香港中文大学（中大）医学院与德国弗莱堡大学医学中心携手研究人工耳蜗的电刺激时序精确度。研究团队发现人工耳蜗能否精准传递电流脉冲的时序，可能是帮助失聪者识别声音中细微的时间线索、恢复及改善听声辨别能力的关键。这项突破性发现有助於医学界改善人工耳蜗的设计，为失聪者带来新希望。

此次研究由中大医学院耳鼻咽喉―头颈外科学系及中大蔡永业脑神经科学研究所Jan Schnupp教授与德国弗莱堡大学医学中心耳鼻喉科学系Nicole Rosskothen-Kuhl博士共同领导。研究结果已发表於国际权威科学期刊《美国国家科学院院刊》（PNAS）。

图为是次研究团队成员（左起），包括来自中大医学院耳鼻咽喉―头颈外科学系及中大蔡永业脑神经科学研究所的Jan Schnupp教授以及德国弗莱堡大学医学中心耳鼻喉科学系的Nicole Rosskothen-Kuhl博士。

人工耳蜗的时序设定欠精准或削弱失聪人士的空间听觉及音高辨识能力

目前，全球有超过一百万名失聪患者依靠人工耳蜗助听。人工耳蜗替代已受损的内耳毛细胞，将声音转换为不同振幅的电脉冲序列，刺激听觉神经，使患者重拾听觉。然而此设计仍存在不少缺陷。在正常情况下，人类大脑能够区分小至几十微秒（一微秒为百万分之一秒）的时间差。此时间差可用於判断声音首先来自左侧或右侧（双耳时间差），从而赋予人类空间听觉的能力。大脑对声音时间信息的精细处理亦有助於判断音高，不仅可用於欣赏音乐旋律，亦用於辨别如中文等声调语言中的语音音调。然而，人工耳蜗仍未能赋予患者相关能力。

研究团队认为个中原因或是现有的人工耳蜗仅依赖电脉冲序列的振幅来传递声音信息，而忽略了设定电流脉冲时序的精准度。换言之，这些装置所采用的编码策略假设，只要电脉冲的幅度能与声音强度的变化同步增减，那么电脉冲的精准时序便没有那么重要。鉴於临床护理标准及患者的病史会干扰研究结果，研究团队研发了动物模型来评估不同刺激方法的影响，从而验证这个假设。

研究团队为八只先天失聪的成年大鼠植入人工耳蜗，以辨识施加於其听觉神经上的电流刺激能否协助大鼠分辨声音来源。结果显示，这些先天失聪的大鼠能够迅速分辨声音偏重左侧或右侧，甚至对小至80微秒或以下的双耳时间差极为敏锐，此双耳时间差的敏感度与听力正常的大鼠及人类相若，并远高於一般双耳植入人工耳蜗的患者。研究团队随后设计不同的电流刺激模式，以评估以脉冲序列振幅厘定的双耳时间差及以单一脉冲厘定的双耳时间差对大鼠的影响。实验结果显示，大鼠的感知主要取决於单一脉冲的双耳时间差，对以脉冲振幅厘定的双耳时间差敏感度极低。此发现让人反思目前人工耳蜗的临床应用，医学界有迫切需要重新设计人工耳蜗刺激听觉的方法，更有效地模拟自然听觉系统的敏感度。

研究团队分别在左右两侧设置供水口（见左图），并将启动实验的供水口置中。实验时，电脉冲便传达至双耳已植入人工耳蜗的失聪大鼠。

结果显示大鼠能够迅速学会精准地偏向左侧或右侧。右图显示这些大鼠对单一脉冲双耳时间差的感知极为敏锐，给予准确回应的比率近90%；惟对以脉冲序列振幅设定的双耳时间差敏感度较低，比率仅为17%左右。

德国弗莱堡大学医学中心耳鼻喉科学系Nicole Rosskothen-Kuhl博士表示：「此重大发现让我们对现有临床应用提出新的疑问。医学界过往可能忽略了听觉输入的时序特徵，未能以所需精准度调整刺激脉冲的时间。我们创新的动物模型克服了现有人工耳蜗的局限，并证明当这些特徵被编辑成单一脉冲的时序代码，而非以脉冲序列包络呈现，方能让人工耳蜗用者轻松辨识小至80微秒或以下的双耳时间差。」

中大医学院耳鼻咽喉―头颈外科学系及中大蔡永业脑神经科学研究所的Jan Schnupp教授表示：「这项突破性研究表明，许多植入人工耳蜗的用者，尤其是早期失聪人士，在空间听觉及音高辨识方面遇到困难的原因，可能在於现有设备传递声音信息的方式。透过优先考虑来自脉冲时序而非脉冲序列振幅的线索，我们能够解锁大脑处理左右耳线索的能力，并能重新制定人工耳蜗的刺激方法，惠及更多失聪患者。」

是次研究由中大蔡永业脑神经科学研究所、香港研究资助局、医疗衞生研究基金、深圳市科技创新委员会及德国学术交流中心资助，并获得Taube Kinder lernen hören e.V.的支持。研究结果有望改善人工耳蜗用者的双耳听觉，或可提升其声音定位能力及在嘈杂环境中的言语解读能力。研究团队日后会进一步将此研究发现转化应用於人类人工耳蜗，例如加入精确时间编码技术及改善人工耳蜗的设计，实现新一代「仿生耳」的愿景。