人工耳蝸：中國(guó)深度耳聾患者的新未來

史蒂夫·羅伯斯特 美國(guó)加州大學(xué)舊金山分校耳鼻咽喉科學(xué)系 （美國(guó) 94143）

0. 引言

宸宸（見圖1）于2010 年生于河北省。他的父母最初發(fā)現(xiàn)他對(duì)于周圍的聲音沒有反應(yīng)，于是到當(dāng)?shù)氐尼t(yī)院檢查證實(shí)宸宸患有耳聾。父母經(jīng)過多方努力，終于宸宸于2011 年在上海五官科醫(yī)院接受了人工耳蝸植入?，F(xiàn)在，他的言語和聽覺能力使得他能夠和其他小朋友一樣參加正常學(xué)習(xí)并和他人順暢地交流。

當(dāng)人們發(fā)現(xiàn)耳聾對(duì)于一個(gè)像宸宸這樣的小孩來說比失明更具有挑戰(zhàn)性時(shí)，通常都會(huì)感到吃驚。研究表明，聽障兒童比失明的兒童更少完成教育，雇傭率和終身所得更低。對(duì)于正常聽力的成年人，聽力損失的發(fā)生率隨著年齡的增長(zhǎng)顯著增加。在美國(guó)，年齡在45 歲到54 歲之間的人群中約有2%患有聽力障礙。而在55～64 歲這一年齡段，這一比例增加到了8.5%；在65～74 歲年齡段，這一比例為25%；在年齡超過75 歲的人群中，這一比例高達(dá)50%。直到20 世紀(jì)80 年代中期，仍沒有很好的辦法來治療這些人群。

圖1. 宸宸目前已經(jīng)4 歲了，他于2010 年在河北省出生，患有先天性深度聾。

在20 世紀(jì)70 年代和80 年代早期，澳大利亞、奧地利、美國(guó)的研究團(tuán)隊(duì)致力于更好地了解耳聾治療所需要的生理處理過程和工程技術(shù)，即“人工耳”。這些現(xiàn)代人工耳蝸的先驅(qū)者們發(fā)現(xiàn)，從耳蝸傳出至大腦的神經(jīng)元在聾人中大多都是可用的，如果將一個(gè)電極或電極序列植入內(nèi)耳正確位置，信號(hào)就能被傳遞至中樞神經(jīng)系統(tǒng)。由于聽神經(jīng)的周邊神經(jīng)元是沿著螺旋狀的耳蝸有序排列的，電極陣列的有序刺激能夠重新產(chǎn)生多重音高感知，因此，患者能夠感知和識(shí)別環(huán)境聲及言語聲所需要的聲音的復(fù)雜形態(tài)。確實(shí)，早期的研究證實(shí)，在靠近蝸底的位置由單個(gè)電極刺激產(chǎn)生的電信號(hào)被感知為較高的音高，而在電極陣列頂部深插入耳蝸的刺激位點(diǎn)，感知到了較低的音高。言語聲通過信號(hào)處理技術(shù)被劃分為一系列的頻帶，而每一個(gè)頻帶的能量被指定至鼓階中相應(yīng)的電極列位點(diǎn)，早期人工耳蝸植入者被證實(shí)能夠理解言語?，F(xiàn)在的人工耳蝸的原理與此相同，而聲音處理、封裝、電極設(shè)計(jì)以及整個(gè)系統(tǒng)的效能則更先進(jìn)了，從而提升了效果、可靠性以及患者使用的方便性。由于這些技術(shù)的成功，全世界范圍內(nèi)約有400,000 人植入了人工耳蝸。

1.人工耳蝸裝置

圖2. 目前的人工耳蝸系統(tǒng)包含了一個(gè)外部的言語處理器，射頻發(fā)射線圈以及一個(gè)內(nèi)部植入的接受刺激器來刺激耳蝸內(nèi)的電極陣列。濾波器將輸入聲濾波成多個(gè)頻帶，以提取理解言語所需要的最重要的信息。使用臨床調(diào)試界面來調(diào)整這些數(shù)據(jù)流以滿足用戶個(gè)體需要。這些數(shù)據(jù)通過皮膚傳輸至體內(nèi)植入體，進(jìn)行解碼后以脈沖波序列的形式對(duì)多通道電極進(jìn)行刺激。電極的遙測(cè)反饋數(shù)據(jù)以及使用者的神經(jīng)信號(hào)被傳輸回外部處理器。

目前中國(guó)市場(chǎng)上的人工耳蝸系統(tǒng)主要有四家制造商生產(chǎn)：美國(guó)的Advanced Bionics （http://www.bionicear.com.cn），澳大利亞的Cochlear（http://www.cochlear.com），奧地利的Med El（http://www.medel.com.cn），中國(guó)的諾爾康（http://www.nurotron.com）。這些制造商的基本系統(tǒng)設(shè)計(jì)都非常簡(jiǎn)單。所有的人工耳蝸包含兩個(gè)主要部分，一個(gè)體外部分和一個(gè)體內(nèi)部分。體外聲音處理器通過單個(gè)或多個(gè)麥克風(fēng)接收環(huán)境聲，聲音信號(hào)的聲學(xué)頻譜被分為多個(gè)頻帶，可以調(diào)節(jié)每個(gè)頻帶的聲音動(dòng)態(tài)范圍和水平來滿足患者各自的需求，這些信息經(jīng)編碼后被傳輸至植入體。圖2 顯示了典型人工耳蝸系統(tǒng)的示意圖。植入裝置包括一個(gè)射頻天線，一個(gè)封裝的接收器／刺激器以及刺激電極。天線和刺激器被放置在耳后的皮膚下，而傳送來自接收器／刺激器刺激信號(hào)的刺激電極則通過從乳突磨骨、開孔插入耳蝸內(nèi)（見圖3）。

圖3. 圖中顯示了目前人工耳蝸系統(tǒng)的一部分。戴于耳后的小裝置就像傳統(tǒng)的助聽器，其中包含了外部言語處理器及麥克風(fēng)。外部的傳輸線圈通過磁鐵與內(nèi)部接收器的植入線圈相匹配。接收器對(duì)信號(hào)進(jìn)行解碼并將刺激脈沖發(fā)送至耳蝸內(nèi)的每一個(gè)電極位點(diǎn)。

人的耳蝸包括橫截面上一個(gè)大致的螺旋腔，它由三個(gè)階組成。圖4 顯示了三個(gè)階：前庭階、中階和鼓階。對(duì)于一個(gè)正常聽力個(gè)體來說，聲能震動(dòng)鼓膜并引起三塊聽小骨組成的聽骨鏈運(yùn)動(dòng)，伴隨每一次的聲振動(dòng)，位于最后的聽小骨推動(dòng)牽拉前庭階開口處的卵圓窗膜，并將這些聲能通過充滿淋巴液的各階傳遞。這些聲能觸發(fā)了位于中階內(nèi)的毛細(xì)胞，這些毛細(xì)胞發(fā)生反應(yīng)并通過聽神經(jīng)向中樞神經(jīng)系統(tǒng)發(fā)出動(dòng)作電位。鼓階連同大活動(dòng)度的圓窗膜與中耳腔相隔斷，便于聲能在耳蝸內(nèi)的行波衰減過程。

如此看來，耳蝸是聲能的感覺指示器，根據(jù)聲音的不同響度作出響應(yīng)。然而耳蝸的解剖功能使得它能夠?qū)β曇暨M(jìn)行更復(fù)雜的估算工作。中階內(nèi)的感音細(xì)胞，即毛細(xì)胞，位于前庭階和鼓階之間的一層膜上。這層基底膜機(jī)械地進(jìn)行“調(diào)音”來達(dá)到最佳震動(dòng)，實(shí)現(xiàn)從耳蝸近基底處（在卵圓窗和圓窗位置）的高頻到近蝸尖部低頻的連續(xù)頻率梯度。這樣，通過毛細(xì)胞上的精細(xì)感知纖毛探測(cè)震動(dòng)的位置和強(qiáng)度，周圍聲音的頻譜信息便被沿著基底膜轉(zhuǎn)換為一個(gè)空間頻率梯度，或者音質(zhì)序列。毛細(xì)胞上的纖毛彎曲并釋放神經(jīng)沖動(dòng)，引發(fā)動(dòng)作電位，通過與神經(jīng)元的連接將動(dòng)作電位傳遞至中樞神經(jīng)系統(tǒng)。在那里，相應(yīng)的頻率梯度被重新建立。

圖4. 圖中顯示了人體耳蝸中部1. 5 mm 厚的部分。上圖A 顯示了耳蝸的第一第二和第三轉(zhuǎn)，正常聽力耳，骨螺旋板將液體腔隙隔開，基底膜感知聲音震動(dòng)。下圖B 為高倍放大，耳蝸的結(jié)構(gòu)清晰可見。SV 指的是前庭階，SM 指的是中階，ST 指的是鼓階。感音器位于中階的下緣以及鼓階。在耳聾患者中，人工耳蝸電極被插入鼓階內(nèi)。電極發(fā)出的電脈沖波刺激耳蝸的核心神經(jīng)元。這些聽神經(jīng)的神經(jīng)元將信息傳遞至大腦。

大部分聽力損失的真正原因是由于聽覺退行性病變使得感音毛細(xì)胞喪失，或者這些細(xì)胞的先天缺失。幸運(yùn)的是，在大多數(shù)聽力損失患者中，從耳蝸傳導(dǎo)信號(hào)至中樞神經(jīng)系統(tǒng)的神經(jīng)元功能尚在。這些傳輸神經(jīng)元的存在使得人工耳蝸成為可行的假體裝置，其通過附載這些頻率編碼信息將信號(hào)從人工耳蝸傳遞至大腦，這些信號(hào)被轉(zhuǎn)換為類似神經(jīng)沖動(dòng)的信號(hào)并被中樞神經(jīng)系統(tǒng)就像聽力正常個(gè)體一樣的方式接收。

2.人工耳蝸的言語處理方式

根據(jù)以上描述，人工耳蝸系統(tǒng)成功的關(guān)鍵為中樞神經(jīng)系統(tǒng)相應(yīng)位置進(jìn)行言語識(shí)別所需要的聲音信號(hào)的關(guān)鍵成分的呈現(xiàn)。為了實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)，聲音被麥克風(fēng)拾取后被傳遞至人工耳蝸處理器，并使用數(shù)字帶通濾波器將其分為多個(gè)頻率帶。頻率帶的數(shù)量與耳蝸內(nèi)可用電極數(shù)通常保持一致。目前，各系統(tǒng)的可用濾波通道的數(shù)量范圍為12 到24。如果平衡或操控2 到3 個(gè)位點(diǎn)之間的刺激場(chǎng)產(chǎn)生虛擬通道，那么某些患者感知到的濾波通道數(shù)量就可以達(dá)到100 個(gè)以上[1]。

采用一些策略來分析這些輸入的能量帶，并將這些處理后的信號(hào)分配至耳蝸內(nèi)正確的刺激位點(diǎn)。最早的多通道言語處理器使用了模擬策略，這種策略簡(jiǎn)單地對(duì)輸入聲進(jìn)行濾波，生成與可用通道數(shù)相匹配的頻帶，并壓縮每一通道的動(dòng)態(tài)范圍來匹配個(gè)體患者中每一刺激位點(diǎn)有限的動(dòng)態(tài)范圍，且使用這種壓縮后的模擬信號(hào)來刺激每一個(gè)電極位點(diǎn)。研究者很快發(fā)現(xiàn)由于每個(gè)電極對(duì)以不可預(yù)知的方式互相干擾，使得最終用于刺激聽神經(jīng)的相互作用的電壓梯度被放大或者抵消，進(jìn)而導(dǎo)致了很多受試者感受到了相鄰?fù)ǖ篱g非常大的干擾。

為了減輕這種相互干擾，連續(xù)的短脈沖序列被及時(shí)抵消，這些脈沖序列的間隔通常為10 微妙，是由相鄰電極位點(diǎn)傳遞的。20 世紀(jì)80 年代早期，第一次成功實(shí)施的這種策略被命名為連續(xù)交叉采樣（CIS）[2]。在CIS 中，所有刺激通道的數(shù)量是基于個(gè)體受試者的有效電極位點(diǎn)的數(shù)量來設(shè)定的。采用全波整流和低通濾波的方式，提取每一個(gè)頻帶的包絡(luò)。在一個(gè)清晰的，沒有重疊的伴有每一頻帶中信號(hào)的相應(yīng)包絡(luò)的序列中，對(duì)電極進(jìn)行刺激。

在另外的一些策略中，伴隨刺激器每一次循環(huán)，對(duì)較少數(shù)量的電極進(jìn)行選擇并刺激。SPEAK, ACE 及 APS 策略是“n of m”處理器架構(gòu)的典型例子，其中m 為帶通濾波通道，而n 為刺激的通道數(shù)。一般來說，“n of m”策略采用6～10 個(gè)頻率帶，擁有最大的刺激振幅，這些信號(hào)被傳送至這些頻帶的相應(yīng)電極位點(diǎn)。

對(duì)于一些語言來說，受試者的言語識(shí)別大量依賴聲調(diào)識(shí)別。比如漢語，如果言語時(shí)相精細(xì)結(jié)構(gòu)能夠在處理器的輸出中表現(xiàn)出來，那么言語識(shí)別可以相應(yīng)地得到提升。FSP 和APS 即為整合這些快速信號(hào)成分的策略，而之前的其他策略，這些快速成分中通常在提取慢速包絡(luò)后被丟棄。

在虛擬通道刺激中，對(duì)相鄰電極觸點(diǎn)之間的電流級(jí)進(jìn)行平衡，來產(chǎn)生任一電極位點(diǎn)刺激產(chǎn)生的音高間的中間音高。在Advanced Bionics HiRes 120?和諾爾康的系統(tǒng)中，完整的頻譜被帶通濾波器分割，提取每一個(gè)頻帶的包絡(luò)，且使用FFT（快速傅里葉變換）分析每一個(gè)包絡(luò)的主要頻率。這些頻譜峰被用來確定這一頻帶的虛擬刺激的最佳位點(diǎn)，在耳蝸中最高可分配120 個(gè)頻率位點(diǎn)。

在所有設(shè)備中，這些處理后的信號(hào)通過皮膚被傳輸至接收器，并在接收器中被解碼，而傳輸信號(hào)中的射頻能量則被用來作為植入體的能源。刺激器包含了一個(gè)或多個(gè)電流源，它們可以被快速轉(zhuǎn)換至每一個(gè)蝸內(nèi)電極觸點(diǎn)或者一個(gè)遠(yuǎn)程的參考地級(jí)。多電流源（比如Advanced Bionics 和諾爾康的系統(tǒng)）允許多電極位點(diǎn)的同時(shí)刺激。這些電流源控制通過每個(gè)電極組合傳遞的電流，以補(bǔ)償個(gè)體刺激位點(diǎn)的不同阻抗，并保證每一刺激脈沖的正相位和負(fù)相位平衡，來避免對(duì)電極陣列周圍組織的損傷或者對(duì)刺激位點(diǎn)本身的腐蝕效應(yīng)。

目前的植入的接收刺激器也包括預(yù)留遙感線圈，使得信號(hào)處理單元能夠?qū)?shù)據(jù)傳輸回外部的言語處理器。在大部分情況下，這種遙測(cè)能夠進(jìn)行電極功能的基本分析，包括各個(gè)電極觸點(diǎn)的阻抗測(cè)量，從耳蝸中采集神經(jīng)信號(hào)。這些神經(jīng)反應(yīng)能夠被用來調(diào)節(jié)嬰兒的言語處理器設(shè)置水平，因?yàn)閶雰和ǔ２荒軐?duì)聽力測(cè)試進(jìn)行反饋。另一方面，神經(jīng)反應(yīng)也可以被用來評(píng)估耳蝸內(nèi)各個(gè)刺激位點(diǎn)的興奮傳播。

3.接收／刺激器

圖5. 置于人工耳蝸系統(tǒng)鈦金殼體中的射頻接收器和神經(jīng)刺激器。圖中顯示了諾爾康（A），Cochlear（C）以及Advanced Bionics（D）公司的接受刺激器。圖B 顯示了諾爾康刺激器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。

接收／刺激器包含了一個(gè)射頻天線以及一個(gè)封裝的殼體（如圖5 所示）。目前人工耳蝸系統(tǒng)采用鈦金來封裝植入體電子元器件部分，因?yàn)殁伣鹁哂休^高的耐撞擊性和生物兼容性。封裝的引針包括外裹絕緣硅膠的鉑依合金針，硅膠陶瓷或銅焊金陶瓷，用以提供輸入天線、內(nèi)部電子元器件以及電極導(dǎo)線和參考地電極之間的內(nèi)部連接。 比起其他電子植入設(shè)備，人工耳蝸的這些封裝顯得尤為重要，因?yàn)槿斯ざ佉樳B接更多，內(nèi)容量則更小。如果進(jìn)行合理的設(shè)計(jì)和制造，這些封裝技術(shù)能夠可靠地保持小于1x10～9 atm cc/秒的氦氣泄漏，并能保證平均幾十年的使用壽命。

封裝的接收／刺激器的部件包含來自各個(gè)制造商的特有VLSIC 芯片，這些芯片被放置在單面或雙面的印刷電路板上，并直接與輸入和輸出的引針相連接。射頻連接提供了運(yùn)行刺激器的能量，將數(shù)據(jù)從外部聲音處理器傳至各個(gè)刺激位點(diǎn)，并將遙測(cè)的數(shù)據(jù)傳輸回外部的處理器。這一返還的遙測(cè)數(shù)據(jù)包括對(duì)電極阻抗的不間斷的檢查以及對(duì)電刺激反應(yīng)產(chǎn)生的神經(jīng)信號(hào)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。目前人工耳蝸系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸頻率范圍為5 MHz 到49 MHz， 而運(yùn)行的刺激速率最高可達(dá)83 KHz。

圖6. 圖中顯示了兩種不同的刺激電極。上圖（A）為諾爾康的24 導(dǎo)直電極陣列。下圖（B）為Advanced Bionics 的16 導(dǎo)HiFocus Mid-Scala ?電極陣列。兩種電極均由液體硅膠注塑并采用鉑依合金材料作為刺激觸點(diǎn)。

在植入刺激器中，對(duì)刺激時(shí)間，電極位點(diǎn)指派，以及刺激水平進(jìn)行編碼來控制每一個(gè)刺激位點(diǎn)的固定電流。據(jù)上所述，在言語處理器中，將處理后的環(huán)境聲過濾成多個(gè)頻率帶，將每一個(gè)頻帶對(duì)應(yīng)至一個(gè)位點(diǎn)，而響度范圍則根據(jù)術(shù)后的初始測(cè)試進(jìn)行設(shè)定。受試者通常對(duì)每個(gè)刺激電極位點(diǎn)具有不同的音高感知，這些感知遵循耳蝸底部音高較高、蝸尖部（或植入電極的頂端）音高較低這一頻率分布的自然規(guī)律。從刺激器通向電極陣列的細(xì)線被焊接在從刺激器輸出的封裝引線上，這些引線覆蓋有金屬保護(hù)蓋或者環(huán)氧樹脂密封，并進(jìn)行螺旋卷曲處理以減少破損。對(duì)每一根引線的頂端觸點(diǎn)進(jìn)行放大，以減小電極阻抗和在電刺激過程中可能出現(xiàn)的腐蝕。目前的電極和觸點(diǎn)設(shè)計(jì)見圖6。

4.電極

當(dāng)今的人工耳蝸電極采用液體或彈性硅膠進(jìn)行注塑。這些橡膠成分提高了耐撕裂能力以及與內(nèi)耳環(huán)境的兼容性。硅膠載體將刺激觸點(diǎn)放置在正確的位置上，并保證了插入耳蝸時(shí)的正確朝向，在刺激位點(diǎn)和導(dǎo)線間提供了絕緣層，并對(duì)從植入刺激器到電極尖部的整條導(dǎo)線束進(jìn)行了保護(hù)。刺激觸點(diǎn)以及相連的導(dǎo)線采用的是鉑依合金，鉑依的比例通常為90%：10%，并采用聚四氟乙烯 (Teflon?)進(jìn)行絕緣。

目前在中國(guó)銷售的四家人工耳蝸制造商所制造的蝸內(nèi)電極的橫截面大小、長(zhǎng)度、總體的形狀以及機(jī)械性能差異較大。總的來說，在過去的十年中電極陣列的橫截面逐步減小，因?yàn)閷?shí)驗(yàn)室研究以及手術(shù)經(jīng)驗(yàn)表明，較大的電極會(huì)增加損傷耳蝸的風(fēng)險(xiǎn)。目前的電極陣列近耳蝸基底部的直徑通常為1.0mm 或更小，而尖部則只有0.5 mm 或更小。電極陣列的長(zhǎng)度范圍從15.0 mm（專門針對(duì)耳蝸近基底部高頻部位進(jìn)行刺激的短電極）到31.5 mm（專門為深插入以及較低頻刺激設(shè)計(jì)的長(zhǎng)電極）不等。

其他影響電極的安全性和頻率分布的因素為：每一個(gè)電極的形狀以及在鼓階內(nèi)植入電極的位置。如果將彎電極（以Advanced Bionics HiFocus?Mid-Scala?，Helix?以及Cochlear Contour Advance?電極為例）置于靠近鼓階內(nèi)壁的位置，大約18mm 的長(zhǎng)度就能夠覆蓋蝸軸內(nèi)螺旋神經(jīng)節(jié)束的全長(zhǎng)[3]。而直電極陣列（以MedEl和諾爾康的電極為例）由于較大的耳蝸壁周長(zhǎng)，需要更長(zhǎng)的長(zhǎng)度來產(chǎn)生相似頻率位置范圍的刺激。除了電極在鼓階內(nèi)植入的位置外，電極陣列的形狀（直電極或者彎電極）也可顯著影響耳蝸損傷的可能性。近期的研究顯示，與之前的任何一種電極設(shè)計(jì)相比，一種新型的優(yōu)化形狀和機(jī)械性能的彎電極能夠減少與鼓階內(nèi)壁的接觸，從而減少損傷[4]。而一些直電極優(yōu)化后的硬度設(shè)計(jì)也可以減輕損傷，且這些直電極的優(yōu)勢(shì)在于易于插入[5]。

5.人工耳蝸使用者聽到了什么

幾乎所有的中文人工耳蝸使用者不依靠唇讀，而是靠聽隨機(jī)句子中的關(guān)鍵詞來進(jìn)行言語識(shí)別。通過術(shù)后調(diào)試程序（調(diào)試每個(gè)電極通道所需要的響度以及受試者每一個(gè)位點(diǎn)的音高感知），部分受試者可以立刻獲得言語感知。很多表現(xiàn)卓越的人工耳蝸使用者能夠在僅僅一兩個(gè)月的康復(fù)之后達(dá)到最佳的言語識(shí)別，他們的測(cè)試得分能夠達(dá)到100%。 部分人工耳蝸使用者的聽能恢復(fù)較慢，可能需要36 個(gè)月的時(shí)間來達(dá)到他們的最佳表現(xiàn)。盡管表現(xiàn)差異較大（尤其對(duì)于那些術(shù)前耳聾時(shí)間較長(zhǎng)的人工耳蝸使用者），在沒有唇讀輔助的情況下，大部分人工耳蝸使用者能夠達(dá)到75%以上的句子材料識(shí)別。當(dāng)來自人工耳蝸的言語信號(hào)與唇讀信息和其他聽覺輸入相結(jié)合時(shí)，在日常生活中很難將部分人工耳蝸使用者與正常聽力人群區(qū)分開。有趣的是，在中國(guó)盡管來自4 家制造商的人工耳蝸系統(tǒng)的言語編碼策略不同，策略運(yùn)行的方式不同以及電極配置不同，但不同人工耳蝸設(shè)備使用者的總體表現(xiàn)卻沒有顯著差異[6]。

6.人工耳蝸未來的方向

作為重度及深度耳聾患者的常規(guī)治療方式，人工耳蝸已被廣泛接受，加之市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)日益激烈，加速了對(duì)于發(fā)展這些裝置的研究。第一代人工耳蝸基礎(chǔ)科學(xué)和工程研究的經(jīng)濟(jì)資助主要來源于政府或私人捐助者，而如今這些裝置的商業(yè)化制造對(duì)這方面研究的作用已經(jīng)變得越來越重要了。目前研究項(xiàng)目的目的主要包括：提高人工耳蝸植入者聽聲表現(xiàn)，提高可靠性和使用的方便性，保護(hù)甚至支持聽力損失患者殘存的聽神經(jīng)再生（這對(duì)于假體的長(zhǎng)期運(yùn)行而言至關(guān)重要）。

綜上所述，人工耳蝸的功能是直接刺激聽力損失后耳蝸內(nèi)的殘存神經(jīng)。因此我們直觀地假設(shè)比起那些殘存神經(jīng)元較少、排列分散的人工耳蝸使用者來說，有更多殘存神經(jīng)元集中分布在蝸軸上的患者的人工耳蝸植入效果會(huì)更好。動(dòng)物試驗(yàn)已經(jīng)證實(shí)了這一假設(shè)，并顯示周圍神經(jīng)元和細(xì)胞體的喪失會(huì)導(dǎo)致對(duì)電極敏感度的下降。伴隨著神經(jīng)元的喪失，分辨耳蝸內(nèi)刺激位點(diǎn)的能力以及中樞神經(jīng)系統(tǒng)解碼來自耳蝸的高頻信號(hào)的能力也會(huì)隨之下降。也就是說，聽力損失的時(shí)間越長(zhǎng)，神經(jīng)元損失越多，越會(huì)造成中樞神經(jīng)系統(tǒng)頻譜分辨能力的下降。伴隨聽力損失產(chǎn)生的神經(jīng)元的喪失是不可避免的，然而人工耳蝸手術(shù)對(duì)患者造成的額外的神經(jīng)元破壞是可以通過優(yōu)化電極的機(jī)械性能來避免。一些研究已表明，在垂直彎曲設(shè)計(jì)比水平設(shè)計(jì)硬度更大時(shí)，可以減少從鼓階向上通過敏感的中階偏轉(zhuǎn)至前庭階的可能性。這種類型的手術(shù)損傷是在實(shí)驗(yàn)室和臨床患者身上觀察到的最常見的對(duì)耳蝸的損傷。Advanced Bionics 和諾爾康已在電極設(shè)計(jì)制造中融入了這一考慮。

人工耳蝸電極通過鼓階的軌跡取決于電極陣列本身的曲度以及電極尖部與腔隙邊緣的相互作用。Contour Advance?（Cochlear 公司），HiFocus Mid-Scala?和Helix?（Advanced Bionics 公司）的幾款彎電極的設(shè)計(jì)能夠在插入陣列過程中減少與鼓階壁的接觸。為減少電極尖部對(duì)鼓階邊緣產(chǎn)生壓力可能造成的損傷，Contour Advance?陣列采用了一種特殊設(shè)計(jì)的軟尖部（Softip?）。為防止插入中和插入后的接觸，HiFocus Mid-Scala?電極置于鼓階的中央，據(jù)報(bào)道顯示，這是接受測(cè)試的幾款電極中與鼓階壁接觸最少的一款。另一種維持或者提升人工耳蝸植入者神經(jīng)數(shù)量的途徑，是通過替換一種或多種自然生長(zhǎng)因子來直接支持這些細(xì)胞的生物活性，這些因子在正常耳中存在，卻隨著聽力的損失減退了。腦源性神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)因子（BDNF）以及膠質(zhì)細(xì)胞源性神經(jīng)因子（GDNF）是有望用來治療人類神經(jīng)退化疾病的兩種蛋白質(zhì)（ALS 和Parkinson 這兩種疾病就是典型的例子）。這些治療能夠支持耳蝸內(nèi)聽神經(jīng)的存活并提高人工耳蝸的效果嗎？研究已經(jīng)表明，控制耳聾動(dòng)物的神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)因子能夠提升耳蝸內(nèi)神經(jīng)細(xì)胞體的存活，并且在給藥提供營(yíng)養(yǎng)神經(jīng)因子期間同時(shí)通過人工耳蝸給電刺激可以增加這種效應(yīng)[7]。在這些研究中，通過植入毗鄰耳蝸位置的微形滲透管將營(yíng)養(yǎng)神經(jīng)因子注射進(jìn)耳蝸。不幸的是，在停止給藥后這些神經(jīng)元的存活無法持續(xù)，而且將這種方法用于長(zhǎng)期治療人類受試者是不現(xiàn)實(shí)的。

為了解決這一問題，近期研究正在驗(yàn)證采用基因治療來刺激內(nèi)耳神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)因子的自然產(chǎn)物這一方法。在這一方案中，標(biāo)記營(yíng)養(yǎng)神經(jīng)因子產(chǎn)物的基因編碼片段被疊加成活性衰減病毒的基因序列，然后注射進(jìn)鼓階內(nèi)。理論上，內(nèi)耳細(xì)胞會(huì)被病毒感染，有用的基因編碼就可以被傳遞至這些細(xì)胞，并不限定地復(fù)制神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)因子。數(shù)據(jù)顯示，元蹤蛋白的基因編碼已在動(dòng)物內(nèi)耳細(xì)胞中成功轉(zhuǎn)導(dǎo)。下一步工作是要證實(shí)神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)因子基因編碼的有效編入，并觀察到這些動(dòng)物中神經(jīng)存活的增加。如果這些項(xiàng)目成功了，基于基因的治療聯(lián)合人工耳蝸這一手段有望提升這些患者的總體表現(xiàn)。

除了這些為保證更好的生物環(huán)境以提升人工耳蝸效果所做的努力之外，其他科學(xué)工作組正在試圖通過在現(xiàn)有設(shè)備基礎(chǔ)上進(jìn)行微調(diào)、優(yōu)化的方式來使現(xiàn)有的和將來的使用者受益。 正如之前提到過的，通過偏轉(zhuǎn)或集中電場(chǎng)的方式在兩個(gè)或多個(gè)電極間產(chǎn)生虛擬通道，可使得對(duì)一些植入者的頻譜信息轉(zhuǎn)遞得到優(yōu)化。此外，特定的處理器參數(shù)設(shè)置可以使系統(tǒng)優(yōu)化對(duì)某些特定言語的識(shí)別。以漢語為例，作為聲調(diào)語言，與歐洲語言的識(shí)別不同，聲調(diào)的識(shí)別對(duì)漢語來說至關(guān)重要。往后的言語處理算法會(huì)更好地適應(yīng)不同的語言。

很多人工耳蝸植入者報(bào)告雙側(cè)植入后言語識(shí)別的顯著提升。雙側(cè)人工耳蝸幫助患者更好地進(jìn)行聲源定位并在噪聲較大的環(huán)境下提取需要聽取的聲音。

先進(jìn)的材料及電子技術(shù)也正在促進(jìn)人工耳蝸植入體的設(shè)計(jì)和發(fā)展。下一代植入接收刺激器將變得更小，使得手術(shù)植入更容易、更隱形、更牢固?？s小體積以及增加易用性的終極目標(biāo)則是全植入式的人工耳蝸系統(tǒng)。將麥克風(fēng)、言語處理器、刺激器整合至一個(gè)植入單元可以摒棄目前顯露在體外且需要經(jīng)常維護(hù)的體外部分。目前，全植入式人工耳蝸的制造最大的挑戰(zhàn)是能源問題。長(zhǎng)期可充電電池作為植入系統(tǒng)的一部分可能是解決這一問題的方法之一。最終，一種能夠從機(jī)體富有電荷的細(xì)胞中或者從肌肉運(yùn)動(dòng)中持續(xù)產(chǎn)生能量的真正的生物電池可使得人工耳蝸不再需要外部供給。

7.中國(guó)人工耳蝸應(yīng)用的挑戰(zhàn)

過去五年中，人工耳蝸在中國(guó)的植入已變得更加普及，并且中國(guó)即將將人工耳蝸納入用于新生深度聾嬰兒治療的常規(guī)手段。由于目前中國(guó)醫(yī)療和技術(shù)方面正高速發(fā)展，一些挑戰(zhàn)將是不可避免的。

第一大挑戰(zhàn)為長(zhǎng)期的資金支持。中國(guó)每年有近17 萬新生嬰兒，新生兒耳聾比率是美國(guó)和歐洲的兩倍，預(yù)計(jì)每年有超過3 萬的新生兒適合人工耳蝸植入。此外，中國(guó)目前已有大量的人工耳蝸適應(yīng)證人群，且由于退行性耳聾病變加入使這一行列的人群呈上升趨勢(shì)。價(jià)格最低的諾爾康人工耳蝸系統(tǒng)包括手術(shù)費(fèi)以及一年的康復(fù)費(fèi)用總計(jì)大約需要花費(fèi)13 萬，而其他人工耳蝸品牌則平均需要超過20 萬的費(fèi)用，這些數(shù)字是驚人的。然而，相比于聾人專項(xiàng)教育的花費(fèi)以及生活能力的喪失，美國(guó)和歐洲的調(diào)查證實(shí)這些兒童和成人從人工耳蝸獲得的收益遠(yuǎn)大于支出。

第二大挑戰(zhàn)為：隨著人工耳蝸在中國(guó)市場(chǎng)的普及，需要發(fā)展大量的專業(yè)支持。在未來的幾十年內(nèi)，手術(shù)醫(yī)生、聽力師以及康復(fù)老師的需求增長(zhǎng)會(huì)對(duì)醫(yī)院及大學(xué)教育體系造成壓力。因中國(guó)農(nóng)村的龐大人口，且這些人群與大城市以及先進(jìn)醫(yī)療機(jī)構(gòu)之間的距離遠(yuǎn)，這一挑戰(zhàn)會(huì)進(jìn)一步加深。然而，與這種負(fù)擔(dān)相比，對(duì)中國(guó)人工耳蝸制造業(yè)的發(fā)展來說這是獨(dú)一無二的契機(jī)。如果目前人工耳蝸專業(yè)人士小群體能夠被進(jìn)一步組織并訓(xùn)練到更高的水平，他們將能夠成為一代高效的從業(yè)者，并建立一套可以支持人工耳蝸未來龐大需求的臨床體系。

8.結(jié)論

人工耳蝸為先天性耳聾兒童和漸進(jìn)性重度及深度聾成人患者提供了顯著的收益。在很多國(guó)家，尤其是北歐，人工耳蝸的接受和應(yīng)用率非常高，90%的全聾兒童在學(xué)前就植入了人工耳蝸。從幾十年的經(jīng)驗(yàn)來看，這些年輕的人群已經(jīng)完全融入到了主流社會(huì)中，他們進(jìn)入了主流學(xué)校并找到了工作。2013 年，中國(guó)超過1 萬名成人和兒童植入了人工耳蝸，政府承諾未來將資助更多的兒童植入人工耳蝸[8]。盡管人工耳蝸初始花費(fèi)較高，從長(zhǎng)期對(duì)個(gè)人生活能力和生活質(zhì)量的提升來看，這些支出是非常值得的。提高長(zhǎng)期的資助，生產(chǎn)信價(jià)比更高的人工耳蝸以及人工耳蝸專業(yè)團(tuán)隊(duì)的持續(xù)發(fā)展，可以使得成千上萬的深度聾患者從人工耳蝸技術(shù)中受益，和宸宸一起分享有聲世界。

致謝：感謝美國(guó)加州大學(xué)歐文分校的曾凡剛博士以及浙江諾爾康神經(jīng)電子科技股份有限公司的銀力先生協(xié)助這篇文章的信息收集。作者本人為加州大學(xué)舊金山分校的研究員，并兼任Advanced Bionics 和諾爾康公司的咨詢顧問。

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