閃爍的燈光很快將有一個新的作用了。德國、瑞士和奧地利的研究人員最近開發(fā)了一種這一概念開發(fā)了一種原型聽覺植入物，這一概念是一系列激光脈沖能夠觸發(fā)位于內(nèi)耳內(nèi)的毛細胞發(fā)出的聽覺信號。

研究人員認為，一系列近紅外激光器可以利用所謂的光聲效應產(chǎn)生聲波。在它們的裝置中，微小的垂直腔表面發(fā)射激光器（其在1.4至1.9微米的光譜中脈動光）在內(nèi)耳的“人造耳蝸管”中作用于液體。

基本上，紅外光被耳蝸內(nèi)的液體吸收。一小部分液體會因熱量而膨脹。如果這種情況迅速發(fā)生，它會在耳蝸管道內(nèi)產(chǎn)生一個聲波。這會刺激或移動位于那里的微小毛細胞，而細胞又沿著聽覺神經(jīng)發(fā)出信號，大腦將理解其為聲音。

在過去三年中，研究人員已經(jīng)建立了微小的激光陣列，并完成了對豚鼠的測試，發(fā)現(xiàn)它們可以產(chǎn)生動作電位，信號由聽覺神經(jīng)攜帶，使用垂直激光和光聲效應。 他們比較激光陣列的豚鼠的刺激與聲音的咔嗒聲。兩者都產(chǎn)生了形式和幅度匹配的神經(jīng)信號。

“現(xiàn)在還處于早期階段，但希望這種技術(shù)可以用來替代或改進助聽器和人工耳蝸植入物?！比鹗侩娮优c微技術(shù)中心（CSEM）的物理學家兼項目經(jīng)理Mark Fretz說。 該應用研究中心是位于瑞士Alpnach的技術(shù)非營利組織。

下一步將是提高設(shè)備的能源效率，并使其更小。為原型而開發(fā)的各個組件（包括用于密封植入身體傳感器的微小藍寶石外殼以及改進的激光透鏡設(shè)計）還可以找到其他用途，例如允許激光照射耳內(nèi)以改善平衡。

今天的人工耳蝸依靠電極組穿過頭骨到內(nèi)耳。 電極產(chǎn)生刺激耳蝸神經(jīng)的電場，將周圍的聲音轉(zhuǎn)換成神經(jīng)攜帶到大腦的電信號。 然而，聚焦電場很困難，所以它往往會流入其他組織，產(chǎn)生噪音。

Fretz和CSEM是漢諾威醫(yī)療Hochschule的聽覺和激光研究團隊成員，以及巴伐利亞激光制造商Vertilas、精密鏡頭和陣列制造商SUSS MicroOptics等。 該團隊的專家經(jīng)驗十分豐富。 作為最大的人工耳蝸制造商之一，因斯布魯克的MED-EL也參與開發(fā)硬件。芬蘭的VTT技術(shù)研究中心，提供防污涂層以保護植入導線免受過度纖維生長。

原型還面臨著設(shè)計挑戰(zhàn)，包括如何解決功耗問題以及如何縮小組件。 植入身體不能產(chǎn)生太多的熱量，否則會損傷周圍的細胞和組織。 研究人員發(fā)現(xiàn)，產(chǎn)生許多50納秒的脈沖，基本上可以復制50微秒的一次脈沖，并減少持續(xù)閃光產(chǎn)生的熱量。 這種爆發(fā)是創(chuàng)造聲學復合動作電位所需要的 - 一種沿聽覺神經(jīng)傳遞的信號。

該團隊使用藍寶石盒來密封激光器和組件以隔絕體液和腐蝕，將組件連接到鉑金帶上，并用硅橡膠將其成型。 在豚鼠測試，研究人員使用了他們的設(shè)備的插件版本，但是在更新的原型中，他們能夠?qū)⒓す馔鈿さ拈L度減少到兩毫米、寬度為一毫米。

整個裝置現(xiàn)在是一個瘦身的九伏電池的形狀，可以放在手掌上。 “這需要進一步縮小，” Fretz說，對于商業(yè)植入物來說，“這是可能的?！?/p>

美國西北大學耳鼻喉科研究副主席克勞斯 - 彼得里克特（Claus-Peter Richter）從一開始就參與了該項研究，他說，“近年來，利用光傳遞聽覺信號是個引起很多爭議的話題，同時有很多實驗在進行，也有很大發(fā)展?！?/p>

一種早期的方法試圖用光直接刺激聽覺神經(jīng); 另一個目的是基因改變細胞，使它們對光作出反應 - 這是由麻省理工學院的分子制造者Ed Boyden和德國哥廷根大學的Tobias Moser團隊率先推出的一個概念。

十年前，Richter和他的團隊一次使用激光直接刺激沙鼠的聽覺神經(jīng)幾個小時。 到2013年，他們能夠使用相同的技術(shù)在聾和聽覺受損貓進行長達六周的測試，而貓則穿著改良的背包。

今天，還有其他幾個項目的目標是利用光學來改善助聽器：德國洪堡薩爾蘭大學的Gentiana Wenzel正在嘗試使用編碼為聲頻的綠色激光來激活內(nèi)耳。 美國軍方一直關(guān)心在過去十年的戰(zhàn)爭中的聽力受損，其以與美國國家耳聾和其他交流障礙研究所共同資助激光相關(guān)的植入物研究。

捕捉嘈雜世界的所有波形并將其轉(zhuǎn)化為信號是一項棘手而艱巨的任務。 Richter指出迄今所做的動物研究評估技術(shù)有局限性。 他說：“你能用貓做實驗的只有這么多。你可以測量信號，但是貓不會告訴你我聽到了，或者聽不到。