約翰·霍普金斯醫(yī)學(xué)研究院的聽覺和平衡感專家成功地在動(dòng)物體內(nèi)測試了一種可以部分修復(fù)動(dòng)物受損聽力和平衡感的電子設(shè)備,。這項(xiàng)研究由美國國家耳聾及交流障礙研究院和美國耳科學(xué)會(huì)提供資助,，前者是美國國家衛(wèi)生研究院的分支機(jī)構(gòu)。
霍普金斯醫(yī)學(xué)研究院這所以選擇在南美栗鼠體內(nèi)進(jìn)行試驗(yàn),，是因?yàn)榭茖W(xué)家對它們的內(nèi)耳功能進(jìn)行了充分的研究,。霍普金斯醫(yī)學(xué)研究院前庭神經(jīng)工程實(shí)驗(yàn)室主任,，醫(yī)學(xué)博士查爾斯·德拉·桑蒂納2002年以來一直在從事多通道前庭修復(fù)的研究工作,，他說：“這種概念驗(yàn)證法證明，利用多通道前庭修復(fù),，我們可以修復(fù)大腦的三維平衡感,。所有人都知道人有五感，即視覺,、嗅覺,、味覺、觸覺和聽覺,，很少有人知道一種潛在的第六感,，即頭部里有義務(wù)方位和運(yùn)動(dòng)感，直到他們的平衡系統(tǒng)出現(xiàn)問題，他們才意識(shí)到第六感的存在,。”
桑蒂納研究小組的報(bào)告發(fā)表在國際電氣和電子工程師協(xié)會(huì)2007年6月出版的《生物醫(yī)學(xué)工程》學(xué)報(bào)上,，報(bào)告顯示，一個(gè)重量不到3盎司,，與火柴盒一般大小的原型裝置有效地模仿了三個(gè)內(nèi)耳半規(guī)管的工作方式,，感覺了頭部的轉(zhuǎn)動(dòng)并向大腦轉(zhuǎn)送了與頭部轉(zhuǎn)動(dòng)有關(guān)的信息。
通過對蝸神經(jīng)施加電刺激,，耳蝸植入裝置可以幫助恢復(fù)聽覺,。科研人員對耳蝸植入裝置的設(shè)計(jì)進(jìn)行了調(diào)整,，他們設(shè)計(jì)了一種電路,，通過把多個(gè)電極與前庭神經(jīng)相連，這種電路可以測量三維信息并向大腦傳送這類信息,。
科研人員于一年前開始測試這種裝置,，該裝置帶有一個(gè)安裝在頭部的電池操作盒，盒中裝有傳感器,，由于傳感器安置在頭部外側(cè),，它們可以起到動(dòng)物的內(nèi)耳半規(guī)管的作用，而半規(guī)管通常用于感知頭部的轉(zhuǎn)動(dòng),。這些傳感器與一個(gè)微處理器相連,，共有8個(gè)電極精確地植入內(nèi)耳，電極分別與神經(jīng)末稍相連,。每個(gè)電極都能起到信息通道的作用,。
德拉·桑蒂納說，喪失前庭感知力的患者通常會(huì)習(xí)慣性地失去平衡感,，當(dāng)他們作頭部運(yùn)動(dòng)的時(shí)候,，他們無法使眼睛穩(wěn)定地指向某個(gè)物體。“他們所看到的世界就好比晃動(dòng)的手提式攝影機(jī)所拍攝到的不穩(wěn)定畫面,。”
桑蒂納是約翰·霍普金斯大學(xué)醫(yī)學(xué)院頭頸手術(shù)和生物工程學(xué)系的耳鼻喉科助理教授,，他認(rèn)為這是第一種可以測量和傳輸全方向頭部轉(zhuǎn)動(dòng)信息并帶有多種傳感器和處理通道的植入式裝置。他強(qiáng)調(diào)稱,，三個(gè)傳感器可以分別測量頭部在三種軸向（或三種平面方向）中的轉(zhuǎn)動(dòng)速度,。他解釋稱：“其它機(jī)構(gòu)以前開發(fā)的植入裝置僅局限于一種功能傳感器和電極，或者說局限于轉(zhuǎn)動(dòng)的一個(gè)平面方向或軸向,。但在實(shí)際生活中,，我們的運(yùn)動(dòng)是多方向的。”
利用桑蒂納研究小組開發(fā)的計(jì)算機(jī)軟件,，這種平衡裝置的所有測量結(jié)果將在植入式中央微處理器中進(jìn)行處理,。一旦處理完畢,，信息將被適時(shí)轉(zhuǎn)化為電子脈沖，電子脈沖通過電極傳送到對頭部轉(zhuǎn)動(dòng)情況做出反應(yīng)的三個(gè)前庭神經(jīng)末稍,。這三個(gè)末稍通常攜帶有帶自三個(gè)內(nèi)耳半規(guī)管的信號,。
在用南美栗鼠進(jìn)行試驗(yàn)時(shí),，持續(xù)時(shí)間小于一毫秒的電子脈沖按照與正常神經(jīng)活動(dòng)相似的反應(yīng)時(shí)間被轉(zhuǎn)送到大腦中,。桑蒂納及其同事先是給南美栗鼠服用高劑量的慶大霉素，從而使其喪失平衡感,。慶大霉素可以破壞內(nèi)耳通道細(xì)胞上的毛發(fā)狀凸起,，而后者正是平衡感功能的關(guān)鍵所在。失去平衡感的南美栗鼠走動(dòng)時(shí)很不穩(wěn)定,，眼睛四處轉(zhuǎn)動(dòng),，其表現(xiàn)與平衡感受損的人非常類似。在促使老鼠頭部做出固定動(dòng)作的同時(shí),，科研人員利用視頻跟蹤技術(shù)精確測量出老鼠眼睛的活動(dòng)情況,，結(jié)果顯示老鼠正常的視覺穩(wěn)定性反射已經(jīng)大幅受損。接著,，科研人員給老鼠安上了前庭修復(fù),，并把傳感器植入與老鼠內(nèi)耳半規(guī)管平行的位置，從而取代內(nèi)耳半規(guī)管,。接下來的眼睛激活試驗(yàn)表明,，三支老鼠部分恢復(fù)了視覺穩(wěn)定性反射。
科研人員稱,，研制出一種適于人體的植入式裝置尚有許多障礙,。他們正在致力于減少對其它神經(jīng)分支的電干擾并使電刺激的時(shí)間選擇更加合理，從而使平衡感的恢復(fù)更加完善,。此外，他們計(jì)劃使該設(shè)備更小,，密封性更好,，這樣它才能被全部植入頭部皮膚以內(nèi)。
對那些需要服用高劑量慶大霉素的患者（比如腸胃手術(shù)后受到腹部嚴(yán)重感染的患者）而言,，前庭植樹裝置最終將成為他們的安全網(wǎng)絡(luò),。
“平衡感嚴(yán)重受損的患者需要更好的治療選擇，”桑蒂納說：“很多人是通過恢復(fù)性訓(xùn)練或限制正?；顒?dòng)來應(yīng)對這一問題,，但是平衡感和視力會(huì)逐漸喪失癥，從而變成殘疾人,。”
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霍普金斯醫(yī)學(xué)研究院這所以選擇在南美栗鼠體內(nèi)進(jìn)行試驗(yàn),，是因?yàn)榭茖W(xué)家對它們的內(nèi)耳功能進(jìn)行了充分的研究,。霍普金斯醫(yī)學(xué)研究院前庭神經(jīng)工程實(shí)驗(yàn)室主任,，醫(yī)學(xué)博士查爾斯·德拉·桑蒂納2002年以來一直在從事多通道前庭修復(fù)的研究工作,，他說：“這種概念驗(yàn)證法證明，利用多通道前庭修復(fù),，我們可以修復(fù)大腦的三維平衡感,。所有人都知道人有五感，即視覺,、嗅覺,、味覺、觸覺和聽覺,，很少有人知道一種潛在的第六感,，即頭部里有義務(wù)方位和運(yùn)動(dòng)感，直到他們的平衡系統(tǒng)出現(xiàn)問題，他們才意識(shí)到第六感的存在,。”
桑蒂納研究小組的報(bào)告發(fā)表在國際電氣和電子工程師協(xié)會(huì)2007年6月出版的《生物醫(yī)學(xué)工程》學(xué)報(bào)上,，報(bào)告顯示，一個(gè)重量不到3盎司,，與火柴盒一般大小的原型裝置有效地模仿了三個(gè)內(nèi)耳半規(guī)管的工作方式,，感覺了頭部的轉(zhuǎn)動(dòng)并向大腦轉(zhuǎn)送了與頭部轉(zhuǎn)動(dòng)有關(guān)的信息。
通過對蝸神經(jīng)施加電刺激,，耳蝸植入裝置可以幫助恢復(fù)聽覺,。科研人員對耳蝸植入裝置的設(shè)計(jì)進(jìn)行了調(diào)整,，他們設(shè)計(jì)了一種電路,，通過把多個(gè)電極與前庭神經(jīng)相連，這種電路可以測量三維信息并向大腦傳送這類信息,。
科研人員于一年前開始測試這種裝置,，該裝置帶有一個(gè)安裝在頭部的電池操作盒，盒中裝有傳感器,，由于傳感器安置在頭部外側(cè),，它們可以起到動(dòng)物的內(nèi)耳半規(guī)管的作用，而半規(guī)管通常用于感知頭部的轉(zhuǎn)動(dòng),。這些傳感器與一個(gè)微處理器相連,，共有8個(gè)電極精確地植入內(nèi)耳，電極分別與神經(jīng)末稍相連,。每個(gè)電極都能起到信息通道的作用,。
德拉·桑蒂納說，喪失前庭感知力的患者通常會(huì)習(xí)慣性地失去平衡感,，當(dāng)他們作頭部運(yùn)動(dòng)的時(shí)候,，他們無法使眼睛穩(wěn)定地指向某個(gè)物體。“他們所看到的世界就好比晃動(dòng)的手提式攝影機(jī)所拍攝到的不穩(wěn)定畫面,。”
桑蒂納是約翰·霍普金斯大學(xué)醫(yī)學(xué)院頭頸手術(shù)和生物工程學(xué)系的耳鼻喉科助理教授,，他認(rèn)為這是第一種可以測量和傳輸全方向頭部轉(zhuǎn)動(dòng)信息并帶有多種傳感器和處理通道的植入式裝置。他強(qiáng)調(diào)稱,，三個(gè)傳感器可以分別測量頭部在三種軸向（或三種平面方向）中的轉(zhuǎn)動(dòng)速度,。他解釋稱：“其它機(jī)構(gòu)以前開發(fā)的植入裝置僅局限于一種功能傳感器和電極，或者說局限于轉(zhuǎn)動(dòng)的一個(gè)平面方向或軸向,。但在實(shí)際生活中,，我們的運(yùn)動(dòng)是多方向的。”
利用桑蒂納研究小組開發(fā)的計(jì)算機(jī)軟件,，這種平衡裝置的所有測量結(jié)果將在植入式中央微處理器中進(jìn)行處理,。一旦處理完畢,，信息將被適時(shí)轉(zhuǎn)化為電子脈沖，電子脈沖通過電極傳送到對頭部轉(zhuǎn)動(dòng)情況做出反應(yīng)的三個(gè)前庭神經(jīng)末稍,。這三個(gè)末稍通常攜帶有帶自三個(gè)內(nèi)耳半規(guī)管的信號,。
在用南美栗鼠進(jìn)行試驗(yàn)時(shí),，持續(xù)時(shí)間小于一毫秒的電子脈沖按照與正常神經(jīng)活動(dòng)相似的反應(yīng)時(shí)間被轉(zhuǎn)送到大腦中,。桑蒂納及其同事先是給南美栗鼠服用高劑量的慶大霉素，從而使其喪失平衡感,。慶大霉素可以破壞內(nèi)耳通道細(xì)胞上的毛發(fā)狀凸起,，而后者正是平衡感功能的關(guān)鍵所在。失去平衡感的南美栗鼠走動(dòng)時(shí)很不穩(wěn)定,，眼睛四處轉(zhuǎn)動(dòng),，其表現(xiàn)與平衡感受損的人非常類似。在促使老鼠頭部做出固定動(dòng)作的同時(shí),，科研人員利用視頻跟蹤技術(shù)精確測量出老鼠眼睛的活動(dòng)情況,，結(jié)果顯示老鼠正常的視覺穩(wěn)定性反射已經(jīng)大幅受損。接著,，科研人員給老鼠安上了前庭修復(fù),，并把傳感器植入與老鼠內(nèi)耳半規(guī)管平行的位置，從而取代內(nèi)耳半規(guī)管,。接下來的眼睛激活試驗(yàn)表明,，三支老鼠部分恢復(fù)了視覺穩(wěn)定性反射。
科研人員稱,，研制出一種適于人體的植入式裝置尚有許多障礙,。他們正在致力于減少對其它神經(jīng)分支的電干擾并使電刺激的時(shí)間選擇更加合理，從而使平衡感的恢復(fù)更加完善,。此外，他們計(jì)劃使該設(shè)備更小,，密封性更好,，這樣它才能被全部植入頭部皮膚以內(nèi)。
對那些需要服用高劑量慶大霉素的患者（比如腸胃手術(shù)后受到腹部嚴(yán)重感染的患者）而言,，前庭植樹裝置最終將成為他們的安全網(wǎng)絡(luò),。
“平衡感嚴(yán)重受損的患者需要更好的治療選擇，”桑蒂納說：“很多人是通過恢復(fù)性訓(xùn)練或限制正?；顒?dòng)來應(yīng)對這一問題,，但是平衡感和視力會(huì)逐漸喪失癥，從而變成殘疾人,。”
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