南开团队研制全球首款仿生听觉神经接口
记者7月13日从南开大学获悉，该校电子信息与光学工程学院徐文涛教授团队成功研制出全球首款仿生听觉神经接口，为传统人工耳蜗之外的听觉重建提供了全新的电子替代、修复技术新路径。相关成果发表于国际期刊《自然·材料》上。
数据显示，全球近3%的人口受到感音神经性耳聋困扰。传统人工耳蜗能够完成声音采集和电信号转换，却仍需要依赖患者自身保留的听觉神经完成“最后一公里”的信息传输。一旦听觉神经缺失或功能严重受损，再先进的人工耳蜗也难以发挥作用。如何突破天然神经缺失这一瓶颈，构建能够直接替代生物听觉神经的信息传输系统，是国际神经修复领域长期攻关的重要方向。
“目前人工耳蜗解决的是‘听见’的问题，而且受限于固定时钟驱动方式和有限电极数量，其在声音时间分辨率、复杂环境下语音识别等方面，与天然听觉系统还有明显差距。”徐文涛介绍，“而我们的目标，不只是让人造听觉系统能够‘听见’，更重要的是让它真正学会‘听懂’，像天然听觉神经一样，对声音进行筛选、识别和处理，再把有价值的信息传递给大脑。”
人造听觉神经形态接口示意图（南开大学供图）
围绕这一目标，研究团队首次构建起能够与哺乳动物神经系统深度融合的人造听觉神经形态接口，实现了集声音信号采集、神经形态编码、自然语义处理、生物电信号输出于一体的完整人造听觉神经环路。
系统将声信号采集、神经形态编码、自然语义处理、生物电信号输出等多个功能模块集成到同一平台。系统首先模拟耳蜗感知声音，再借鉴大脑神经网络对声音进行筛选和分析，最后将处理后的信息转换为生物神经能够识别的电脉冲，与活体神经建立稳定连接，实现了声音感知、信息处理和神经传递的完整闭环。
简单来说，这套系统不只是“听见”声音，更能够像天然听觉神经一样，对声音进行筛选、分析和编码，让“人造听觉神经”从“听见”到“听懂”，标志着听觉修复由“恢复感知”向“重建功能”迈出了关键一步。
在动物实验中，植入团队研发的仿生听觉神经接口后，失聪兔不仅重新建立了声音感知能力，还能够识别不同语音指令，并完成“打字”“踢球”等对应行为任务，实现了从“听见声音”到“理解语义”，再到“完成动作”的完整人造听觉神经信息处理链路。
“下一步，团队将继续围绕神经修复与仿生智能开展研究，加快推动核心技术向临床应用和产业化转化。”徐文涛说。
记者7月13日从南开大学获悉，该校电子信息与光学工程学院徐文涛教授团队成功研制出全球首款仿生听觉神经接口，为传统人工耳蜗之外的听觉重建提供了全新的电子替代、修复技术新路径。相关成果发表于国际期刊《自然·材料》上。
数据显示，全球近3%的人口受到感音神经性耳聋困扰。传统人工耳蜗能够完成声音采集和电信号转换，却仍需要依赖患者自身保留的听觉神经完成“最后一公里”的信息传输。一旦听觉神经缺失或功能严重受损，再先进的人工耳蜗也难以发挥作用。如何突破天然神经缺失这一瓶颈，构建能够直接替代生物听觉神经的信息传输系统，是国际神经修复领域长期攻关的重要方向。
“目前人工耳蜗解决的是‘听见’的问题，而且受限于固定时钟驱动方式和有限电极数量，其在声音时间分辨率、复杂环境下语音识别等方面，与天然听觉系统还有明显差距。”徐文涛介绍，“而我们的目标，不只是让人造听觉系统能够‘听见’，更重要的是让它真正学会‘听懂’，像天然听觉神经一样，对声音进行筛选、识别和处理，再把有价值的信息传递给大脑。”
人造听觉神经形态接口示意图（南开大学供图）
围绕这一目标，研究团队首次构建起能够与哺乳动物神经系统深度融合的人造听觉神经形态接口，实现了集声音信号采集、神经形态编码、自然语义处理、生物电信号输出于一体的完整人造听觉神经环路。
系统将声信号采集、神经形态编码、自然语义处理、生物电信号输出等多个功能模块集成到同一平台。系统首先模拟耳蜗感知声音，再借鉴大脑神经网络对声音进行筛选和分析，最后将处理后的信息转换为生物神经能够识别的电脉冲，与活体神经建立稳定连接，实现了声音感知、信息处理和神经传递的完整闭环。
简单来说，这套系统不只是“听见”声音，更能够像天然听觉神经一样，对声音进行筛选、分析和编码，让“人造听觉神经”从“听见”到“听懂”，标志着听觉修复由“恢复感知”向“重建功能”迈出了关键一步。
在动物实验中，植入团队研发的仿生听觉神经接口后，失聪兔不仅重新建立了声音感知能力，还能够识别不同语音指令，并完成“打字”“踢球”等对应行为任务，实现了从“听见声音”到“理解语义”，再到“完成动作”的完整人造听觉神经信息处理链路。
“下一步，团队将继续围绕神经修复与仿生智能开展研究，加快推动核心技术向临床应用和产业化转化。”徐文涛说。
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