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医工学人评论
通过柔性脑干植入技术在非人灵长类中实现高分辨率听觉感知,开创了中枢神经假体精准重建听觉功能的新纪元。

耳聋是一种使人衰弱的感觉障碍,影响每个年龄段的人,并严重影响他们的生活质量。根据世界卫生组织的数据,到 2050 年,将有 7 亿人需要听力康复。事实上,最近娱乐场所噪音暴露的爆炸式增长使 11 亿 12-35 岁的年轻人面临永久性感音神经性听力损失的风险。导致听觉障碍的其他因素包括遗传性听力损失以及非先天性因素,例如感染、耳毒性药物、后颅窝肿瘤和衰老。
随着听觉神经假体技术的不断发展,人工耳蜗已成功为全球数百万听障人士带来“声音的重生”。然而,对于那些耳蜗或耳蜗神经受损、无法植入人工耳蜗的特殊患者群体来说,传统手段几乎无能为力。他们只能依赖一种更为复杂但效果有限的技术——听觉脑干植入体(ABI)。
一次从“材料-神经-行为”层级全链路突破
本研究创新性地构建了一个双站点神经接口系统,包括:
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柔性听觉脑干植入体(soft ABI):可贴合脑干耳蜗神经核表面,精确电刺激中枢听觉区域;
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柔性皮层电极阵列(ECoG):记录大脑听觉皮层对电刺激的神经反应;
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行为学反馈系统:通过设计听觉辨别任务,直接衡量猴子是否“听到了”刺激。
研究中使用的猴模型不仅神经解剖结构接近人类,还可完成复杂听觉行为训练,为验证中枢听觉假体的有效性提供了前所未有的平台。

图1 实验设计及设备
柔性ABI,让“贴合脑干”不再是难题
传统ABI最大的问题在于僵硬的电极无法贴合耳蜗神经核复杂弯曲的表面,导致信号刺激精准度低、非目标区电流扩散严重,常出现面部抽搐、眩晕等副作用,甚至不得不关闭大部分电极。
本研究团队基于微纳加工和薄膜材料工程,构建了厚度仅150μm、包含11个电极的柔性ABI阵列:
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弹性硅橡胶与多层PI/Pt结构赋予其极强的机械贴合性与耐久性;
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微电极直径仅100μm,电刺激更聚焦;
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可通过MRI定位标记实现手术精准植入。
研究显示,该柔性ABI在猴脑中可长期稳定贴合达17个月以上,电极稳定性优异。
从脑干到皮层,重建“神经调谐”通路
通过电生理实验,研究团队首次系统性验证了柔性ABI的“神经调谐”能力:
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不同ABI电极可激活听觉皮层不同区域,构建清晰的电刺激调谐图谱;
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类似音频的电刺激信号在皮层引发的反应可被背景噪声“掩盖”,证明其具备听觉性质;
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相邻0.88 mm的电极刺激也可被大脑区分,显示出极高的空间解析度。
这意味着,柔性ABI不仅能“通电唤醒”听觉系统,还能精确调控不同频率感知,为语音识别和复杂听觉任务提供可能。

图2 术中和术后的柔性ABI放置和验证
非人灵长类首次完成“中枢电听觉”行为测试
研究中最令人振奋的部分,是猴子对电刺激的听觉行为反馈:
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猴子可区分由不同ABI电极发出的电刺激;
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在电刺激和声音混合任务中,猴子表现出对电信号的“声音感知”;
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电刺激引起的行为反应与声音频率差异2Hz相当,说明刺激“听起来是不同的”。
这不仅从神经层面,更从感知和行为层面验证了:柔性ABI能“听得见”。

图3 皮层对软 ABI 刺激的反应特征
该研究为一批听障患者带来希望
图4 柔性ABI的行为评估
据统计,约有5%重度听障患者因耳蜗或神经缺失,无法接受人工耳蜗。他们多患有如 “神经纤维瘤病2型(NF2)” 的疾病,听力恢复选择极其有限。
本研究提供了一种全新的中枢听觉重建方案,其意义包括:
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提升听觉分辨率:更丰富、更精准的频率刺激可能带来真正的语音理解;
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减少副作用:柔性贴合减少非目标神经激活;
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推进脑机接口技术:为其它脑干或皮层神经接口提供设计范式;
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加速临床转化:MRI兼容、微创手术路径、安全性良好。
研究团队提出,未来可进一步提升电极密度与选择性,推动“超高分辨率”中枢听觉;接口耐久性和封装技术,实现10年以上稳定工作;与临床电刺激器件对接,完成真正意义上的软体ABI听觉假体系统。
总的来说,该研究不是在“修复耳朵”,而是在“重构大脑对声音的理解”。它将人工听觉从“周边重建”拓展至“中枢调控”,为那些最难被帮助的听障患者带来了光明的曙光。如果说人工耳蜗开启了听觉神经假体的第一章,那么,这枚柔软微小却精妙绝伦的“柔性ABI”,或许正是第二章的序幕。

END
撰文 | 罗虎
审核 | 医工学人理事会
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