新型植入式“麦克风”有望改善失聪者生活体验

医生在患者耳朵里放置助听器。示意图。（Shutterstock）

听力受损的人，通常会藉由助听器、人工耳蜗等来重获部分听力。不过，人工耳蜗并非全部植入耳朵内，仍需要依赖外部硬体，这限制了使用者的生活体验。现在，美国科学家们正在开发一款新型植入式的麦克风，有望解决这些限制。

人工耳蜗是一种微型电子设备，可以绕过耳朵受损部分直接刺激听觉神经，为耳聋或听力受损的人提供声音感。据美国国立卫生研究院称，目前已经帮助全球超过100万人改善听力。

不过，这种人工耳蜗，并非完全植入耳朵里面。它仍需要外部的硬体去获得音感，这意味着使用者无法利用外耳结构，进行噪音过滤和声音定位。另外，配戴人工耳蜗限制了一些户外运动，特别是游泳，甚至还会影响睡觉。

目前已有的完全植入式的辅助工具，大多是透过感知皮肤下的声音，或来自中耳骨（听小骨）的运动去感知外界的声音，但这可能很难捕捉柔和的声音和宽频率。所以，人们一直希望能有一种完全植入式人工耳蜗（TICI），或完全植入式麦克风，让这些设备能够解决先前的缺点，还能为听力受损的人带来更好的听觉体验。

麻省理工学院和麻州眼耳专科医院（Massachusetts Eye and Ear）、哈佛医学院及哥伦比亚大学组成的研究团队，共同研发了一种完全植入式麦克风，有望解决上述提到的缺点。这项研究手稿于6月底已交给《微机械与微工程》期刊（Journal of Micromechanics and Microengineering）。

他们将这款完全植入式麦克风原型命名“伞盖麦克风”（UmboMic），其外型与马斯克火箭相似，顶部为长度3毫米的正三角形，而里面有一个双压电芯片。UmboMic是印刷在柔性印刷电路板（PCB）上，外面则用防水兼生物相容性压电材料聚偏二氟乙烯（PVDF）制作而成，其整体厚度约200微米（人类头发厚度2倍）。

在此之前，麻省理工学院和麻州眼耳专科医院已经做了十多年的大量研究，该发明的性能与商用外部助听器相似。

人类耳朵的生理构造大致分为外耳、中耳、内耳三个部分。外耳包括耳廓、耳垂和外耳道。中耳位于耳腔内，主要由耳鼓膜连结三块听小骨组成，并通过这些来识别震动和声波。内耳主要由耳蜗、半规管、听神经、前庭组成，主要掌管平衡和听觉神经，它们将神经感应到的讯号传至大脑，让人产生听觉。

之所以用“伞盖”命名这款麦克风，是因为研究团队把目标定在中耳的“耳鼓膜伞盖”（umbo）上，它位于耳鼓膜凹陷处的中心点，拥有单向振动（向内和向外）能力，让人们的耳朵更容易感知这些简单的运动。

不过，在实验中他们发现，耳鼓膜伞盖的运动幅度很小，大约只有几纳米，使得该仪器得到讯号太小无法正常运作。于是他们特地开发了一款低杂讯放大器以增强讯号，同时最大限度地减少电子设备的杂讯。

经过改良后，他们再次对机器进行测试。结果显示，“伞盖麦克风”拥有良好的响应，可以在100赫兹（Hz）至7,000赫兹的频率范围内，实现强度约32.3分贝的有效输出，能明确区分非常安静的声音与整体噪音。

这项实验成果让研究团队为之振奋。他们准备下一步对活体动物进行测验，以确定其反应和存在的问题。另外，他们正在探讨“伞盖麦克风”的封装方法，使其能够在耳内保留10年左右。

论文的共同主要作者、麻省理工学院电机工程与电脑科学（EECS）研究生艾玛‧瓦兹内克（Emma Wawrzynek）表示，“我们的目标是让外科医生在植入耳蜗和内化处理器时，同时植入该设备，以达到优化整个手术的目的。”

这项研究的部分资金，由美国国立卫生研究院（NIH）、美国国家科学基金会（National Science Foundation）、瑞士苏黎世克洛埃塔基金会（Cloetta Foundation）、瑞士巴塞尔大学（University of Basel）研究基金资助。