒”聽覺系統(tǒng)，還能精確調(diào)控不同頻率感知，為語音識別和復(fù)雜聽覺任務(wù)提供可能。

圖2術(shù)中和術(shù)后的柔性ABI放置和驗證

4 非人靈長類首次完成“中樞電聽覺”行為測試

研究中最令人振奮的部分，是猴子對電刺激的聽覺行為反饋：

猴子可區(qū)分由不同ABI電極發(fā)出的電刺激；

在電刺激和聲音混合任務(wù)中，猴子表現(xiàn)出對電信號的“聲音感知”；

電刺激引起的行為反應(yīng)與聲音頻率差異2Hz相當(dāng)，說明刺激“聽起來是不同的”。

這不僅從神經(jīng)層面，更從感知和行為層面驗證了：柔性ABI能“聽得見”。

圖3 皮層對軟 ABI 刺激的反應(yīng)特征

該研究為一批聽障患者帶來希望

圖4 柔性ABI的行為評估

據(jù)統(tǒng)計，約有5%重度聽障患者因耳蝸或神經(jīng)缺失，無法接受人工耳蝸。他們多患有如 “神經(jīng)纖維瘤病2型（NF2）” 的疾病，聽力恢復(fù)選擇極其有限。

本研究提供了一種全新的中樞聽覺重建方案，其意義包括：

提升聽覺分辨率：更豐富、更精準的頻率刺激可能帶來真正的語音理解；

減少副作用：柔性貼合減少非目標(biāo)神經(jīng)激活；

推進腦機接口技術(shù)：為其它腦干或皮層神經(jīng)接口提供設(shè)計范式；

加速臨床轉(zhuǎn)化：MRI兼容、微創(chuàng)手術(shù)路徑、安全性良好。

研究團隊提出，未來可進一步提升電極密度與選擇性，推動“超高分辨率”中樞聽覺；接口耐久性和封裝技術(shù)，實現(xiàn)10年以上穩(wěn)定工作；與臨床電刺激器件對接，完成真正意義上的軟體ABI聽覺假體系統(tǒng)。

總的來說，該研究不是在“修復(fù)耳朵”，而是在“重構(gòu)大腦對聲音的理解”。它將人工聽覺從“周邊重建”拓展至“中樞調(diào)控”，為那些最難被幫助的聽障患者帶來了光明的曙光。如果說人工耳蝸開啟了聽覺神經(jīng)假體的第一章，那么，這枚柔軟微小卻精妙絕倫的“柔性ABI”，或許正是第二章的序幕。

END

撰文 | 羅虎

審核 | 醫(yī)工學(xué)人理事會