人耳能够听见世界，不仅是依靠耳朵，更依赖一条将声音信息传递给大脑的“高速公路”——听觉神经。当这条“高速公路”受损甚至缺失后，我们能否像修复电路一样，为大脑重新接上一条“人造神经”？长期以来，这被认为是听觉修复领域最具挑战性的课题之一。
近日，南开大学电子信息与光学工程学院徐文涛教授团队成功研制出全球首款仿生听觉神经接口，为传统人工耳蜗之外的听觉重建提供了全新的电子替代、修复技术新路径。
南开团队构建起能够与哺乳动物神经系统深度融合的人造听觉神经形态接口，实现了集声音信号采集、神经形态编码、自然语义处理、生物电信号输出于一体的完整人造听觉神经环路。相关成果发表于国际顶级学术期刊《自然·材料》。徐文涛为论文独立通讯作者，南开大学博士研究生刘甲奇为第一作者，于千博、赵丰为共同第一作者。
数据显示，全球近3%的人口受到感音神经性耳聋困扰。传统人工耳蜗能够完成声音采集和电信号转换，却仍需要依赖患者自身保留的听觉神经完成“最后一公里”的信息传输。一旦听觉神经缺失或功能严重受损，再先进的人工耳蜗也难以发挥作用。如何突破天然神经缺失这一瓶颈，构建能够直接替代生物听觉神经的信息传输系统，是国际神经修复领域长期攻关的重要方向。
“目前人工耳蜗解决的是‘听见’的问题，但受限于固定时钟驱动方式和有限电极数量，其在声音时间分辨率、复杂环境下语音识别等方面，与天然听觉系统还有明显差距。”徐文涛介绍，“我们的目标，不只是让人造听觉系统能够‘听见’，更重要的是让它真正学会‘听懂’，像天然听觉神经一样，对声音进行筛选、识别和处理，再把有价值的信息传递给大脑。”
围绕这一目标，研究团队首次构建起完整的仿生神经形态听觉修复界面。系统将声信号采集、神经形态编码、自然语义处理、生物电信号输出等多个功能模块集成到同一平台。系统首先模拟耳蜗感知声音，再借鉴大脑神经网络对声音进行筛选和分析，最后将处理后的信息转换为生物神经能够识别的电脉冲，与活体神经建立稳定连接，实现了声音感知、信息处理和神经传递的完整闭环。
简单来说，这套系统不只是“听见”声音，更能够像天然听觉神经一样，对声音进行筛选、分析和编码，让“人造听觉神经”从“听见”到“听懂”，标志着听觉修复由“恢复感知”向“重建功能”迈出了关键一步。
在动物实验中，植入团队研发的仿生听觉神经接口后，失聪兔不仅重新建立了声音感知能力，还能够识别不同语音指令，并完成“打字”“踢球”等对应行为任务，实现了从“听见声音”到“理解语义”，再到“完成动作”的完整人造听觉神经信息处理链路。这意味着团队研发的人工系统已不再只是简单传递声音，而是具备了类似天然听觉神经的信息处理能力。
这一成果是徐文涛教授自2018年在《科学》发表世界首条柔性人造触觉传入神经成果后，历经8年在人造神经领域取得的又一原创性突破成果，标志着南开大学在仿生神经电子与神经修复领域持续领跑国际前沿。自2017年回国以来，徐文涛带领团队持续深耕人造神经研究，构建起一支40余人的平均年龄不足30岁的青年科研团队，逐步打通材料研发、器件制备、系统集成、生物验证等全创新链条，构建起覆盖视觉、听觉、触觉、嗅觉、味觉等多模态人造神经技术体系，拥有完整自主知识产权和核心专利，实现了从参与国际合作到自主原创突破的跨越。
“下一步，团队将继续围绕神经修复与仿生智能开展研究，加快推动核心技术向临床应用和产业化转化，力争在神经假体、智能医疗、脑机接口、具身智能等领域取得更多原创成果，为高水平科技自立自强、服务人民生命健康贡献南开力量。”徐文涛说。
原文链接：https://mp.weixin.qq.com/s/uIMZzFLHyTYqob93k3i65w
|
