新研究發(fā)現(xiàn)將來可用人耳充電且不影響聽力
當你手中那臺可愛又可恨的智能手機再次顯示“電量不足”的時候，你是否想過用自己身體的某個部位給它充電？ 其實，這并非天方夜譚。早在20世紀30 年代,，科學(xué)家就發(fā)現(xiàn)人類的耳蝸內(nèi)存在微弱的離子電流,。但由于擔(dān)心利用耳蝸內(nèi)的電源會對健康造成威脅,，科學(xué)家們一直無法找到此生物電的利用渠道,?！ ”驹律涎瑏碜月槭±砉W(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（HST）的研究人員首次證明，哺乳動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,，而且不會影響聽力,。 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,，實驗結(jié)束后豚鼠的聽力仍處于正常水平,。 在這次實驗中,，這只小豚鼠的耳蝸成功為無線發(fā)射器“免費”供電長達五個小時,。 “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)院聽覺神經(jīng)科學(xué)家康斯坦蒂娜·斯坦科維奇表示,，“這項技術(shù)有可能在將來的某一天為人類大腦和人工耳蝸植入提供自主電源,。” 用耳朵驅(qū)動無線發(fā)射器 為了證明獲取內(nèi)耳電能并不影響聽力，康斯坦蒂娜與HST的研究生安德魯·萊薩特需要在實驗前一周將電極植入一只實驗豚鼠的耳蝸內(nèi),，附加在電極上的是由麻省理工學(xué)院微系統(tǒng)技術(shù)實驗室（MTL）開發(fā)的低功率電子設(shè)備（小型無線電發(fā)射器）,。 “豚鼠的聽覺系統(tǒng)頗為發(fā)達,，其聲音誘發(fā)電位也表現(xiàn)得很明顯,，因此是研究聽覺系統(tǒng)電生理的較好實驗對象。”現(xiàn)已過世的中國生理聲學(xué)專家梁之安在上世紀六十年代做過類似研究,，他曾表示,，“特別是在大動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 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位置?！ ∵@個小手術(shù)做完后一周才可以開始實驗,，實驗時便無需再對豚鼠進行麻醉?！ TL 的研究人員錢德拉克森（Chandrakasan）也是本次實驗的關(guān)鍵人物之一，他的任務(wù)是為豚鼠耳蝸內(nèi)的電極裝上一個超低功率無線電發(fā)射器,。“如果沒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力沒有受到影響，這次實驗的意義也不大,。”錢德拉克森解釋,。 由于哺乳動物的耳蝸電能有限,，倘若無線電發(fā)射器的功率比手機無線電要大,，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分鐘的時間內(nèi)控制電路,，以獲取足夠的電壓來發(fā)射無線電。”康斯坦蒂娜說,?！ ⊙芯咳藛T在豚鼠耳膜兩側(cè)的電極中都植入了 MTL開發(fā)的這種無線電發(fā)射器，以便耳外接收器讀取數(shù)據(jù),?！ 嶒灲Y(jié)果令人欣喜，在無額外電源供給的情況下,，該無線電發(fā)射器運轉(zhuǎn)正常,。當然，這一結(jié)果只是驗證了前人的結(jié)論：哺乳動物的耳蝸內(nèi)存在電能,?！ ”敬窝芯康倪M展在于，實驗證明所植入的設(shè)備能夠有效地向耳朵外部接收器無線傳輸耳朵內(nèi)的化學(xué)條件數(shù)據(jù),，生物電的轉(zhuǎn)化與使用價值第一次得到驗證,。 最關(guān)鍵的是,，實驗結(jié)束后,，幾位科學(xué)家對豚鼠的力進行了檢測,，儀器數(shù)據(jù)顯示實驗豚鼠的聽力與正常豚鼠無異?！ 〕了?ldquo;天然電池” 上述實驗結(jié)果無疑為人類耳蝸生物電的開發(fā)與利用前景提供了無限遐想,，科學(xué)家們對這一研究進展已經(jīng)等待了半個多世紀?！ ?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”，開啟了耳蝸電生理研究的大門,?！ 《鴮W(xué)界對于耳蝸電位的密集研究與主要進展，則集中于二十世紀五六十年代,?！ ?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,，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40毫伏?！ ‘斎?，四五十毫伏的電壓在日常生活中幾乎可以忽略不計—一節(jié)干電池用完后的電壓大約為 1000 毫伏（即1伏特），但對于內(nèi)耳來說,，這些電能卻不容忽視,。 十幾年后,，戴維斯（Davis）研究了幾種耳蝸電現(xiàn)象的相互關(guān)系,，提出耳蝸的“機械—電學(xué)”說，從原理上解釋了耳蝸如何把聲音機械能轉(zhuǎn)變?yōu)樯窠?jīng)電能,?！ ∝惪宋鳒y算出豚鼠耳蝸內(nèi)的電位量，戴維斯則告訴后來的研究者,，耳蝸內(nèi)的電能究竟從何而來,。 原來,，很多哺育動物包括人類的耳蝸就是一個天然形成的“電壓器”,。收到外界聲音后，耳膜振動引起的機械力能夠?qū)е露侂跄蓚?cè)的鉀離子和鈉離子濃度失衡,，這層膜隔中的細胞就是一些專門的離子泵（一類特殊的載體蛋白）,。濃度失衡的兩種離子加上離子泵，便構(gòu)成了一個生產(chǎn)電能的“電壓器”,?！?ldquo;在過去,，人們曾經(jīng)認為內(nèi)耳的電勢太高，不適合植入電子設(shè)備,，因為高電勢有很大的危險,。”康斯坦蒂娜說，“60 年前,，我們就知道那里是一塊天然電池,，對于維持正常聽力來說很重要，但是沒有人嘗試去利用這塊天然電池來給電子設(shè)備供電,。” 眼下,，如何增強耳蝸電能的穩(wěn)定性與持久性，已成為科學(xué)家們接下來需要攻克的難點,。 德國布倫瑞克工業(yè)大學(xué)環(huán)境化學(xué)教授烏韋·施羅德認為,，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,?！ ∪绱丝磥恚枚錇槟愕?iPhone 充電依然無法實現(xiàn),，但也沒有必要灰心,。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)藥物運輸系統(tǒng),，雖然連續(xù)性有限,，但可以借鑒儲蓄電能的模式優(yōu)化使用效果?！ ?ldquo;事實上,，你可以從耳蝸中制造低壓電源，把它作為驅(qū)動耳蝸植入設(shè)備的能源,。”美國凱斯西儲大學(xué)耳鼻喉科主任克里夫·馬吉瑞恩說,，“想象一下，如果我們能夠測量不同疾病條件下耳蝸內(nèi)的電壓,，那就可以為畸變診斷提供依據(jù),。”
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