作者全部为中文署名！南开大学最新Nature Materials！

感音神经性听力损失与耳蜗或听觉神经损伤密切相关，全球约3%人口受到影响。由于受损听觉神经难以通过药物、基因治疗或干细胞手段有效修复，现有生物学恢复方案仍然有限。

人工耳蜗是目前缓解此类问题的主要手段，但高度依赖残余健康听觉神经，对严重耳蜗畸形、听觉神经发育不足或错过最佳干预窗口的人群并不适用。

同时，传统人工耳蜗多采用时间驱动计算和有限电极通道，频率分辨率、复杂声环境适应性和类神经处理能力仍有明显不足。

因此，理想的人工听觉系统需要不只是“采集声音”，还要能像神经系统一样完成事件驱动的信息编码、突触可塑性调控、噪声环境下的选择性注意，并进一步与活体神经接口耦合，从而绕过受损听觉通路并重建功能性听觉环路。

近日，南开大学的徐文涛在Nature Materials发表了题为"An artificial neuromorphic interface for auditory restoration"的研究论文。

核心亮点

1. 构建完整人工听觉神经环路，覆盖声信号采集、换能、神经形态处理和生物电编码。

2. 自供能多孔听觉传感器实现20 Hz–20 kHz全人耳可听频段响应，并能分辨三频混合声。

3. 石墨烯量子点修饰WO₃纳米线突触器件通过H⁺可逆插入/脱出实现动态学习和宽范围声音序列处理。

4. 星形可重构神经形态电路实现类似生物侧抑制的选择性注意，并在噪声下保持高识别准确率。

5. 人工听觉神经环路与兔外周神经耦合后，可将人类语音转化为运动响应，展示听觉恢复与生物机器交互潜力。

全文速览

感音神经性听力损失影响全球约3%人口，但目前缺乏可行解决方案。该研究提出一种能够与哺乳动物传入神经杂交耦合、重建听觉通路的神经形态接口。自供能声学器件作为听觉感受器，星形可重构人工神经电路通过侧抑制逻辑实现注意力集中。

借助WO₃纳米线中的动态可逆质子插入与脱出，突触单元可提供动态信息处理和宽范围连续声音处理能力。研究还利用8 × 8突触晶体管阵列实现三维声源定位，通过矩阵-向量乘法和突触电流分析完成空间映射与区分。

该人工听觉神经电路能够精确区分同音词，形成闭环神经电路，并帮助听力受损兔恢复听觉功能，使其可根据人类语音完成打字、踢球等动作。该工作为神经修复、替代和生物控制系统提供了新思路。

图文解读

图1 | 人工听觉神经环路模仿生物听觉路径，将声音感知、神经形态处理和生物运动反馈连接为闭环系统。

图1展示了从天然听觉系统到人工听觉神经的设计逻辑。声振动首先由自供能听觉受体转化为电信号，再进入WO₃纳米线突触网络和语言处理模块，产生类似神经冲动的输出；当该系统与外周神经接口连接后，可进一步调节哺乳动物运动行为。

图2 | 自供能多孔听觉传感器实现全可听频段声电转换，并能识别三频混合声音信号。

图2验证SPAS器件在20 Hz–20 kHz范围内的声学响应能力。时域和频域结果表明，器件可稳定输出低频信号、提升中频分辨率，并在高频段保持强输出；

三频混合测试中，400 Hz、2,000 Hz和4,000 Hz信号被清晰分辨，说明FEP薄膜形变差异带来可靠频率选择性。

图3 | 石墨烯量子点修饰WO₃纳米线突触器件兼具结构可控性、循环稳定性和质子插入驱动的可塑性调控。

图3围绕GWAS突触器件的结构与性能展开。WO₃纳米线直径约400 nm，具有多晶结构和丰富晶界，有利于载流子俘获释放与离子传输；

器件在约1.48 × 10⁶次脉冲内保持稳定电导窗口，并在1,200次刺激下表现出超过500 μA的EPSC，XPS和ToF-SIMS进一步证明H⁺逐步进入WO₃通道并改变W、O化学环境。

图4 | WO₃/HₓWO₃可逆相变赋予突触器件类神经动态，可支持频率、脉冲和语义相关声学处理。

图4说明质子化前后WO₃晶格由单斜相向导电HₓWO₃相转变，并展示器件模拟神经功能的能力。不同纳米线数量对应不同离子通道密度，可产生频率依赖可塑性、双脉冲易化和电压依赖可塑性；

结合SPAS后，器件还能利用历史依赖性区分同音短语“xing xing”在“star”和“ape”语境中的差异。

图5 | 生物杂化听觉-运动接口将语音命令转化为兔外周神经刺激，实现可控肢体运动响应。

图5展示人工听觉神经与兔活体组织耦合的验证。语言处理模块把语音命令转化为突触电流和伪运动神经动作电位，再经植入式接收器刺激坐骨神经；

生物相容性测试显示细胞活率超过90%，运动和EMG结果表明“slow”“moderate”“fast”等语音可诱导不同频率和幅度的腿部运动，并进一步支持打字和踢球演示。

总结

该研究展示了一种可与哺乳动物传入神经整合的人工听觉神经，用于形成杂化神经环路并重建听觉。该生物控制型人工听觉神经覆盖完整人耳可听频段，并在噪声环境中成功表现出声音辨别能力。

重建的听觉环路能够帮助动物模型响应人类语音命令，并成功调节动物模型的运动。该工作为通过神经形态电子替代绕过受损听觉通路、从感音神经性听力损失中恢复听觉，以及建立面向跨物种交流的生物逻辑兼容接口开辟了新的可能性。

An artificial neuromorphic interface for auditory restoration,Nature Materials,2026,DOI:10.1038/s41563-026-02656-w

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