新研究發(fā)現(xiàn)將來(lái)可用人耳充電且不影響聽(tīng)力
當(dāng)你手中那臺(tái)可愛(ài)又可恨的智能手機(jī)再次顯示“電量不足”的時(shí)候，你是否想過(guò)用自己身體的某個(gè)部位給它充電,？ 其實(shí),，這并非天方夜譚。早在20世紀(jì)30 年代,，科學(xué)家就發(fā)現(xiàn)人類(lèi)的耳蝸內(nèi)存在微弱的離子電流,。但由于擔(dān)心利用耳蝸內(nèi)的電源會(huì)對(duì)健康造成威脅，科學(xué)家們一直無(wú)法找到此生物電的利用渠道,?！ ”驹律涎瑏?lái)自麻省理工學(xué)院（MIT）,、馬薩諸塞州眼耳中心（MEEI）,、哈佛麻省聯(lián)合辦理的健康科學(xué)和技術(shù)部門(mén)（HST）的研究人員首次證明，哺乳動(dòng)物耳朵中的這塊天然電池可以為植入式電子設(shè)備提供能量,，而且不會(huì)影響聽(tīng)力,。 他們發(fā)現(xiàn),，連接電極并植入豚鼠耳蝸的低功耗發(fā)射器,，能夠以無(wú)線方式將有關(guān)數(shù)據(jù)傳輸至耳外接收器。最重要的是,，實(shí)驗(yàn)結(jié)束后豚鼠的聽(tīng)力仍處于正常水平,。 在這次實(shí)驗(yàn)中,，這只小豚鼠的耳蝸成功為無(wú)線發(fā)射器“免費(fèi)”供電長(zhǎng)達(dá)五個(gè)小時(shí),。 “一種電子設(shè)備單純使用耳朵作為電力支持，這還是第一次,。” 馬薩諸塞州眼耳中心耳外科醫(yī)生,、哈佛大學(xué)醫(yī)學(xué)院聽(tīng)覺(jué)神經(jīng)科學(xué)家康斯坦蒂娜·斯坦科維奇表示，“這項(xiàng)技術(shù)有可能在將來(lái)的某一天為人類(lèi)大腦和人工耳蝸植入提供自主電源,。” 用耳朵驅(qū)動(dòng)無(wú)線發(fā)射器 為了證明獲取內(nèi)耳電能并不影響聽(tīng)力,，康斯坦蒂娜與HST的研究生安德魯·萊薩特需要在實(shí)驗(yàn)前一周將電極植入一只實(shí)驗(yàn)豚鼠的耳蝸內(nèi)，附加在電極上的是由麻省理工學(xué)院微系統(tǒng)技術(shù)實(shí)驗(yàn)室（MTL）開(kāi)發(fā)的低功率電子設(shè)備（小型無(wú)線電發(fā)射器）,?！ ?ldquo;豚鼠的聽(tīng)覺(jué)系統(tǒng)頗為發(fā)達(dá)，其聲音誘發(fā)電位也表現(xiàn)得很明顯,，因此是研究聽(tīng)覺(jué)系統(tǒng)電生理的較好實(shí)驗(yàn)對(duì)象,。”現(xiàn)已過(guò)世的中國(guó)生理聲學(xué)專(zhuān)家梁之安在上世紀(jì)六十年代做過(guò)類(lèi)似研究,，他曾表示,，“特別是在大動(dòng)物不易獲得的條件下，豚鼠的使用更值得推薦,。” 將電極植入豚鼠耳蝸是一個(gè)有些“殘忍”的小手術(shù),。康斯坦蒂娜和助手需要將豚鼠麻醉,，在其耳后溝劃一道長(zhǎng) 2 厘米的切口,，將包有電極的針管插入豚鼠顱頂?shù)募∪饨M織與面神經(jīng)管內(nèi)，電極的另一端引出至耳朵外固定于適當(dāng)位置,?！ ∵@個(gè)小手術(shù)做完后一周才可以開(kāi)始實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)時(shí)便無(wú)需再對(duì)豚鼠進(jìn)行麻醉,?！ TL 的研究人員錢(qián)德拉克森（Chandrakasan）也是本次實(shí)驗(yàn)的關(guān)鍵人物之一，他的任務(wù)是為豚鼠耳蝸內(nèi)的電極裝上一個(gè)超低功率無(wú)線電發(fā)射器,。“如果沒(méi)有辦法獲得由耳朵內(nèi)部傳出的信息,，那么即便能夠證明豚鼠的聽(tīng)力沒(méi)有受到影響，這次實(shí)驗(yàn)的意義也不大,。”錢(qián)德拉克森解釋,。 由于哺乳動(dòng)物的耳蝸電能有限,，倘若無(wú)線電發(fā)射器的功率比手機(jī)無(wú)線電要大,，同樣不能直接應(yīng)用在電極上。因此,，植入豚鼠耳蝸的電極還包含了功率轉(zhuǎn)換電路,，這便可實(shí)現(xiàn)在電容器里充電。“電極的電壓并不穩(wěn)定，但它可以在40秒到4分鐘的時(shí)間內(nèi)控制電路,，以獲取足夠的電壓來(lái)發(fā)射無(wú)線電,。”康斯坦蒂娜說(shuō)?！ ⊙芯咳藛T在豚鼠耳膜兩側(cè)的電極中都植入了 MTL開(kāi)發(fā)的這種無(wú)線電發(fā)射器,，以便耳外接收器讀取數(shù)據(jù)?！ ?shí)驗(yàn)結(jié)果令人欣喜,，在無(wú)額外電源供給的情況下，該無(wú)線電發(fā)射器運(yùn)轉(zhuǎn)正常,。當(dāng)然,，這一結(jié)果只是驗(yàn)證了前人的結(jié)論：哺乳動(dòng)物的耳蝸內(nèi)存在電能?！ ”敬窝芯康倪M(jìn)展在于,，實(shí)驗(yàn)證明所植入的設(shè)備能夠有效地向耳朵外部接收器無(wú)線傳輸耳朵內(nèi)的化學(xué)條件數(shù)據(jù)，生物電的轉(zhuǎn)化與使用價(jià)值第一次得到驗(yàn)證,?！ ∽铌P(guān)鍵的是，實(shí)驗(yàn)結(jié)束后,，幾位科學(xué)家對(duì)豚鼠的力進(jìn)行了檢測(cè),，儀器數(shù)據(jù)顯示實(shí)驗(yàn)豚鼠的聽(tīng)力與正常豚鼠無(wú)異?！ 〕了?ldquo;天然電池” 上述實(shí)驗(yàn)結(jié)果無(wú)疑為人類(lèi)耳蝸生物電的開(kāi)發(fā)與利用前景提供了無(wú)限遐想,，科學(xué)家們對(duì)這一研究進(jìn)展已經(jīng)等待了半個(gè)多世紀(jì)?！ ?930年,，韋伯（Weber）和布雷（Bray）兩位科學(xué)家首次發(fā)現(xiàn)了“耳蝸微音器電位”，開(kāi)啟了耳蝸電生理研究的大門(mén),?！ 《鴮W(xué)界對(duì)于耳蝸電位的密集研究與主要進(jìn)展，則集中于二十世紀(jì)五六十年代,?！ ?952年，科學(xué)家貝克西（Békésy）從豚鼠的耳蝸中導(dǎo)出了兩種靜息電位：以前庭階內(nèi)的外淋巴為零電位計(jì),，由蝸管內(nèi)淋巴導(dǎo)出的電位是正50毫伏,，從螺旋器內(nèi)導(dǎo)出的電位是負(fù)40毫伏?！ ‘?dāng)然,，四五十毫伏的電壓在日常生活中幾乎可以忽略不計(jì)—一節(jié)干電池用完后的電壓大約為 1000 毫伏（即1伏特）,，但對(duì)于內(nèi)耳來(lái)說(shuō)，這些電能卻不容忽視,?！ ∈畮啄旰螅骶S斯（Davis）研究了幾種耳蝸電現(xiàn)象的相互關(guān)系,，提出耳蝸的“機(jī)械—電學(xué)”說(shuō),，從原理上解釋了耳蝸如何把聲音機(jī)械能轉(zhuǎn)變?yōu)樯窠?jīng)電能?！ ∝惪宋鳒y(cè)算出豚鼠耳蝸內(nèi)的電位量,，戴維斯則告訴后來(lái)的研究者，耳蝸內(nèi)的電能究竟從何而來(lái),?！ ≡瓉?lái)，很多哺育動(dòng)物包括人類(lèi)的耳蝸就是一個(gè)天然形成的“電壓器”,。收到外界聲音后,，耳膜振動(dòng)引起的機(jī)械力能夠?qū)е露侂跄蓚?cè)的鉀離子和鈉離子濃度失衡，這層膜隔中的細(xì)胞就是一些專(zhuān)門(mén)的離子泵（一類(lèi)特殊的載體蛋白）,。濃度失衡的兩種離子加上離子泵,，便構(gòu)成了一個(gè)生產(chǎn)電能的“電壓器”,?！?ldquo;在過(guò)去，人們?cè)?jīng)認(rèn)為內(nèi)耳的電勢(shì)太高,，不適合植入電子設(shè)備,，因?yàn)楦唠妱?shì)有很大的危險(xiǎn)。”康斯坦蒂娜說(shuō),，“60 年前,，我們就知道那里是一塊天然電池，對(duì)于維持正常聽(tīng)力來(lái)說(shuō)很重要,，但是沒(méi)有人嘗試去利用這塊天然電池來(lái)給電子設(shè)備供電,。” 眼下，如何增強(qiáng)耳蝸電能的穩(wěn)定性與持久性,，已成為科學(xué)家們接下來(lái)需要攻克的難點(diǎn),。 德國(guó)布倫瑞克工業(yè)大學(xué)環(huán)境化學(xué)教授烏韋·施羅德認(rèn)為,，由于內(nèi)耳的空間十分狹小,，如果植入電極或芯片，總功率也將受到限制,?！ ∪绱丝磥?lái),，用耳朵為你的 iPhone 充電依然無(wú)法實(shí)現(xiàn)，但也沒(méi)有必要灰心,。目前的研究表明,，耳蝸的電能已足夠維持一天一次的體內(nèi)藥物運(yùn)輸系統(tǒng)，雖然連續(xù)性有限,，但可以借鑒儲(chǔ)蓄電能的模式優(yōu)化使用效果,。 “事實(shí)上,，你可以從耳蝸中制造低壓電源,，把它作為驅(qū)動(dòng)耳蝸植入設(shè)備的能源。”美國(guó)凱斯西儲(chǔ)大學(xué)耳鼻喉科主任克里夫·馬吉瑞恩說(shuō),，“想象一下,，如果我們能夠測(cè)量不同疾病條件下耳蝸內(nèi)的電壓，那就可以為畸變?cè)\斷提供依據(jù),。”
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