融合生物仿生耳

如果贝多芬,谁死在1800年代初,今天已经充耳不闻,他的经验是非常不同的。

这是由于人工耳蜗。在1960年代开发的,它是有史以来第一次仿生设备创建恢复感觉器官和已经安装在超过一百万人。

虽然不是完美,几乎每个收件人将最终理解讲话,即使是在温和的背景噪音。

然而,在植入的改进算法和编码系统操作超过40年,底层技术已经在很大程度上保持不变,尽管主题研究出版物的数量在过去30年每十年增加了两倍。

这可能很快就会改变。新的研究正寻求将基因治疗与改进的机械工程人工耳蜗对病人提高听力的效果。

这努力是更重要的,因为我们估计每10个人中就有一个会禁用听力损失到2050年,因为研究人员已经开始找到痴呆之间的联系的证据,这感觉损失。

耳蜗是一种小型、空心snail-shaped结构内耳听觉神经连接。Three-and-a-half-thousand声在内外耳蜗毛细胞将声音的振动转换成电子信号进入大脑。

这些细胞就像钥匙在钢琴上,范围从低到高频率,罗伯特博士解释了同性恋,耳蜗的制药方法主任,悉尼制造商的设备。

重度耳聋对许多人来说,这些毛细胞受损,丢失或突变,但剩余的人口可能仍然存在,可以刺激。

的人工耳蜗植入手术植入耳蜗,包含22个很小的电极——仿生替代已经毛细胞——最后的非常薄的小费约400微米宽。

外部设备就像一个助听器,把声音和讲话中,处理器将声波转换成数字代码,然后发送到发射线圈和传播穿过皮肤进入电极。电极刺激听觉神经,然后将声音传递到大脑。

“大脑的可塑性拥抱的信号人工“钢琴键”,学会理解他们,仿佛他们是来自一个人的出生,”解释了同性恋。

虽然毫无疑问的一个医学奇迹,人工耳蜗的声音输出远非完美。以前自然听的人说声音是机械或电子,使音乐享受困难,及其软件堆栈不能很好色调过程语言,广东话或泰国等。对于一小部分符合条件的人来说,它不工作。

解决这些限制通过机械工程的范围有限,据专家们说,这就是为什么研究人员转向制药和生物干预措施。

这样一个研究first-in-human临床试验,由四个澳大利亚大学,使用基因扩增疗法改善耳蜗植入患者的听力结果。

试验,包括15移植接受者,希望解决人工耳蜗的“神经差距”的挑战,影响听力动力学和音高知觉。简单地说,这是电极阵列之间的差距和消瘦的听觉神经元。的差距使离散的亚种的神经元的选择性招聘通常与特定的声音频率(tonotopy)挑战。

人工耳蜗生成基因疗法(CINGT)临床试验希望通过送小DNA分子的桥梁NT3和神经营养因子(BDNF)曾在动物实验中被证明能够刺激快速直接再生神经元植入电极阵列。

希望治疗可以带来的神经纤维接近人工耳蜗电极更神经突的本地招聘。这可能更真实地再现音质地图(内耳]内的空间分离的频率提高音高知觉。

“这可能是进一步改善在“下一代”耳蜗植入设备近神经接近会使电极密度增加有益的,”加里Housley教授解释说,握着椅子的新南威尔士大学的生理学和领导审判。

值得注意的是,DNA的交付到目标区域的耳朵是由专利方法,称为仿生阵列电基因electrotransfer(徽章),在新南威尔士大学开发的。耳蜗数组一直再造工程将超细腔通过DNA可以注入的中心。

或者说这个过程是一项技术突破,需要使用一种叫做electrotransfer的技术,这就需要大电流能破坏组织,Housley说。

“我们适应电极阵列来创建一个电动镜头,电场的非对称压缩,这是非常有效地使DNA细胞在不损害组织。DNA的解决方案是惰性除了集中在电场中。”

Housley和他的研究小组相信他们已经证明这个过程不会对病人造成伤害或使听力结果更糟,但他们需要完整的数据分析来确定是否取得了更好的听力结果。完整的研究结果预计将于今年晚些时候。

“我们知道我们已经成功地再造工程人工耳蜗数组建立一个新的、高效基因传递技术,”他说,“在未来,如果我们能修复疗法的耳朵,人工耳蜗的数组可能成为交付仪器,病人需要它只是暂时的,但在未来几十年。”

耳蜗也运行一个临床试验,旨在保护听觉神经元免受创伤,比如当一个人工耳蜗植入插入——释放抗炎药物治疗直接耳蜗可以保护神经和潜在改善听力结果。

另一个团队的德国哥廷根大学医学中心的研究人员希望在2027年开始临床试验证明人工耳蜗植入他们的功效已经开发出使用optogenetic基因疗法和光学刺激器代替传统的电极阵列。

Tobias莫泽,听觉神经科学教授听觉神经科学研究所和大学InnerEarLab正multi-million-euro研究项目,相信它可以“改变游戏规则”的时刻这些年来人工耳蜗已失踪。

技术旨在解决声音的质量差编码使用植入的光,而不是电流,专注和更有效地刺激听觉神经元。目前,从每个电极电流的大型横向传播意味着太多的听觉神经元刺激在同一时间,这就是为什么一个用户可能很难交谈在忙碌,嘈杂的环境。

这项研究开始于2007年,是基于一个光遗传学方法出现在年和已被证明在啮齿动物工作。发现基因触发——在这种情况下f-Chrimson,这是交付给神经元通过一种无害的病毒载体包含DNA信息——可以让听觉神经元感光。这将创建一个激活离子通道,允许离子跨膜和听觉神经元,发射的信号传递给大脑一个动作电位和被确定为声音。

据研究人员介绍,这项技术可以让未来的耳蜗植入设备传输声音刺激通过刺激30独立渠道,使用微尺度光源如laser-coupled波导在人工耳蜗。这可能提供显著改善沥青歧视和体积,可能更接近正常听力的人,他们说。
新人工耳蜗将使用密封的激光二极管阵列发光,然后集中到聚合物波导,像光纤一样,更换电源输入。初步调查显示,设备可以大规模生产和穿长达20年。

“使用光刺激的想法克服贫穷的光谱选择性的瓶颈可能会改变。人们可以有更多的信息提供给他们的大脑,“莫泽说。“人工耳蜗只不过是一个大脑链接,我们致力于使这个接口更强大。”

到2027年实现临床试验,团队需要开发驱动激光二极管的芯片和安全风险资本融资,等等。其他挑战包括解决安全问题,一些听觉神经损失随着时间的证据。
其他人也看着发展光学耳蜗植入设备,包括墨尔本大学的研究人员。

基因疗法治疗人工耳蜗植入用户5 - 20年时间,取决于谁是问。但是,除了开发技术,采用另一个障碍可能是价格:目前基因治疗的治疗恢复基因损失成本相当800000美元。

然而,人工耳蜗的同志认为“利基领域”的听力损失可以通过基因疗法治愈。在30年的时间,他预计耳蜗装置可以先进,它会隐藏在病人的头骨,它将包含超过22电极,和可能提供药物和报告感染。

雷蒙德•L。戈兹沃西研究耳鼻喉科副教授南加州大学凯克医学院和人工耳蜗的30年,接受者也同样乐观。

“在20 - 30年的时间,我认为听力损失可以恢复接近正常,”他说。“我曾经认为这是人工耳蜗与神经再生,但都是更加进步,它可能会是一个混合的方法,与植入仍然使用但神经再生弥合差距。”

耳朵:一个意想不到的创新空间

除了基因治疗、恢复听力和放大声音成为一个激动人心的创新空间,被认为是由老年人的人口增长,与正在开发一系列的新技术。

雷蒙德•L。戈兹沃西和他的同事们,在仿生耳实验室在南加州大学,已经开发出声音
处理算法,可以用于智能眼镜来增强听力对人工耳蜗植入和助听器用户。
“麦克风嵌入式的腿眼镜和连接到一个听力设备可以帮助别人更好的拿起声环境创建或多或少的超级听力,他们能听到的世界,就像一只蜘蛛,它使用其网络听力的方式,”。戈兹沃西解释道。

相反,正常听力的人可以用它来控制和保护,输出音量的耳朵,如在一场音乐会,笔记。戈兹沃西。他正在等待谷歌和Facebook提供体系结构进一步发展的想法。

Listen2Future, multi-million-euro欧盟资助的为期三年的研究项目,今年开始,希望利用压电MEMS麦克风助听器技术。该项目将考虑如何开发材料,制造过程和软件scandium-based技术这种戏剧性的改善。

“这项技术能带来更便宜、更小、更健壮、更少耗电助听器,可以帮助提供场外设备,”博士说项目领导Andreja Rojko,英飞凌科技奥地利。

尼克龚珀兹博士,前NHS医生,曾与巴斯大学的研究人员开发Earswitch——一个耳机设备配备了照相机和传感器,可以监测张量定音鼓的随意运动,一条带状的中耳肌肉抑制了由咀嚼的声音。

患者脑干中风或某些神经疾病如肌萎缩性侧索硬化症或MND可能保留控制肌肉的能力,因此可以使用设备操作一个特殊的键盘,就像斯蒂芬·霍金的抽动他的脸颊。

在收到£1.5 m授予国家健康研究所和护理研究,Earswitch计划有一个类在2024年年中一个医疗设备可用。该公司也在寻求进步EarControl赠款资金,一个眼睛和视线跟踪装置与耳朵。

“很多事情可以实现用一个简单的开关;我们提供一个接口,类似于鼠标,其他人可以做令人兴奋的东西,如开发复杂控制,”龚帕兹说。