全球約7億人正面臨致殘性聽力損失，而傳統(tǒng)助聽設(shè)備對20%的重度患者（如內(nèi)耳結(jié)構(gòu)損傷者）收效甚微。盡管人工耳蝸拯救了部分患者，但約1/3使用者仍無法接聽電話，聽覺腦干植入則因手術(shù)風(fēng)險(xiǎn)高難以普及。為此，劍橋團(tuán)隊(duì)獨(dú)辟蹊徑，將慢性疼痛治療裝置——脊髓電刺激系統(tǒng)（SCS）改造為“神經(jīng)傳聲筒”：通過植入電極將聲音轉(zhuǎn)化為高精度電脈沖，直接刺激脊髓背柱通路，使大腦將觸覺信號解碼為聲音信息。在13名受試者中，8人僅憑脊髓刺激即實(shí)現(xiàn)72.8%的聲音識別準(zhǔn)確率（遠(yuǎn)超33%隨機(jī)水平），且刺激信息速率（比特率）越高，復(fù)雜聲音區(qū)分能力越強(qiáng)。這項(xiàng)突破不僅為人工耳蝸禁忌癥患者（如神經(jīng)纖維瘤病2型）提供了無需新植入設(shè)備的替代方案，更揭示了脊髓作為多感官信息中轉(zhuǎn)站的潛力。未來，通過優(yōu)化編碼算法（目標(biāo)比特率300bps以上）與結(jié)合殘余聽力，該技術(shù)或能構(gòu)建新一代跨模態(tài)聽覺康復(fù)系統(tǒng)，讓沉默的世界再次響起聲音。
結(jié)果
圖1展示了如何將原始聲音，如電話鈴聲、引擎聲轉(zhuǎn)化為可被脊髓感知的個(gè)性化電刺激模式。該模式通過多頻段分解、動態(tài)編碼、抗干擾設(shè)計(jì)來實(shí)現(xiàn)。其中多頻段分解工作原理為：聲音信號通過濾波器拆分為不同頻率子帶，每個(gè)子帶對應(yīng)一個(gè)脊髓刺激通道。動態(tài)編碼根據(jù)個(gè)體校準(zhǔn)結(jié)果，將聲音波形實(shí)時(shí)映射為時(shí)空電脈沖序列。抗干擾設(shè)計(jì)中采用連續(xù)交錯(cuò)采樣（CIS）技術(shù)，避免多通道刺激信號相互干擾。
圖1. 聲學(xué)信號向個(gè)性化脊髓刺激模式的轉(zhuǎn)換
圖2揭示了13名參與者通過脊髓刺激建立的感知通道體感分布，所有受試者至少形成2個(gè)感知通道（對應(yīng)軀干/四肢特定區(qū)域），盡管偶有“異常但愉悅的刺痛感”反饋，僅0.4%的校準(zhǔn)試驗(yàn)引發(fā)短暫不適。
圖2. 參與者體感分布示意圖
本研究首次驗(yàn)證脊髓計(jì)算機(jī)腦接口（SCBI）可將聲音轉(zhuǎn)化為可識別的脊髓電刺激模式，如圖1所示，為傳統(tǒng)助聽設(shè)備無效的聽力損失患者提供新方案。實(shí)驗(yàn)1顯示，8名受試者僅通過SCBI刺激實(shí)現(xiàn)72.8%的聲音識別準(zhǔn)確率（顯著高于33%隨機(jī)水平），且刺激比特率（47-126bps）與識別率呈正相關(guān)（Spearman’s ρ=0.22）。盡管當(dāng)前比特率低于人工耳蝸（千比特級），但SCBI憑借微型植入、毫秒級響應(yīng)，及與現(xiàn)有疼痛治療設(shè)備的兼容性，其架構(gòu)如圖5所示，展現(xiàn)出獨(dú)特優(yōu)勢：例如為神經(jīng)纖維瘤病2型（NF2）等聽覺神經(jīng)損傷患者提供無需新植入手術(shù)的替代路徑，或作為人工耳蝸的補(bǔ)充傳遞低頻聲譜（協(xié)同提升嘈雜環(huán)境語音識別）。未來需優(yōu)化電極設(shè)計(jì)提升比特率至300bps以上，并通過長期訓(xùn)練研究神經(jīng)可塑性（如脊髓-聽覺通路重塑）。盡管存在樣本量小、刺激模式未完全優(yōu)化等局限，SCBI仍為跨模態(tài)感官替代開辟了新范式——通過挖掘成熟醫(yī)療設(shè)備的“跨界潛力”，或能加速聽力康復(fù)技術(shù)的臨床轉(zhuǎn)化。
圖5. SCBI助聽設(shè)備潛在現(xiàn)實(shí)應(yīng)用概念示意圖
僅用于學(xué)術(shù)分享，若侵權(quán)請留言，即時(shí)刪侵！
歡迎加入腦機(jī)接口社區(qū)交流群，
探討腦機(jī)接口領(lǐng)域話題，實(shí)時(shí)跟蹤腦機(jī)接口前沿。
加微信群：
添加微信:RoseBCI【備注：姓名+行業(yè)/專業(yè)】。
歡迎來稿
1.歡迎來稿。投稿咨詢，請聯(lián)系微信：RoseBCI
點(diǎn)擊投稿：
2.加入社區(qū)成為兼職創(chuàng)作者，請聯(lián)系微信：RoseBCI
一鍵三連「分享」、「點(diǎn)贊」和「在看」
不錯(cuò)過每一條腦機(jī)前沿進(jìn)展
熱門跟貼