【原】科学家利用耳蜗植入物来测量脑电波来优化听力

脑机接口社区 2021-07-01

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人工耳蜗可以帮助听力严重损失的人恢复听力。听力受损患者使用传统的助听设备时，听力学家需要根据使用者的输入来调整设备，而这往往并不是那么容易的。天生失聪的儿童或老年痴呆症患者在评估和交流听力方面有更大的困难，这会使得植入设备不能很好地适应他们的情况。

比利时鲁汶大学(CatholicUniversity of Leuven, KU Leuven)的研究人员首次成功地通过人工耳蜗直接测量脑电波。人工耳蜗测量的这些脑电波以客观的方式表明一个人的听力好坏。

一个可能的解决方案是根据脑电波来调整植入物，因为脑电波包含了有关人如何处理他们听到的声音的信息。可以通过在头部放置电极的脑电图(EEG)来进行这类客观的测量。

然而，研究人员提出猜想：如果植入物本身能够记录脑电波来测量听力质量，效率是否会更高？

研究人员通过在人体试验对象进行试验，研究首次表明，上面的猜想的结果是有可能的。

研究人员说“我们使用了一种实验植入物，它的工作原理与普通植入物完全相同，但更容易使用电子设备--耳蜗植入物。”

用于记录诱发电位的电极位置概述(未按比例绘制)。植入的电极位于耳蜗的电极阵列中(编号为E01至E22)，或者为位于颞肌中的两个耳蜗外参考电极之一(MP1和MP2)。头皮电极放置在中央(Cz)，枕骨(Oz)和左/右乳突(P9 / P10)部位。在本案例中，经皮连接器显示在头部的右侧。用电极之间的颜色编码线指示测量EEG信号之间的不同记录偶极子。该颜色编码方案用于在随后的图中指示诱发电位的记录配置。

“耳蜗植入物包含刺激听觉神经的电极。这就是声音信号传输到大脑的方式。在我们的研究中，我们成功地使用了这些植入的电极来记录对声音做出响应时而产生的脑电波。首先，另一个优势是，通过谨慎选择正确的测量电极，我们可以测量比传统的头部电极脑电图更大的大脑反应。”

实验结果

研究人员进行了多项实验。下图2显示了对三个受试者(S1,S2,S3)获得的EABR强度扫描。在扫描期间，使用强度范围从最大的舒适水平(C级)到低于可听阈值水平(T级)的刺激获得EABR。

图2在不同刺激强度下记录的EABR。在痕迹线上标记了波III和V。以最大的舒适度录制两次。通过CI的电刺激是双极性的，电极E21-E13用于S1, E04-E12用于S2和S3。耳蜗内记录电极取决于受试者(S1:E01, S2和S3: E21)。刺激强度以电流单位(cu)给出，这是电流的对数函数(µa)，用来解释人类听觉系统的非线性响度增长。

强度扫描的结果(图2)表明所有受试者的C水平[最大的舒适水平]都存在EABR反应，并且可以使用植入电极进行测量。在接下来的实验中，更改记录电极以获得不同的配置，包括头皮电极，以评估EABR形态的变化并确定最佳记录配置，如下图3.

图3.使用不同配置记录的EABR，在纵轴上指示，并根据图1进行颜色编码。在痕迹线上标记了波III和V。通过CI的电刺激是双极性的，对于S1使用电极E21-E13，对于S2和S3使用E04-E12。

上图显示了三个受试者在C级刺激下使用不同记录电极配置记录的EABR响应。再次显示来自图2的MP1到耳蜗的记录和MP2到耳蜗的记录，以供参考。由于时间限制，并非针对所有受试对象都对所有配置进行了测试。在某些配置中，记录被重复，并显示了多个重叠的迹线。

图4.使用不同配置记录的ECEP，在纵轴上指示，并根据图1进行颜色编码。P1, N1, P2和N2标记在合适的痕迹上。重复的测试与相同的记录电极配置重叠。通过CI的电刺激是双极的，电极E21-E13用于S1, E04-E12用于S2和S3。

皮层反应的特征是几个峰，分别为P1 (50 ms) -N1 (80-100 ms) -P2 (150-180 ms) -N2 (200-250 ms)，这一响应记录了所有三个不同记录配置的受试者，如图4所示。这些反应是用c级每1秒的短脉冲诱发的。

该项研究报告的合著者TomFrancart教授补充说，一种可以自行记录脑电波并测量听力质量的植入物具有多种优势。“首先，我们可以得到一个不依赖于用户输入的客观测量。此外，我们可以在日常生活中测量一个人的听力，并能更好地监测它。因此，从长远来看，用户将不再需要在医院接受测试。听力学家可以远程查询数据，并在必要时调整植入物。”

未来展望：闭环CI系统和神经控制的助听器

我们可以大胆想象：在未来，我们戴着的听力植入物甚至有可能根据记录的脑电波自动调整自己。