聲波轉介質跨神經傳導

汪 勇

（無錫科技職業學院，江蘇 無錫 214028）

在目前的醫學及語言學領域中，將聽覺系統中傳音、感音及其聽覺傳導通路中的聽神經和各級中樞發生病變，引起聽功能障礙，產生不同程度的聽力減退，統稱為耳聾。

根據病變部位的不同主要分為三類：傳導性耳聾、神經性耳聾和混合性耳聾。生于外耳道、中耳的傳導聲音部分的耳聾是傳導性耳聾;發生于內耳、聽神經和聽覺中樞的感音和神經部分的耳聾是感音性耳聾；在傳導部分和感覺神經部分都有異常的耳聾是混合性聾。

在實際生活中，輕度耳聾患者通過佩戴助聽器能夠取得一定的康復效果，重度以上感音神經性耳聾的患者一般只能采用植入式聽覺裝置的方法獲得聽力。植入式聽覺裝置包括振動聲橋、骨錨式助聽器、人工耳蝸和聽覺腦干植入。針對重度以上的感音神經性耳聾，無論采用上述哪種治療方法，都必須通過手術植入，有創傷，風險大，費用高，由于體內裝置需要長期植入人體內，必然對體內裝置的性能有特殊要求，使得整個聽聲設備的成本增高，售賣價格昂貴。

為解決以上技術問題，我國一些研究人員一直在探索從皮膚導入聲音的技術，現有技術中出現了一些聽聲裝置，例如一種變壓式皮膚聽聲器（專利號1593361），該裝置使用麥克風以及與麥克風的信號輸出端相連接的音頻放大器，還包括與音頻放大器相連接的電源，音頻放大器的輸出端與升壓裝置的輸入端相連接，升壓裝置的輸出端又與平面電極的輸入端相連接，升壓裝置將音頻放大器輸出的聲音電流信號轉化為交流電壓的聲音電流信號，并升壓至5 V以上。使用時，麥克風把外部的聲音信號轉化為電流信號，升壓裝置將普通的電流信號升壓，然后通過平面電極刺激皮膚，將電流的振蕩信號通過皮膚傳給大腦。但該裝置并沒有沒有實現根本性的突破。國際上，早在1790年，意大利人Volt用兩根金屬小棒插入自己雙側外耳道，在兩根金屬小棒間接通約50 V電壓的電流。當接通的一瞬間有頭部受打擊感，隨之聽到一種類似沸煮的聲音。1930年，韋弗（E.G.Wever）和布雷（C.W.Bray）發現，來自貓聽神經區域的電反應具有與自然聲音相似的性質。與此同時，上世紀五十年代俄國科學家研究了交流電刺激對聽覺的作用。他們發現，交流電可以產生聽覺，也可以聽懂語言，但是他們的結果僅限于聽覺正常或有一些殘余聽力的人。腦功能區之間橫向傳遞的假設。基本方式是將聲波的震動能轉化為同頻同振幅的電脈沖信號，脈沖發生端在人體外耳道上的表皮摩擦，通過這樣的摩擦，局部的末梢神經能夠產生與脈沖發生端相同頻率的神經沖動，經耳大神經將這種脈沖信號傳遞至咽喉神經，咽喉神經又將同頻神經沖動信號投射到大腦皮層的咽喉區及味覺區，咽喉區和味覺區緊鄰聽覺區。試驗中筆者利用對外耳道的皮膚進行脈沖狀態下的摩擦，誘發神經沖動，經耳大神經生物傳導，由于單純的電刺激無法在所有神經元之間進行信號傳導，這種摩擦電傳導過程能夠使僅依賴化學傳導的神經元之間實現信號的不間斷傳導，并且能夠保留前神經元的頻率特征，使由電脈沖信號誘發并放大振幅的相同頻率的生物脈沖信號經由皮下的耳大神經傳遞至大腦皮層的咽喉與味覺區。根據實驗，筆者認為咽喉區與味覺區所獲得的聲波特征的脈沖信號極有可能橫向傳遞至聽覺區，從而使聽障人士獲得聽覺感受。見圖1、圖2。

圖1 奈特，人體神經解剖彩色圖譜，2009

圖2 Mark F.Bear,NEROSCIENCE Exploring the Brain,3rd ed.,P371,Lippincott William & Wilkins,2005

實驗中，筆者利用脈沖輸出端輸出與音頻電信號同頻同振幅的電脈沖信號，同時脈沖輸出端摩擦特定區域（比如耳大神經

1 聲波轉介質跨神經傳導神經原理推測

聲波轉介質跨神經傳導方法是筆者提出的研究方案，在總結了前人研究的基礎上筆者提出了聲波的生物電信號在不同的大處）的皮膚，利用帶電摩擦刺激受摩擦區域的皮下神經產生與脈沖發生端相同頻率的神經脈沖信號，這種帶電摩擦的方法能擴大被摩擦區域的皮下神經的神經遞質的傳導量，實現神經元之間的化學傳導和電傳導的不間斷同時存在擴大效應。擴大了的神經脈沖信號以音頻的頻率向聽覺中樞鄰近區域傳遞，由于傳導量大于自然狀態下的傳導量，抵達咽喉和味覺區的信號有可能引起聽覺中樞產生共同反應，從而產生聽覺效果，使使用者產生真實的聽覺。該方法中有三個關鍵點：

（1）脈沖輸出端輸出與音頻電信號同頻同振幅的電脈沖信號，該電脈沖信號必須與音頻電信號同頻同振幅，因為聽覺區的大腦皮層各個區域只對特定頻率的脈沖信號產生反應，對于非本區域的特定音頻的脈沖信號不產生反應，如圖2和圖3所示（Mark F.Bear NEROSCIENCE Exploring the Brain Third Edition P366 2005）。通過本發明裝置投射到聽覺皮層附近的電脈沖信號保留了原始的音頻特征，溢出的信號頻率使耳聾患者的聽覺皮層區的特定部位產生反應，該反應是基于與原始音頻信號音頻特征相同的電脈沖信號，因此其反應出來的聽覺與正常人聽到的聲音相同。換句話說，如果脈沖輸出端輸出的不是與音頻電信號同頻同振幅的電脈沖信號，那么耳聾患者要么產生不了聽覺，要么即使產生聽覺，也不是與聲音原貌一致的聽覺，如果不一致，那么就不能算是聽到聲音（聽到聲音應該是基于與正常人聽到的相一致作為判定標準的）。如圖4所示為信號投射區。

圖3

圖4 奈特，人體神經解剖彩色圖譜2009投射區

（2）脈沖輸出端摩擦特定區域的皮膚，本文所描述的摩擦與傳統的振動傳導（比如骨傳導）有較大的區別。摩擦過程中的電脈沖信號能夠刺激受摩擦區域的皮下神經產生與脈沖發生端相同頻率的神經脈沖信號，并且由于摩擦而使神經脈沖信號得到擴大。

（3）上述過程如果只有單純的同頻同振幅電脈沖信號也無法實現聽聲，因為單純的電脈沖信號無法實現信號持續傳遞（如圖5所示）。外部電脈沖信號對神經的刺激無法保證信號品質的連續傳遞，只有同時激發神經元的電信號與化學遞質同時傳導，才能使輸入的信號特征得到持續傳遞，這就是為什么一定要同時存在電信號刺激和摩擦作用的生物原因。

圖5

2 具體實施方式

筆者在試驗中設計了兩套裝置用于實驗，本文介紹較為成熟的第二種方式，如圖6、圖7所示，皮膚聽聲裝置，包括電源1、用于將聲音信號轉換為音頻電信號的麥克風2、用于將音頻電信號轉換為同頻同振幅電脈沖信號的第一轉換單元3和用于輸出電脈沖信號的脈沖輸出端4，所述麥克風2、第一轉換單元3和脈沖輸出端4依次串接，所述電源1分別為麥克風2和第一轉換單元3供電，還包括摩擦動力單元5和用于將音頻電信號轉換為驅動摩擦動力單元5的電信號的第二轉換單元7，所述麥克風2、第二轉換單元7和振動單元5依次串接，所述電源1為第二轉換單元7供電，所述脈沖輸出端4和振動單元5在使用時均接觸皮下有耳大神經的皮膚表層。

使用時，麥克風2將接收到的聲音信號轉換為音頻電信號，并分別傳輸給第一轉換單元3和第二轉換單元7，第一轉換單元3將接收到的音頻電信號轉換為同頻同振幅的電脈沖信號并傳輸給脈沖輸出端4，脈沖輸出端4輸出電脈沖信號，同時第二轉換單元7將接收到的音頻電信號轉換為能夠驅動摩擦單元5的電信號，振動單元5輸出振動信號，電脈沖信號和振動信號同時作用于皮下有耳大神經的皮膚表層，在摩擦作用下，皮下的耳大神經會產生與電脈沖信號相同頻率的生物脈沖信號，耳大神經將這種脈沖信號傳遞至咽喉神經，咽喉神經又將同頻脈沖信號投射到大腦的味覺皮層，味覺皮層緊鄰聽覺皮層，味覺皮層所獲得的聲波特征的脈沖信號橫向傳遞至聽覺皮層，從而使耳聾患者獲得聽覺感受。

以下為使用本方式的一組實驗情況：

實驗對象：聽障志愿者，聽力情況：左耳極重度聽力損失，右耳正常；耳聾性質：感音神經性聾。

實驗說明：實驗用的脈沖頻率為C調倍頻程的一組音叉的純音轉化的脈沖信號，即C=64 Hz、c=128 Hz、c1=256 Hz、c2=512 Hz、c3=1024 Hz、c4=2048 Hz、c5=4096 Hz。

實驗結果：在脈沖輸出端4和摩擦動力單元5同時作用于左耳耳大神經表皮的前提下，志愿者主觀體驗到大腦內左側出現與脈沖頻率對應的聲音信號。由于志愿者右耳完全正常，志愿者對比左耳脈沖音質與右耳氣導音質，主觀感覺音質接近相同，左耳七個脈沖組都出現了對應的聲音感知。

本設計相比前人的研究結構簡單，不需要手術植入，對耳聾患者無創傷、風險小、聽聲過程不再依賴于耳蝸神經，對聽神經功能喪失的耳聾患者依然有效；聽聲方法明顯區別于骨傳導振動聽聲方法和其他皮膚傳導方式聽聲方法。

圖3 方式1

圖7 方式2

3 結 論

通過實驗可以得出在音頻電脈沖狀態下對耳大神經皮膚所在地進行的摩擦刺激，能夠使低于極重度耳聾的聽障人士獲得聽力感受，該方案獲得了國家知識產權局的發明專利授權，專利名稱：一種皮膚聽聲裝置及其聽聲方法，專利號201510108621.6。但音頻信號投射到咽喉和味覺皮層區引起聽覺皮層區產生反應的推測仍需進一步論證，筆者認為如果跨神經傳導的原理如果成立將能夠幫助更多的聽障人士實現聽力能力重建。

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