研究表明，人工耳蜗精确传递电流脉冲的时间顺序可以帮助大脑识别声源

近日，香港中文大学医学院与德国弗莱堡大学医学中心合作。研究表明，人工耳蜗能否准确传递电流脉冲的时间顺序(即声音到达左耳和右耳的时间差)可能是帮助聋人识别声音中细微的时间线索、恢复和提高听力识别能力的关键。相关成果发表于美国国家科学院院刊(PNAS)。

“这种突破性发现有助于医疗领域改进人工耳蜗的设计，给聋人带来新的希望。”香港中文大学医学院论文通讯作者、教授Jan 根据Schnupp的说法，它的研究结果有望提高人工耳蜗用户的听觉能力，提高他们在嘈杂环境中的声音定位能力和语言解读能力。

目前，全球有100多万失聪患者依靠人工耳蜗助听。人工耳蜗取代受损的内耳毛细胞，通过电脉冲序列刺激听觉神经系统，使患者产生听觉。然而，仍然有许多缺陷。正常情况下，人脑可以区分小到几十微秒的时间差(一微秒是百万分之一秒)。时间差(耳朵时间差)可以用来判断声音来自左侧或右侧，从而赋予人类听觉空间的能力。然而，人工耳蜗仍然没有赋予患者相关的能力。

研究小组认为，原因是现有的人工耳蜗只依靠电脉冲序列的不同振幅来传递声音，而忽略了设置电流脉冲序列的准确性。换句话说，如果电脉冲的时序准确性不足，听觉神经从左右两侧收到的电脉冲信号就会变得杂乱无章，很难准确识别声源。研究小组开发了动物模型来评估不同刺激方法的影响，并验证了这一假设，因为临床护理标准和患者的病史会干扰研究结果。

研究小组将人工耳蜗植入八只先天性失聪的成年老鼠，以识别应用于听觉神经的电流脉冲刺激是否能帮助老鼠识别声源。数据显示，老鼠可以快速识别左右声音，甚至对80微秒以下的耳朵时间差极其敏感。耳朵时间差的敏感度与听力正常的老鼠和人类相似，远高于普通耳朵植入人工耳蜗的患者。

随后，研究小组设计了不同的电流刺激方法，以评估脉冲序列振幅确定的耳朵时间差以及单个脉冲确定的耳朵时间差对老鼠的影响。实验数据显示，老鼠的感知主要取决于单个脉冲的耳朵时间差，对脉冲振幅确定的耳朵时间差极其敏感。这一发现反映了目前人工耳蜗的临床治疗。医疗领域迫切需要重新设计人工耳蜗刺激听觉的方法，以更有效地模拟自然听觉系统的敏感性。

这项研究的结果使研究团队对当前的临床治疗提出了新的疑问。过去，医学界可能忽略了声音到达耳朵时时间差的特点，人工耳蜗用户很难区分声音来源，因为他们无法根据需要的准确性调整电脉冲刺激听觉神经的时间。团队创新的动物模型突破了目前人工耳蜗研究的局限性，证明当人工耳蜗的设计能够准确捕捉声音的“节奏”时，人工耳蜗用户很容易识别小于80微秒或小于80微秒的耳朵时间差。

Jan Schnupp指出，这项突破性研究发现，许多植入人工耳蜗的用户，尤其是那些早期失聪的人，可能在当前设备传递声音信息的方式下，在空间听觉和音准识别方面遇到困难。“我们可以解锁大脑处理左右耳线索的能力，重新制定人工耳蜗的刺激方法，通过优先选择脉冲时序而不是脉冲序列振幅的线索，惠及更多的失聪患者。”

接下来，研究小组将进一步将研究表明，转换应用于人工耳蜗，例如增加精确的时间编码技术，改进人工耳蜗的设计，实现新一代“仿生耳蜗”的愿景。