日前，电子系助理教授蒋琛与英国剑桥大学科研人员合作，开发了新一代耳蜗模型。该模型为下一代电子耳蜗（又称人工耳蜗）的研发带来全新的开发平台。
耳蜗是内耳的一部分，其最重要的功能是将外耳和中耳收集与传导的声音信号转化为神经电信号，尤其是将声音信号按照频率进行分解并刺激相应区域的听觉神经。用工程的术语来说，耳蜗是一个纯天然的傅立叶变换系统。人类能够分辨音乐的音高，靠的就是耳蜗在起作用。然而，不是所有人的耳蜗都能完成正常工作，因此导致了神经性失聪。
对于神经性失聪的群体，科学家早在上个世纪60年代发明了电子耳蜗，并将其植入到耳蜗内部，实现一个新的神经通路。
耳蜗与电子耳蜗（来源：Advanced Bionics）
电子耳蜗虽然能够帮助神经性失聪人群恢复听力，但是由于耳蜗内部包含体液，电流刺激信号容易在耳蜗内扩散，对不同神经区域造成刺激。目前，还未有很好的方法能够研究和表征电流信号的扩散程度，导致电子耳蜗的发展受到了限制。
新一代耳蜗模型（来源：Nature Communications）
为了解决电子耳蜗开发所遇到的瓶颈，蒋琛及其合作者开发了新一代耳蜗模型，该新型耳蜗模型是集电子工程、机械工程、人工智能、材料科学、临床医学、解剖学等学科的研究成果，具备了耳蜗的电学特性与解剖学结构，可完全模拟真实活体耳蜗的特性。
模型采用了新型3D打印技术与人工智能融合的方法。一方面，新型3D打印技术可以根据电子耳蜗使用者的生理结构进行建模。另一方面，通过人工智能大数据的分析，可修正耳蜗模型中的参数，也可预测电子耳蜗使用过程的电学特性分布。此外，相比于真实耳蜗被不透光的骨质包裹与难以获取进行实验的问题，该耳蜗模型具有半透明的特性与生物兼容性，可为下一代电子耳蜗植入技术与听觉神经刺激分析带来新的开发平台。借助光透明度，可观察人工耳蜗植入模型的过程，这和外科手术植入具有明显区别；而该模型的生物兼容性，则在未来有望搭建带有神经细胞、以及各类传感器的耳蜗模型，借此进一步分析神经细胞的活动过程，以设计出更先进的人工耳蜗植入体。
该成果的研究思路源于蒋琛负责的惠尔康青年交叉学者项目——开发与活体耳蜗具有相似电学特性的耳蜗模型。近日，该成果发表在交叉学科期刊Nature Communications。
论文链接：https://doi.org/10.1038/s41467-021-26491-6
蒋琛于2021年在清华大学电子系担任助理教授，现开展新型薄膜电子器件及电路系统与生物传感刺激应用的研究。
个人主页：
http://web.ee.tsinghua.edu.cn/jiangchen/zh_CN/index.htm
参考文献及原文地址：
Lei, I.M., Jiang, C., Lei, C.L. et al. 3D printed biomimetic cochleae and machine learning co-modelling provides clinical informatics for cochlear implant patients. Nat Commun 12, 6260 (2021). https://doi.org/10.1038/s41467-021-26491-6
