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人工耳蝸改變了數(shù)十萬(wàn)患有嚴(yán)重或嚴(yán)重聽(tīng)力損失的人的無(wú)聲生活。然而，當(dāng)前市場(chǎng)上的人工耳蝸因受“電流擴(kuò)散”(‘current spread’)的阻礙，并不能精確地刺激聽(tīng)覺(jué)神經(jīng)。直到現(xiàn)在，還沒(méi)有適當(dāng)?shù)臏y(cè)試模型能夠精準(zhǔn)地復(fù)現(xiàn)發(fā)生在人類(lèi)耳蝸中的“電流擴(kuò)散”問(wèn)題?；诖?，英國(guó)劍橋大學(xué)Shery Huang教授 Biointerface課題組和Manohar Bance 教授使用 3D 打印技術(shù)創(chuàng)建了首個(gè)具有人類(lèi)耳蝸形狀和耳蝸組織導(dǎo)電性的仿生模型，并將其與機(jī)器學(xué)習(xí)相結(jié)合，以期實(shí)現(xiàn)對(duì)人工耳蝸“電流傳播”(‘Current spread’) 的臨床預(yù)測(cè)。相關(guān)研究成果于10月29日以“3D printed biomimetic cochleae and machine learning co-modelling provides clinical informatics for cochlear implant patients”為題發(fā)表于自然通訊雜志上，論文第一作者為課題組博士生李奕雯。

人工耳蝸的“電流傳播”問(wèn)題源于耳蝸管內(nèi)的一種具導(dǎo)電性的淋巴液體 (perilymph) 引起。這問(wèn)題嚴(yán)重限制了人工耳蝸?lái)憫?yīng)聽(tīng)覺(jué)神經(jīng)的準(zhǔn)確性，可導(dǎo)致人工耳蝸使用者感知到嚴(yán)重失真的聲音 (尤其音樂(lè))。另外，耳蝸組織本身位于顳骨深處的位置和較為復(fù)雜的解剖結(jié)構(gòu)，且人類(lèi)耳蝸的形狀和導(dǎo)電性有著顯著的個(gè)體性差異，導(dǎo)致現(xiàn)有的測(cè)試模型 (包括動(dòng)物模型、人體標(biāo)本模型及計(jì)算機(jī)有限元分析模型) 均無(wú)法較為全面準(zhǔn)確地模仿人體耳蝸內(nèi) “電流傳播”的問(wèn)題。

倫理問(wèn)題?！?/span>

圖3 人工仿生耳蝸的電氣特性

劍橋大學(xué)生物工程系副教授 Shery Huang 表示：“考慮到病患的隱私以及相關(guān)醫(yī)學(xué)倫理道德問(wèn)題，科研工作者們?cè)谥踩胧诫娮友b置的研究過(guò)程中往往很難獲得全面的臨床數(shù)據(jù)。因此3D打印技術(shù)成為了一個(gè)建造物理模型, 提供精確表征大數(shù)據(jù)的良好工具；而人工智能 (AI) 機(jī)器學(xué)習(xí)則是作為另一種強(qiáng)大工具，來(lái)預(yù)測(cè)復(fù)雜數(shù)據(jù)之間的關(guān)系。本研究成果中提出的協(xié)同建模概念還可用于其他生物電子植入裝置上，通過(guò)構(gòu)建仿生人工模型來(lái)解決相關(guān)的臨床醫(yī)學(xué)問(wèn)題。

圖4 研究中提出的‘打印和學(xué)習(xí)’概念示意圖

參考文獻(xiàn)：

Lei IM, Jiang C, Lei CL, de Rijk SR, Tam YC, Swords C, Sutcliffe MPF, Malliaras GG, Bance M, Huang YYS. 3D printed biomimetic cochleae and machine learning co-modelling provides clinical informatics for cochlear implant patients. Nat Commun. 2021 Oct 29;12(1):6260. doi: 10.1038/s41467-021-26491-6. PMID: 34716306.

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