在科技飞速发展的今天，听力障碍问题却依旧困扰着无数人。据世界卫生组织预测，到 2050 年，将有 7 亿人需要听力康复 。噪声暴露、遗传因素、感染、药物副作用以及年龄增长等，都是导致听觉受损的 “元凶”。对于单侧或双侧严重至极重度听力损失患者而言，人工耳蜗（Cochlear implant）是他们重拾声音的希望，能帮助他们获得有意义的声音感知。但有一种特殊群体却被排除在人工耳蜗的 “救赎” 之外，那就是听神经受损或缺失的患者，其中多数为患有 2 型神经纤维瘤病（NF2
14）的患者。这种病会导致他们双侧前庭神经鞘瘤，进而引发成年后严重的听力损失，使得人工耳蜗对他们无效。此时，听觉脑干植入物（Auditory brainstem implant，ABI）应运而生。它能绕过听觉外周，直接电刺激耳蜗核表面，理论上是解决这一难题的 “钥匙”。然而，目前临床上使用的 ABI 却不尽人意。多数使用者虽能感知声音，却难以理解言语，而且由于电流的扩散，还会引发疼痛、面部抽搐等非听觉副作用，导致部分电极不得不停用。此外，ABI 的放置手术复杂，需要开颅，且电极阵列难以精确放置在耳蜗核表面，这些问题都严重限制了 ABI 的临床效果。因此，研发一种更有效的 ABI 迫在眉睫。
为了攻克这些难题，来自瑞士洛桑联邦理工学院（Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne EPFL）、瑞士弗里堡大学、美国麻省眼耳医院和哈佛医学院等机构的研究人员，踏上了探索之路。他们致力于研发一种新型的软质多通道 ABI，期望能为听障患者带来新的希望。经过不懈努力，他们成功研发出一种可植入的双位点（脑干和皮层）系统，并在猕猴身上进行了实验验证。该研究成果发表在《Nature Biomedical Engineering》上，为听觉神经假体领域带来了新的曙光。
研究人员为了实现这一突破，采用了多种关键技术方法。在硬件方面，利用先进的微加工技术，根据猕猴的解剖结构，设计并制造了个性化、符合猕猴尺寸的软质多通道 ABI 阵列和软质脑电皮层电图（ECoG）阵列。通过精确控制材料和几何形状，使软质 ABI 能更好地贴合耳蜗核的弯曲表面。在实验过程中，使用了行为频率辨别任务评估电刺激的感知影响，通过记录听觉诱发电位（AEPs）和电听觉诱发电位（eAEPs）来分析听觉通路的反应，还运用了 CT 和 MRI 成像技术来确认植入物的位置和稳定性 。
下面我们来详细了解一下他们的研究结果：
- 实验方案设计：研究构建的 NHP 模型整合了多个关键组件。设计并制造了两种个性化、符合 NHP 尺寸的植入物，即用于刺激耳蜗核的软质多通道 ABI 阵列和用于记录听觉皮层反应（听觉诱发电位，AEPs）的软质 ECoG 阵列 ，同时记录听觉脑干反应（ABRs）。此外，实施了行为频率辨别任务，以评估通过软质 ABI 进行电刺激对感知的影响。
- 慢性 NHP 尺寸软质 ABI 的设计：通过对猕猴脑干解剖结构的详细研究，确定了软质 ABI 的合适尺寸和形状。其厚度为 150μm，包含 11 个电极，分布在 0.96mm×2.64mm 的区域内，每个电极直径为 100μm。这种设计能够更好地贴合耳蜗核的表面，提高刺激效果。
- 软质 ABI 的微加工：软质 ABI 采用了可拉伸的互连结构，完全嵌入 150μm 厚的硅橡胶层中，确保了良好的机械顺应性和电完整性。其导电层由聚酰亚胺 / 铂 / 聚酰亚胺（PI/Pt/PI）薄膜构成，电极接触点涂有软质铂 - 硅复合材料，提高了电荷注入性能 。
- 植入和术中验证：在两只猕猴（猴子 L 和猴子 G）身上进行了软质 ABI 阵列的植入手术。通过识别颅骨标志和使用 3D 外视镜辅助，完成了关键孔后乙状窦后颅骨切除术，将软质 ABI 阵列精确放置在耳蜗核表面，并通过监测电诱发听觉脑干反应（eABRs）和面部肌电图反应（EMG）来确认植入位置的准确性 。
- 软质 ABI 的定位和随时间的稳定性：术后通过 CT 和 MRI 图像确认了软质 ABI 阵列的位置，发现其能很好地贴合耳蜗核表面。在猴子 L 身上，9 个月的植入期内未观察到可量化的位移；在猴子 G 身上，虽然术中观察到了迁移，但总体上证明了软质 ABI 在体内具有一定的稳定性。
- 对电刺激的皮质反应特征：在两只猕猴身上记录了对声音（AEPs）和对 ABI 电刺激（eAEPs）的皮质反应。发现 eAEPs 的激活阈值低至 0.3mA，振幅范围为 50 - 170μV，与 AEPs 相当，且电刺激的动态范围表明其可调节神经假体感知的强度 。
- 软质 ABI 的神经假体音调定位：比较了声学和电刺激下诱发的皮质反应空间模式，发现不同的 ABI 电极能诱发不同的皮质活动模式，类似于声学刺激触发的音调定位图，这表明软质 ABI 能够实现高度特异性的刺激 。
- 对电刺激的行为反应：在经过声学任务训练的猴子 L 身上测试了电刺激与感知显著性的关系。结果表明，猴子能够区分不同电极对的刺激，且电刺激引起的感知变化与 2Hz 的声学频率差异相似，证明了软质 ABI 刺激能够有效调制动物的声学感知 。
在研究结论和讨论部分，研究人员研发的软质听觉神经假体在 NHP 模型中取得了显著成果。该软质 ABI 成功在两只动物身上引发了强大的听觉脑干和皮质反应，并在其中一只动物身上展示了有效的行为听觉辨别能力。这种软质、小型化的植入物结合 NHP 模型，代表了听觉神经假体领域的一系列重要进展。与传统的临床 ABI 相比，软质 ABI 具有更好的贴合性、更高的电极密度和更小的电极尺寸，能够实现更精确的刺激，减少非听觉副作用，提高患者的言语理解能力 。同时，NHP 模型为研究听觉神经假体提供了更接近人类的实验平台，有助于进一步优化 ABI 技术。然而，研究也指出，在将软质脑干电极阵列应用于临床之前，仍需要进一步改进技术，如提高电极密度、增强植入物的鲁棒性和处理能力、开发更好的封装技术等 。尽管面临挑战，但这项研究为听障患者的康复带来了新的希望，为未来 ABI 技术的发展指明了方向，有望推动听觉神经假体领域取得更大的突破，让更多听障患者重新拥抱美好的有声世界。
生物通微信公众号
