美研制新型植入装置修复动物受损的听力和平衡感

约翰·霍普金斯医学研究院的听觉和平衡感专家成功地在动物体内测试了一种可以部分修复动物受损听力和平衡感的电子设备。这项研究由美国国家耳聋及交流障碍研究院和美国耳科学会提供资助，前者是美国国家卫生研究院的分支机构。

　　霍普金斯医学研究院这所以选择在南美栗鼠体内进行试验，是因为科学家对它们的内耳功能进行了充分的研究。霍普金斯医学研究院前庭神经工程实验室主任，医学博士查尔斯·德拉·桑蒂纳2002年以来一直在从事多通道前庭修复的研究工作，他说：“这种概念验证法证明，利用多通道前庭修复，我们可以修复大脑的三维平衡感。所有人都知道人有五感，即视觉、嗅觉、味觉、触觉和听觉，很少有人知道一种潜在的第六感，即头部里有义务方位和运动感，直到他们的平衡系统出现问题，他们才意识到第六感的存在。”

　　桑蒂纳研究小组的报告发表在国际电气和电子工程师协会2007年6月出版的《生物医学工程》学报上，报告显示，一个重量不到3盎司，与火柴盒一般大小的原型装置有效地模仿了三个内耳半规管的工作方式，感觉了头部的转动并向大脑转送了与头部转动有关的信息。 　

　　通过对蜗神经施加电刺激，耳蜗植入装置可以帮助恢复听觉。科研人员对耳蜗植入装置的设计进行了调整，他们设计了一种电路，通过把多个电极与前庭神经相连，这种电路可以测量三维信息并向大脑传送这类信息。 　　　　

　　科研人员于一年前开始测试这种装置，该装置带有一个安装在头部的电池操作盒，盒中装有传感器，由于传感器安置在头部外侧，它们可以起到动物的内耳半规管的作用，而半规管通常用于感知头部的转动。这些传感器与一个微处理器相连，共有8个电极精确地植入内耳，电极分别与神经末稍相连。每个电极都能起到信息通道的作用。

　　德拉·桑蒂纳说，丧失前庭感知力的患者通常会习惯性地失去平衡感，当他们作头部运动的时候，他们无法使眼睛稳定地指向某个物体。“他们所看到的世界就好比晃动的手提式摄影机所拍摄到的不稳定画面。”

　　桑蒂纳是约翰·霍普金斯大学医学院头颈手术和生物工程学系的耳鼻喉科助理教授，他认为这是种可以测量和传输全方向头部转动信息并带有多种传感器和处理通道的植入式装置。他强调称，三个传感器可以分别测量头部在三种轴向（或三种平面方向）中的转动速度。他解释称：“其它机构以前开发的植入装置仅局限于一种功能传感器和电极，或者说局限于转动的一个平面方向或轴向。但在实际生活中，我们的运动是多方向的。”

　　利用桑蒂纳研究小组开发的计算机软件，这种平衡装置的所有测量结果将在植入式中央微处理器中进行处理。一旦处理完毕，信息将被适时转化为电子脉冲，电子脉冲通过电极传送到对头部转动情况做出反应的三个前庭神经末稍。这三个末稍通常携带有带自三个内耳半规管的信号。　

　　在用南美栗鼠进行试验时，持续时间小于一毫秒的电子脉冲按照与正常神经活动相似的反应时间被转送到大脑中。桑蒂纳及其同事先是给南美栗鼠服用高剂量的庆大霉素，从而使其丧失平衡感。庆大霉素可以破坏内耳通道细胞上的毛发状凸起，而后者正是平衡感功能的关键所在。失去平衡感的南美栗鼠走动时很不稳定，眼睛四处转动，其表现与平衡感受损的人非常类似。在促使老鼠头部做出固定动作的同时，科研人员利用视频跟踪技术精确测量出老鼠眼睛的活动情况，结果显示老鼠正常的视觉稳定性反射已经大幅受损。接着，科研人员给老鼠安上了前庭修复，并把传感器植入与老鼠内耳半规管平行的位置，从而取代内耳半规管。接下来的眼睛激活试验表明，三支老鼠部分恢复了视觉稳定性反射。

　　科研人员称，研制出一种适于人体的植入式装置尚有许多障碍。他们正在致力于减少对其它神经分支的电干扰并使电刺激的时间选择更加合理，从而使平衡感的恢复更加完善。此外，他们计划使该设备更小，密封性更好，这样它才能被全部植入头部皮肤以内。

　　对那些需要服用高剂量庆大霉素的患者（比如肠胃手术后受到腹部严重感染的患者）而言，前庭植树装置终将成为他们的安全网络。

　　“平衡感严重受损的患者需要更好的治疗选择，”桑蒂纳说：“很多人是通过恢复性训练或限制正常活动来应对这一问题，但是平衡感和视力会逐渐丧失症，从而变成残疾人。”