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电子人工耳蜗（eCI）是目前最成功的神经植入体，可以帮助耳聋患者恢复部分听力，满足基本生活需求。eCI的原理是使用电极直接刺激耳蜗残存的听神经，使其产生兴奋并传入听觉中枢获得听力。
但由于每个电极周围的电流传导广泛，eCI仍然存在频谱选择性的限制。本研究结合光遗传学技术，利用光刺激代替电刺激在沙鼠体内植入光学人工耳蜗（oCI），证实了oCI在频谱选择性中的可行性。
听力障碍是人类最常见的感觉缺陷。世界卫生组织发布最新统计结果显示，全世界有4.66亿人（6.1%）患有致残性听力损失，并预计至2050年将上升至9亿人，其中90%的病例是由于耳蜗和/或听神经功能障碍引起的感音神经性耳聋。
目前助听器和电子人工耳蜗（eCI）是恢复听力的主要治疗选择，eCI利用螺旋神经节细胞（SGNs）不同位置的频率选择性特征为患者提供声刺激的频谱信息，但由于电流广泛传导的限制，临床上还无法实现对声音的精细频谱分析，尤其是在嘈杂环境中声音识别能力下降以及无法欣赏音乐。
近年随着光遗传学的发展，研究人员开始尝试使用光代替电刺激开发光学人工耳蜗（oCI）。相比于电刺激，光刺激可以更加精准定位，将靶器官光敏化可以实现精确定向。
2020年6月29日，德国研究团队在《EMBO Molecular Medicine》上发表题为μLED‐based optical cochlear implants for spectrally selective activation of the auditory nerve的研究。
该研究将光遗传学与微系统工程学结合，在成年沙鼠体内植入多通道oCI，证明了基于μLED的oCI在听神经频率选择性激活中的可行性。
为了使SGNs光敏化，研究者利用AAV-PHP.B载体将视紫红质通道蛋白-2（ChR2）突变体CatCh注射到沙鼠SGNs。
并基于氮化镓开发微米级发光二极管（μLED）定制出16通道oCI，将oCI通过圆窗或耳蜗造口植入沙鼠内耳实现不同位置的光刺激，视蛋白功能通过光诱发听性脑干反应（oABRs）验证。
此外，使用32通道电极阵列记录下丘中央核（ICC）神经元的多单位电生理活动，并通过不同频率和强度纯音声刺激初步量化用于进一步验证。
研究发现基于μLED的oCI 能够激活沙鼠的听神经，35只正常和耳聋沙鼠中有15只oABRs阳性，其中12只可以检测到ICC电生理活动。研究者随后使用不同数目μLED照射耳蜗不同区域以及激光光纤照射整个耳蜗，发现ICC电生理反应强度与光刺激的μLED数量成比例。
耳聋沙鼠听神经也有光学激活，与正常沙鼠无统计学差异。研究者将16个μLED分成每4个一组，光刺激蜗轴不同位置的SGNs，可观察到ICC局部区域的神经激活，证实了μLED多通道oCI能够实现频率选择性激活听神经，并且与eCI相比有更高的频率选择性。
本项研究成功将生物医学与光电子学结合，实现了光遗传学听力的恢复。证实了光学人工耳蜗（oCI）可以提高声音编码分辨率。未来研究人员将进一步提高病毒转染效率，增加单个μLED光输出功率以优化植入体，有望突破现有人工耳蜗瓶颈，为开发下一代oCI提供依据。
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来源：耳鼻咽喉资讯