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(xì)胞發(fā)出的聽覺信號。

研究人員認(rèn)為，一系列近紅外激光器可以利用所謂的光聲效應(yīng)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(xì)胞，而細(xì)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(yīng)。 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(jìn)助聽器和人工耳蝸植入物。”瑞士電子與微技術(shù)中心（CSEM）的物理學(xué)家兼項目經(jīng)理Mark Fretz說。 該應(yīng)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(lán)寶石外殼以及改進(jìn)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(tuán)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(tuán)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(hù)植入導(dǎo)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(xì)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(fù)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(xué)復(fù)合動作電位所需要的 - 一種沿聽覺神經(jīng)傳遞的信號。

該團(tuán)隊使用藍(lán)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(jìn)一步縮小，” Fretz說，對于商業(yè)植入物來說，“這是可能的。”

美國西北大學(xué)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(jìn)行，也有很大發(fā)展。”

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(xì)胞，使它們對光作出反應(yīng) - 這是由麻省理工學(xué)院的分子制造者Ed Boyden和德國哥廷根大學(xué)的Tobias Moser團(tuán)隊率先推出的一個概念。

十年前，Richter和他的團(tuán)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(jìn)行長達(dá)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(biāo)是利用光學(xué)來改善助聽器：德國洪堡薩爾蘭大學(xué)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(wù)。 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。