电植入物稳定动物平衡障碍

约翰霍普金斯大学的听力和平衡专家报告说，他们成功地在动物身上测试了一种电子设备，可以部分恢复受损的平衡感。

尽管这种所谓的多通道前庭假体的人体测试还需要几年时间，但科学家们表示，这种部分植入内耳的设备可能会帮助3万名美国人应对内耳平衡严重丧失的问题。专家们自己估计，这3万名美国人正在应对内耳平衡严重丧失的问题。这些人经常患有不稳定、不平衡或视力不稳定。前庭感觉的问题可能在出生时遗传，也可能是使用抗生素、化疗药物、Ménière病、病毒感染、中风或头部创伤造成的。

霍普金斯大学前庭神经工程实验室主任查尔斯·c·德拉·桑蒂纳(Charles C. Della Santina)医学博士、博士说，霍普金斯大学对龙猫进行的研究是因为它们的内耳功能已经得到了很好的研究，“这证明了我们可以用多通道前庭假体恢复头部运动的三维感觉。”

“虽然每个人都知道视觉、嗅觉、味觉、触觉和听觉这五种感官，但很少有人会想到可能存在的第六感——头部定向和运动的感觉——直到系统失灵，”自2002年以来一直在研究这种假肢的Della Santina说。

在《生物医学工程学报》2007年6月版的报告中，霍普金斯大学的研究小组展示了一个火柴盒大小、重量不到3盎司的原型设备，通过感应头部旋转并将信息传输到大脑，有效地模拟了内耳三个半圆形管的工作方式。

通过对耳蜗神经的电刺激来恢复听觉的人工耳蜗植入物的设计，研究人员构建了一个电路，可以通过连接到前庭神经的多个电极测量三维平衡信息并将其传输到大脑。

研究人员在一年多前开始测试这个装置，它由一个头戴式、由电池供电的盒子组成，盒子里装有传感器，传感器位于头部外侧，这样传感器就与动物的实际半规管平行，而动物通常在半规管中感知头部转动。传感器连接到一个微处理器和多达8个通过外科手术植入内耳的电极，并分别连接到神经末梢。每个电极可以作为一个信息通道。

Della Santina说，前庭感觉丧失的残疾人经常会感到长期失去平衡，当他们移动头部时，他们失去了保持眼睛稳定指向物体的能力，“看到的世界就像摇晃的手持摄像机上摇晃的图像。”

据约翰霍普金斯大学医学院耳鼻喉-头颈外科和生物医学工程助理教授Della Santina介绍，这是第一个由多个传感器和处理通道制成的可植入设备，可以测量和编码各个方向的头部旋转。

他指出，这三个传感器中的每一个都可以测量头部围绕三个轴或方向平面之一的旋转速度。

Della Santina说，以前在其他地方开发的植入物仅限于一个功能传感器和电极以及一个旋转平面或轴，“而实际上，我们可以向多个方向移动。”

平衡装置中的每一次测量都在植入的中央微处理器单元中处理，使用的是Della Santina和他的团队开发的计算机软件。

一旦处理完毕，这些信息就会通过植入前庭神经三个分支附近的电极来调整短暂的电子脉冲的时间，这些分支对头部旋转的变化做出反应。这些分支通常从内耳的三个半规管传递信号。

在栗鼠的测试中，持续时间不到一毫秒的脉冲以模拟正常神经活动的时间模式传递。

Della Santina和他的同事们首先用大剂量庆大霉素治疗龙猫，引起了它们的不平衡。庆大霉素是一种抗生素，可以清除内耳道细胞上细小的毛发状突起，而这些突起通常是感觉平衡功能的关键。接受治疗的动物表现出不稳定的行走和不稳定的眼球运动，这在平衡受损的人身上很常见。研究人员采用了一种视频跟踪技术，在固定的头部运动过程中对眼球运动进行精确测量。结果证实了正常稳定眼睛的反射能力的严重丧失。

然后给这些动物装上前庭假体，传感器的方向与被替换的半规管平行。激活后的眼部测试显示，在报告中提到的三只龙猫中，动物部分恢复了它们的视力稳定反射。

研究人员表示，在人体设备投入使用之前还有许多障碍。研究人员正在努力减少对其他神经分支的电干扰，并改进电刺激的时间模式，使其更接近正常。此外，他们还计划将这种设备做得更小、更密封，这样它就可以完全装进皮肤下面的头部。

他们说，由此产生的前庭植入物最终可以为那些需要大剂量庆大霉素治疗的人提供安全网，例如，在肠道手术后对抗严重的腹部感染。

“平衡感严重受损的人需要更好的治疗方案，”德拉·桑蒂纳说。“许多人通过康复训练或限制活动来应对，但长期的失衡和视力模糊可能会导致残疾。”

资料来源:约翰·霍普金斯医疗机构

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