《人工听觉：新视野》是2011年Springer“听觉研究手册系列”丛书中Auditory Prostheses New Horizons 的中文版。原书邀请了全世界30多位专家，全面总结人工听觉发展的各个方向，关注最新技术进展，介绍新的评估手段，将视野扩展到今后研究。

人工听觉的新进展

随着技术的进步，人工耳蜗的功效已经被极大地提升，被应用于更广泛的听觉相关疾病的治疗。

一方面，听觉感知可由多种形式的能量诱发。正常的听觉通路中，声波能量被转换为机械振动，并进一步转换为电势能。在有缺损的听觉通路中，根据听觉损失的种类和程度，可分为不同的治疗方法。

图1 对听觉系统听力重建的不同刺激方法。助听器图片摘自www.starkey.com，中耳植入系统图片摘自www.medel.com，人工耳蜗图片来自www.cochlear.com，以及光学刺激图片来自www.optoiq.com

大多数耳蜗受损的患者，症结在于听觉通路中机械放大功能受损。助听器可以对声信号进行放大，通过佩戴助听器可以在一定程度上弥补声音传导中的损失（图1第一条通路）。为了增大放大倍数和减少不良声学反馈，声音可以直接被转换成机械振动来刺激中耳（图1中第二条通路）。但对于重度耳聋患者，传统的人工耳蜗跳过了听觉通路的前端部分，将声信号转换为电脉冲，来直接刺激耳蜗内残存的听神经（图1第三条通路）。最近，光学刺激也被发现可以直接激活神经组织（图1第四条通路）。这将很有可能取代传统的电刺激，成为一种新的刺激手段，用于神经刺激器。

另一方面，刺激听觉系统的不同部位，可以用来治疗不同类型的听觉受损疾病。

助听器可以将声音放大来治疗耳蜗损伤。对佩戴助听器的人来说，放大的声刺激通过耳道传至鼓膜（听力正常者的鼓膜接收的声刺激直接来源于外耳道，没有经过人为放大）。整个中耳听骨链中从砧骨到蹬骨都可以进行机械式刺激，提供更大的放大倍数，用于治疗与外耳道塌陷或慢性耳科疾病相关的传导性听力损失。用电脉冲或激光直接刺激听神经，可以让人产生听觉感知。这种方法主要用于内毛细胞缺失的患者。通过刺激从耳蜗核到皮层的整个听觉中枢系统，可以治疗听神经瘤及其他神经疾病。另外，电刺激已经被应用于治疗听神经病、耳鸣和多种其他疾病（Trimble et al.，2008；van de Heyning et al.，2008；Teagle et al.，2010）。

单侧人工耳蜗技术成熟后，很自然地扩展到双耳植入。在过去十年（2000～2010年）里，双侧植入的数量剧增，相关的科学理解也逐渐成熟。早在1993年，van Hoesel就开展了第一例双侧人工耳蜗研究（van Hoesel et al.，1993）。在第2章，他将系统地综述双侧植入的原理、进展和现存问题。

在第3章，Turner和Gantz关注于声电联合刺激（electro-acoustic stimulation，EAS）这个话题。与仅使用电刺激相比，声电联合刺激可以大大提高植入者的使用效果。未来，EAS甚至可能被用于老年性聋的治疗。

近期（2000年之后），人工中耳技术圆满地填补了助听器和人工耳蜗之间的技术空白。Snik在第4章清楚地描述了这项复杂的技术，并给出了其医学的适应症范围。

眩晕和平衡失调症是与耳科相关的主要疾病。这类症状也是可以通过电刺激治疗的，直至最近，这方面的研究才开展起来。Golub，Phillips和Rubinstein在第5章对前庭系统的病理学和功能紊乱机制进行了全面的综述。

针对传统人工耳蜗的新技术也不断涌现。采用光刺激的方式，较电刺激而言，应当显著提高了刺激的空间选择性。Richter和Maric在第6章探讨了光刺激的机制并报告了他们初步的动物实验数据，从而展示了光刺激人工耳蜗的光明前途。第7章，Middlebrooks和Snyder从传统的电刺激着手，但通过使电极直接接触神经组织，以获得较好的选择性。

对于缺失耳蜗功能或听神经的患者，只能通过刺激听觉通路的更高层来恢复听觉。与该领域的先驱Robert Shannon，Derald Brackmann和 William Hitselberger一道，在第8章，McCreery和Otto从一个独特的亲历者的视角，专业地回顾了耳蜗神经核听觉假体或称为听觉脑干植入系统（ABI）的研发。

下丘是听觉通路的重要组成部分，其轮廓分明的片层结构及容易手术到达，是听觉通路上一个潜在的，可以通过电刺激使患者恢复听觉的部位。在第9章，作为听觉中脑植入系统（AMI）的发明人，Lim，M. Lenarz和T. Lenarz探讨了这项技术的科学原理、工程设计及初步的临床实验结果。

功能康复与评估的发展

继续研发创新的产品固然重要，但同样重要的是合理地评估这些产品的效果，更近一步，这些产品为什么和怎么样做到能够重建患者的听觉?听觉系统输入输出的复杂性和个体差异性决定了植入后的康复和评估是充满挑战的。

图2　一个用于理解人工耳蜗植入功能表现的系统性示意图。听觉系统的输入可以完全依赖于电刺激听觉或声刺激听觉，或两者皆有。同时，听觉系统的输入可以结合视觉的因素，如唇读；也可以结合触觉。输出可以表现为个体对言语的理解、音乐的感知、语言发展或多感官感知的集成。可以通过多种人工听觉假体来帮助解决听觉系统输入的缺失，帮助植入者恢复听觉，也为研究大脑发育、可塑性和功能性这些基本科学问题提供了机会。

第10章，Sharma和Dorman综述了大脑皮层可塑性方面的内容。一方面覆盖了由耳聋导致听觉被剥夺后的大脑皮层可塑性，另一方面也讨论了由人工耳蜗恢复听觉后，经验依赖的皮层可塑性。

第11章，Fu和Galvin论证了听觉训练对于人工耳蜗植入者的重要性和有效性。

植入人工耳蜗的聋儿是否能获得正常语言发展？这是人工听觉领域的一个经典问题。在第12章，Ambrose，Hammes-Ganguly和Eisenberg通过回顾正常的语言发展过程，听力受损对言语的负面影响和人工耳蜗取得的非凡成就，给出一个令人信服的结论：虽然存在极大的个体差异，多数儿童植入者还是取得了和同龄正常听力者类似的语言能力。

但音乐感知对人工耳蜗植入者来说仍然是挑战。除了在节奏的感知上与正常听力者类似，人工耳蜗植入者在对旋律和音色的辨别上的表现非常糟糕。第13章，McDermott将对该领域的研究和最新进展进行综述，并从人工耳蜗设计和植入者在心理物理和心理声学两个角度分析音乐效果差的原因。

类似地，声调的产生和感知对母语是声调语言的植入者来说也是挑战。第14章，徐立和周宁对声调语言处理的声学因素进行了总结，同样地，当前的人工耳蜗缺少对时域精细结构信息的编码，也是导致植入者对声调语言习得困难的原因。

近年来，有关人工耳蜗植入者多感官处理的话题非常热门。这是研究大脑可塑性和多感觉整合性的一个非常特别和有趣的角度。第15章，Barone和Deguine综述了这个新方向的最新进展，并提出了“统一补偿模型”来说明在植入人工耳蜗后观察到跨感官活动明显增多现象。

尽管与人工耳蜗植入者的多感官处理相关的神经科学发展迅猛，但多感官感知用于康复的研究还明显落后，这将是一个提高人工耳蜗植入者效果的潜在点。

人工听觉新视野

源于20世纪90年代的多通道间隔刺激信号处理策略，使得人工耳蜗的效果稳步提升。人工听觉以其三大特色在21世纪的前十年迈入了一个新纪元。

第一个特点是“多部位多种刺激”：多种刺激包括双耳电刺激、声-电混合刺激、机械和光刺激、视觉和触觉刺激。多部位不仅包括了传统的声和电的通路，即助听器在耳道放大声音，人工耳蜗在鼓阶释放电刺激；还包括新的刺激部位，用表面电极或刺入式电极直接刺激听神经、脑干，直到中脑。

第二个特点是提高人工耳蜗的效果不只仅针对言语识别，也包括语言发展、音乐感知和声调语言的处理。提高人工耳蜗效果的手段包括了最优植入时间的考虑、术前的筛查，还包括了听觉训练和多感知的集成。

第三个特点是将人工耳蜗的技术延伸到治疗其他神经性疾病，如听神经病、耳鸣和眩晕。

《人工听觉：新视野》不仅收录了人工听觉的新进展，也希望将视野扩展到今后研究。

毋庸置疑，现在的技术将继续前行，包括提高现有人工耳蜗——更精细的时间控制和更尖锐的空间选择性，改善电极-神经接口，更多更好地利用低频残留听力，系统地学习和多感知地训练，通过生物学手段保护甚至增加神经的存活。

还有一些革命性的新方向：

第一，当前迅猛发展的生物医学工程和再生医学将会产出更接近自然、更高效、更有效的神经-电极接口。有可能产生图1之外的第五条通路，通过重建神经突触产生化学刺激，激发听觉感知。

第二，听觉刺激器和其他外周及中枢刺激器集成（如前庭刺激器和深脑刺激器）用于治疗所有相关症状（听觉损失和与其相关的问题，包括耳鸣、眩晕和抑郁症）。

最后，神经科学的进展，尤其是无创大脑监测技术的进步使得监测和记录人工耳蜗植入者所有的脑电活动成为可能。脑电监测可以用从术前预测和术后的表现评估，更为重要的是，可以用于“闭环”的调试、使用和优化人工耳蜗。

致谢　作者感谢Grace Hunter，Tom Lu和Dustin Zhang的技术支持。该工作得到NIH基金RO1-DC-008858和P30-DC-008369的资助。

本文由刘四旦摘编自曾凡钢、〔美〕Atrhur N. Popper、Richard R. Fay编，平利川等译《人工听觉：新视野》一书第一章“听觉神经假体的发展”。标题为编者所加，有删减。

ISBN 978-7-03-044263-5

《人工听觉：新视野》是2011年Springer出版的“听觉研究手册系列”丛书的一卷Auditory Prostheses New Horizons的中文版，覆盖了当前人工听觉的最新进展。原书邀请了全世界30多位专家，全面总结人工听觉发展的各个方向，介绍最新的研究进展。本书共15章，主要内容包括听觉神经假体的发展、双侧人工耳蜗、声听觉与电听觉的结合、适用于传导性和感音神经性听力损伤的植入式听力设备、前庭植入系统、光刺激听神经、贯穿听神经式电极阵列、耳蜗神经核听觉假体、中脑听觉植入系统、CI植入后中枢听觉系统的发展和适应、CI植入者的听觉训练、小儿人工耳蜗植入者口头及书面交流的发展、音乐感知、声调语言与人工耳蜗、CI植入者的多感觉处理等。书末附彩图以便查阅。

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