一支团队开发了一种柔软的薄膜听觉脑干植入物（ABI）。该设备使用嵌入硅胶中的微米级铂电极，形成一组仅为几毫米厚的柔性阵列。这种新颖的方法可以提高组织接触，潜在地防止非靶神经的激活并减少副作用。
在过去的几十年里，许多人通过最成功的神经技术设备——人工耳蜗恢复了听力功能。但对于那些耳蜗神经损伤严重，无法使用标准人工耳蜗的患者，一个有前景的替代方案是听觉脑干植入物（ABI）。不幸的是，目前的ABI是刚性植入物，无法实现良好的组织接触。因此，医生通常因不必要的副作用（例如头晕或面部抽动）关闭大多数电极，导致大多数ABI用户只能感知到模糊的声音，几乎无法理解语言。
现在，洛桑联邦理工学院（EPFL）的软生物电子界面实验室的团队开发了一种柔性薄膜ABI。该设备使用嵌入硅胶中的微米级铂电极，形成一组仅为几毫米厚的柔性阵列。这项新颖的方法已发表在《自然生物医学工程》上，能够提高组织接触，潜在地防止非靶神经的激活并减少副作用。
“设计一个能够真正适应脑干环境的柔性植入物是恢复无法使用人工耳蜗的患者听力的一个关键里程碑。我们在猕猴身上的成功为将这一技术转化为临床应用并提供更丰富、更精确的听力显示了真正的希望，”EPFL软生物电子界面实验室负责人斯特凡妮·P·拉库尔说。
研究人员并没有仅仅依赖手术测试，而是在正常听力的猕猴身上进行了广泛的行为实验。这使他们能够测量动物如何像自然声学听力一样“区分电刺激”模式。
“挑战的一半是设计出一个可行的植入物，另一半是教会动物用行为表明它实际上听到了什么，”该项目的第一作者之一、EPFL前博士生埃米莉·雷沃说。她细致地训练动物完成听觉辨别任务：猴子学会按压和释放杠杆以指示连续音调是“相同”还是“不同”。
“然后我们逐步引入来自柔性ABI的刺激，最开始与正常音调混合，这样猴子可以弥合声学和假肢听力之间的差距，”雷沃说。“最终的目标是看看动物在仅刺激柔性ABI时是否能检测到从一对电极到另一对电极的小变化。我们的结果表明，这种动物几乎将这些脉冲视为与‘真实声音’相同的方式处理。”
“为什么选择柔性阵列？”前EPFL博士后研究员、研究的共同第一作者阿利克斯·特鲁利耶解释说：“我们的主要想法是利用柔性生物电子界面提高电极与组织的匹配度。如果阵列自然遵循脑干的曲线解剖结构，我们可以降低刺激阈值，并保持更多活跃电极，以获得高分辨率的听力。”
传统的ABI位于耳蜗核的背面，半径为3毫米，形状复杂。刚性电极留有空气间隙，导致电流扩散过度和不必要的神经刺激。相比之下，EPFL团队的超薄硅胶设计能够轻松弯曲以适应组织。
除了可适应性，柔性阵列的灵活微加工意味着它可以针对不同的解剖结构进行重新配置。“微光刻的设计自由度巨大，”特鲁利耶说。“我们可以设想更多的电极数量或新的布局，进一步细化频率特定的调谐。我们当前的版本有11个电极——未来的版本可能大幅增加这个数量。”
猕猴研究的重要结果之一是没有明显的非靶效应。研究人员报告说，在测试的电流范围内，动物没有表现出面部周围不适或肌肉抽动的迹象——这是人类ABI用户常见的抱怨。“猴子自行按压杠杆触发刺激，一次又一次，”雷沃解释说。“如果假肢输入不愉快，它可能早就停止了。”
虽然这些发现很有希望，但通向商业化的柔性ABI的道路还需要更多的研究和监管步骤。“一个直接的可能性是在进行人类ABI手术时对设备进行术中测试，”拉库尔说，指出波士顿的临床合作伙伴定期为严重耳蜗神经损伤患者进行ABI手术。“他们可以在标准植入之前短暂插入我们的柔性阵列，以测量我们是否真的减少了非靶神经的激活。”
此外，任何用于人类的植入物中的材料都必须是完全的医疗级，并显示出可靠的长期稳定性。然而，研究人员对此充满信心，因为设备已经通过了一系列严格的测试：“我们的植入物在动物体内保持了几个月的位置，没有可测量的电极迁移，”特鲁利耶指出。“考虑到标准ABI通常会随时间迁移，这是一个关键的进步。”
