因武器和爆炸装置造成的听力损失一直是本国现代军事冲突中头号残疾，导致成千上万的退伍军人遭受耳鸣甚至耳聋。现在，新一代基于激光的植入物有望以比现有技术更高分辨率的方式恢复他们的听力，以及普通民众的听力。
新的基于激光的耳蜗植入物将通过热量刺激细胞，而不是通过电刺激内耳听觉细胞，或对其进行改造以直接响应光。原理如下。
耳蜗植入物广泛可用，尽管非常昂贵，但它们只能恢复非常有限的听力。目前的型号可以通过刺激内耳蜗牛状部分的耳蜗神经来产生四到八种声音频率，通过一系列电极。点击此处聆听听起来如何。洛克希德·马丁公司Aculight公司的Mark Bendett解释说，八种频率不够，该公司正在开发基于激光的技术。
“频率越高，你能创造的独立声音就越多，”他说。“目前的技术就像钢琴键盘上有四到八个音符，但我们可以让你想要的音符数量一样多——如果你愿意，可以有88个音符。这样就能更容易地演奏莫扎特。”
“我们人类是湿乎乎、咸乎乎的生物。”一个典型的耳蜗植入物由四个关键部件组成：附着在耳朵上的麦克风，戴在耳朵后面的语音处理器，提供电刺激的发射器，以及一个植入体内、连接到听觉神经的电极阵列。电极取代了受损的纤毛，纤毛是耳蜗内部微小的毛发，它们会响应声波而振动。这些振动结构通常会触发听觉神经的反应。Bendett说，人工电脉冲的作用有限，这也是植入物仅限于少数通道的原因之一。
“我们人类是湿乎乎、咸乎乎的生物，我们导电能力很强。电流不仅会流向你想去的地方，还会流向周围的组织，”Bendett解释道。“有时这是好事，比如心脏起搏器，但在感觉恢复方面，你刺激神经的精度越高，你复制声音的精度也就越高。”
激光精度将是实现这一点的方法之一。包括DARPA在内的几个研究团队一直在研究这个问题，DARPA一直在研究用于光操纵大脑的光遗传学。DARPA对用于治疗脑外伤的光遗传学感兴趣，脑外伤影响多达20%从中东冲突中返回的战士。
该方法略有不同，因为它需要用化学物质或病毒改造细胞，使它们能够响应光。但去年春天，犹他大学的研究人员宣布了一项突破，他们使用红外光来控制细胞——尽管没有人确切知道它是如何工作的。范德比尔特大学和西北大学的研究人员也曾涉足该技术。上个月，芝加哥大学和西北大学的科学家们弄清楚了这一过程是如何工作的。
据报道，研究人员在Nature Communications杂志上发表的研究成果，他们刺激了青蛙卵和哺乳动物细胞，并证明红外光会引起电流。根据芝加哥生物学家Mikhail G. Shapiro及其同事的论文，红外光的脉冲以独特的方式改变了神经细胞膜的电容。红外脉冲被水吸收，导致细胞内温度迅速升高。这会使细胞去极化，打开钠离子和钙离子通道——产生正常的动作电位，就像神经应该传递信号一样。
“这会触发神经像神经一样工作，”Bendett说。
在此项研究和其他研究的基础上，Aculight公司目前正在开发一款基于红外激光的耳蜗植入物。Bendett表示，其外壳可能与现有植入物非常相似，使用相同的电池、麦克风和信号处理器。取而代之的是一个带有几个金属电极垫的植入物，新植入物将包含一个小型红外激光阵列。他补充说，另一种设计将使用耳内的光波导，而不是直接植入激光——光波导会将红外脉冲引导并分配到适当的区域。
除了耳蜗植入物，这种神经刺激还可以用于心脏起搏器；疼痛管理；癫痫；减轻帕金森病等神经系统疾病的症状；甚至假肢。但Bendett表示，恢复听力是显而易见的第一个应用：“由于需要解决的人群如此之多，所以它获得了最多的关注和合作者，”他说。Aculight公司还与范德比尔特大学和美国陆军的科学家合作。
不过，他表示，光诱导的神经冲动可能为广泛的潜在应用提供感觉反馈。“我们是未来神经科医生武器库中的一支箭。”
