人工耳蜗是如何工作的

能恢复听觉的装置是仿生学的一大壮举，人工耳蜗植入物使世界各地成千上万的人能够听到他们原本听不到的声音。但是，人工耳蜗究竟是如何工作的呢?它们在现实中是如何发挥作用的呢?

人工耳蜗

人工耳蜗是如何工作的?

我们首先要理解的是声音是如何通过耳朵传播的。墨尔本仿生学研究所首席研究员、副教授雷切尔·理查森说:“声波是一种空气和其他物体的振动，这些震动由耳蜗内一层非常柔软的薄膜膜接收。”

一个戴着人工耳蜗的男人。

这种震动拉伸或压缩了耳蜗内被称为“毛细胞”的一种微小细胞，它们是一种声音的传感器，可以专门探测这些震动。当毛细胞被拉伸或压缩时，它们就会刺激听觉神经细胞中神经递质的释放。

由于听力受损的人通常会缺少部分或全部的毛细胞，因此医生会使用人工耳蜗作为替代来刺激听觉神经细胞。

这种植入物通常有两个部分：其中一个是装有一组电极的小型装置，通过外科手术被植入耳朵内部；另一个部分是一种带麦克风和处理器的设备，可以接收声音并以电子的方式将其传输到带有电极的小型装置中。

人工耳蜗的工作原理和耳朵一样吗?

人工耳蜗不能做到和毛细胞相同的工作，事实上耳蜗产生的声音并不丰富。理查森说:“这很难描述——它听起来有点机械噪音，有点刺耳。例如，如果有音乐播放，你无法通过人工耳蜗区分它是钢琴演奏还是小提琴演奏。”

该技术存在一些难以克服的局限性。其中一个问题是，这种植入物最多有22个电极，每个电极覆盖一个声音的频率范围，但人工的电极无法像毛细胞那样精确。理查森说:“这就像用你的胳膊肘弹钢琴一样——你将得到一堆杂乱的音符。”而另一个问题与电流有关，理查森说:“你是在用电流刺激神经，在液体环境中，尤其是在含盐的液体环境中，电流很快就会分散，从而使得精确地激活单个神经变得非常困难，而不幸的是人体正是这样一个含盐的液体环境。”理查森说:“即使是一个非常小的电极，它传递的信号也会互相重叠，所以这22个电极并不能形成22个独立的信息通道，实际上，如果有8到10个通道能够正常工作就已经谢天谢地了。”

这就产生了这样的一种结果，世界上没有一个尽善尽美的人工耳蜗。如果人工耳蜗在某些情况下效果非常好，比如和朋友一对一的讲话，那么在其它情况下就仅仅差强人意，比如参加一个多人会议。除此之外，人工耳蜗还会接收所有能被听见的的声音，所以如果一个佩戴人工耳蜗的人处在很嘈杂的环境中，他就很难把注意力集中在其中的一个声音上。

同样重要的是，需要注意的是，耳蜗植入物并不能像戴上一副眼镜可以矫正视力那样立即恢复听力。澳大利亚聋人协会的首席执行官珍·布莱斯指出，“为了让耳蜗正常工作，需要进行强化和长期的治疗，大脑可能需要几个月甚至几年的时间来学习新声音的含义。”

最后需要指出的是，尽管人工耳蜗植入的手术虽然简单，但也不是完全没有风险——毕竟这是一场手术。布莱斯说:“手术本身就存在术中和术后风险，包括感染、听觉功能障碍、神经损伤、耳鸣、面瘫、平衡问题、眩晕和听力不良。”

正是因为这些原因，有些人选择不植入人工耳蜗，或者即使植入了人工耳蜗他们也很少使用。

这是一项有限的技术——有改进的方法吗?

自从40年前人工耳蜗发明以来，事实上已经有了很大的改善。理查森说:“很多改进都来自于语音编码策略方面，语音编码是指，耳朵接收声音，过滤它，然后发送信息的整个流程。”但是有一些基本的物理因素限制了耳蜗植入的发展。

理查森说:“我们现在已经达到了一个瓶颈，我们可以在多大程度上进一步发展这项技术，很大程度上需要根据人工耳蜗能否大范围应用，只有更多的使用才能刺激更好的技术进步

例如，为了制造更好的人工耳蜗，理查森和她的同事正在研究如何使用光而不是电流来刺激听觉神经细胞，因为相比于电流，光线可以更精细地聚焦。理查森说:“问题是耳朵里的神经对光线没有自然形成的反应，就如同眼睛无法看见声音一样，因此任何利用光线刺激听觉神经的技术都需要对神经细胞进行一些人为的修改。目前这个想法还处于非常早期的探究阶段，离真正的人体临床测试还非常非常远。

本文参考cosmosmagazine文章，“How cochlear implants work…and when they don’t”，如有兴趣还可查阅原文。

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