脊髓刺激技术实现听觉感官替代：慢性疼痛治疗装置的跨界应用

全球约7亿人正面临致残性听力损失，而传统助听设备对20%的重度患者（如内耳结构损伤者）收效甚微。尽管人工耳蜗拯救了部分患者，但约1/3使用者仍无法接听电话，听觉脑干植入则因手术风险高难以普及。为此，剑桥团队独辟蹊径，将慢性疼痛治疗装置——脊髓电刺激系统（SCS）改造为“神经传声筒”：通过植入电极将声音转化为高精度电脉冲，直接刺激脊髓背柱通路，使大脑将触觉信号解码为声音信息。在13名受试者中，8人仅凭脊髓刺激即实现72.8%的声音识别准确率（远超33%随机水平），且刺激信息速率（比特率）越高，复杂声音区分能力越强。这项突破不仅为人工耳蜗禁忌症患者（如神经纤维瘤病2型）提供了无需新植入设备的替代方案，更揭示了脊髓作为多感官信息中转站的潜力。未来，通过优化编码算法（目标比特率300bps以上）与结合残余听力，该技术或能构建新一代跨模态听觉康复系统，让沉默的世界再次响起声音。

结果

图1展示了如何将原始声音，如电话铃声、引擎声转化为可被脊髓感知的个性化电刺激模式。该模式通过多频段分解、动态编码、抗干扰设计来实现。其中多频段分解工作原理为：声音信号通过滤波器拆分为不同频率子带，每个子带对应一个脊髓刺激通道。动态编码根据个体校准结果，将声音波形实时映射为时空电脉冲序列。抗干扰设计中采用连续交错采样（CIS）技术，避免多通道刺激信号相互干扰。

图1. 声学信号向个性化脊髓刺激模式的转换

图2揭示了13名参与者通过脊髓刺激建立的感知通道体感分布，所有受试者至少形成2个感知通道（对应躯干/四肢特定区域），尽管偶有“异常但愉悦的刺痛感”反馈，仅0.4%的校准试验引发短暂不适。

图2. 参与者体感分布示意图

本研究首次验证脊髓计算机脑接口（SCBI）可将声音转化为可识别的脊髓电刺激模式，如图1所示，为传统助听设备无效的听力损失患者提供新方案。实验1显示，8名受试者仅通过SCBI刺激实现72.8%的声音识别准确率（显著高于33%随机水平），且刺激比特率（47-126bps）与识别率呈正相关（Spearman’s ρ=0.22）。尽管当前比特率低于人工耳蜗（千比特级），但SCBI凭借微型植入、毫秒级响应，及与现有疼痛治疗设备的兼容性，其架构如图5所示，展现出独特优势：例如为神经纤维瘤病2型（NF2）等听觉神经损伤患者提供无需新植入手术的替代路径，或作为人工耳蜗的补充传递低频声谱（协同提升嘈杂环境语音识别）。未来需优化电极设计提升比特率至300bps以上，并通过长期训练研究神经可塑性（如脊髓-听觉通路重塑）。尽管存在样本量小、刺激模式未完全优化等局限，SCBI仍为跨模态感官替代开辟了新范式——通过挖掘成熟医疗设备的“跨界潜力”，或能加速听力康复技术的临床转化。

图5. SCBI助听设备潜在现实应用概念示意图

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