原型牙套可帮助听障人士通过舌头“听”

将话语直接置于您的口中
研究生 J.J. Adrian Moritz、生物医学科学助理教授 Leslie Stone-Roy 和机械工程副教授 John Williams 展示了用于测定人类舌头敏感性的设备。2015 年 1 月 7 日 John Eisele/科罗拉多州立大学

对于有严重听力障碍的个体而言,人工耳蜗已被证明是恢复部分听觉的绝佳工具。然而,这种小巧的电子设备通过刺激个体听觉神经起作用,需要进行手术植入并且价格昂贵。(该设备和植入手术的组合可能花费超过 40,000 美元。)

如今,在寻找听障人士更实用解决方案的过程中,科罗拉多州立大学的研究人员正转向一个不太可能使用的器官寻求帮助:舌头。这个三人研究小组开发了一种支持蓝牙的麦克风耳挂,以及一个适合戴在舌头上的智能保持器。这两种设备协同工作,以增强部分失聪者识别单词的能力。

请不要误会:舌头并非某种神奇的传导器官,能将声音传送到您的耳朵。这个保持器/耳挂系统通过重新编程大脑区域来工作,帮助大脑将舌头上的各种感觉解释为特定的单词。

“感觉就像舌头上正在冒着香槟泡泡或爆米花。”

这个过程始于耳挂的麦克风,它会接收周围环境的声音和单词。一个处理器将这些声音转换成独特、复杂的波形,代表单个单词。然后,这些波形通过蓝牙发送到保持器,保持器被特别设计用于刺激舌头。利用一系列电极,保持器会根据接收到的波形,在舌头上激发一种特定的躯体神经(与触觉相关的神经)模式。电极刺激神经的力度足以使其触发自身的动作电位。

“有些人认为这感觉就像舌头上有着香槟泡泡或爆米花,”机械工程师 John Williams 告诉《大众科学》杂志。

据该团队的研究人员之一 Leslie Stone-Roy 称,该团队选择舌头是因为它对触觉感觉的辨别能力超强。

“我们能够区分舌头上距离很近的细微触点,”CSU 兽医与生物医学科学学院的助理教授 Stone-Roy 说。“这与您的指尖类似;这就是为什么我们用手指阅读盲文。舌头也是如此,因为它具有很高的灵敏度。”

通过大量的时间和练习,保持器有助于增强大脑识别特定单词的能力。例如,每次麦克风听到“球”这个单词时,保持器就会在舌头上激发相同的神经模式。随着时间的推移,大脑会学会将这种特定的舌头感觉与“球”这个单词联系起来,从而更容易在将来识别该单词。

研究人员将他们的技术与阅读盲文的策略相比较。通过练习,盲人可以学会轻松地将凸起图案与字母或单词联系起来。对他们的设备而言,概念是相同的,但并非有意识地记住哪个单词对应哪个图案,而是大脑在实时发出各种声音时,潜意识地将各种舌头感觉与不同的声音相关联。“我们使用的是声音信息,而不是符号信息,”CSU 研究生和研究团队成员 JJ Moritz 说。

然而,研究人员指出,他们的设备最适合那些并非完全失聪的人;这样设备就可以增强他们已经能够听到的微弱声音。研究人员还解决了智能保持器带来的一个重要问题:如何防止其电击患者?

“电力非常局部化;我们目前只运行在 5 伏特,”Moritz 说。“我们使用一个 9 伏特的电池供电,所以最坏的情况是,感觉就像是将 9 伏特的电压触碰您的舌头。但我们不会将任何电流通过您的舌头。”

CSU

目前,研究人员仍在完善他们的设备,并试图绘制出舌头上所有的躯体神经。然后,他们将着手缩小设备尺寸并移除电线,使其能够舒适地放入人的嘴中。但一旦系统完成,它就可以成为人工耳蜗的一种更便宜的替代品,成本可能在 2,000 美元左右(尽管研究人员并未说明是什么降低了成本)。此外,保持器无需手术,这对于那些对手术犹豫不决的人来说可能更具吸引力。

此外,该团队设想了其应用范围不仅仅局限于帮助听力障碍者。Moritz 表示,未来,他们有兴趣探索设备的语言翻译功能。而且,听觉输入并非唯一可以被保持器增强的感觉。它还可以改善丧失的触觉。

“假设有人失去了手,您想为他们制造假肢,”Williams 指出。“如果我们把触觉传感器放在手指上,然后在手触摸到东西时刺激舌头,那会很有趣。在某种程度上,大脑可以接收到这个仿生手末端的触感。感觉替换是人脑可以非常快速地做到的事情。”

 

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洛伦·格鲁什(Loren Grush)是《Popular Science》的助理编辑和科学作家,居住在纽约市。她曾为《纽约时报》、《Nautilus Magazine》、Digital Trends、Fox News 和 ABC News 撰稿。格鲁什是两位 NASA 工程师的女儿,在航天飞机和火箭科学家中长大。她很高兴能圆满完成报道科学发现和技术突破的使命。

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