王健，關(guān)添，吳默村，彭保

（1.深圳信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院電子與通信學(xué)院，廣東 深圳 518172；2.清華大學(xué)深圳研究生院生物醫(yī)學(xué)工程研究中心，廣東 深圳 518055）

脈沖紅外激光刺激聽神經(jīng)研究綜述

王健1，關(guān)添2，吳默村2，彭保1

（1.深圳信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院電子與通信學(xué)院，廣東 深圳 518172；2.清華大學(xué)深圳研究生院生物醫(yī)學(xué)工程研究中心，廣東 深圳 518055）

相比于電刺激，紅外激光刺激技術(shù)具有顯著的優(yōu)越性。本文綜述了近年來(lái)脈沖紅外激光刺激聽覺系統(tǒng)的研究，主要包括：激光觸發(fā)聽覺沖動(dòng)的可行性、空間選擇性、安全性、生理機(jī)制、刺激參數(shù)的影響、致聾時(shí)長(zhǎng)的影響等。最后，本文展望了紅外激光刺激技術(shù)在光學(xué)耳蝸方向的應(yīng)用和未來(lái)的研究方向。

光學(xué)耳蝸；紅外激光；聽神經(jīng)沖動(dòng)

據(jù)估計(jì)，全球約有2.78億人存在聽力障礙。隨著環(huán)境污染和生活壓力的加劇，該數(shù)字持續(xù)上升[1]。

電子耳蝸基于電流對(duì)神經(jīng)組織的刺激，能夠較好地恢復(fù)中度和重度聽力受損者在安靜狀態(tài)下的語(yǔ)音識(shí)別能力，但較難滿足聽力受損者在噪聲環(huán)境下的語(yǔ)音感知需求。電流刺激聽神經(jīng)具有以下缺陷：具有電流擴(kuò)散效應(yīng)、獨(dú)立的電極數(shù)目少、空間選擇性低、需要和人體組織接觸、有刺激偽跡[2,3]。

相比于電刺激，激光刺激具有很多優(yōu)點(diǎn)：(1)方向性好。激光可以減小或避免擴(kuò)散效應(yīng)，降低不同通道之間的信號(hào)干擾，因此激光刺激具有較好的空間選擇性。(2)散射小。(3)安全性好。激光刺激源和組織不用接觸。(4)沒有刺激偽跡。

目前，紅外激光刺激技術(shù)已經(jīng)廣泛用于神經(jīng)刺激的多個(gè)領(lǐng)域，如：激光刺激坐骨神經(jīng)、海綿體神經(jīng)、面神經(jīng)、前庭神經(jīng)、軀體感覺皮層、耳蝸聽神經(jīng)[4-6]等。

研究表明：對(duì)于聽覺系統(tǒng)，脈沖紅外激光刺激聽神經(jīng)具有很高的空間選擇性[7]。相比于電刺激，激光刺激能將人工耳蝸的通道數(shù)提高一個(gè)量級(jí)[8]，因此能極大地改善患者在噪聲中的語(yǔ)音識(shí)別能力。本文綜述了近年來(lái)脈沖紅外激光刺激聽覺系統(tǒng)的研究，主要內(nèi)容包括：脈沖紅外激光觸發(fā)聽覺沖動(dòng)的可行性、空間選擇性、安全性、生理機(jī)制、刺激參數(shù)的影響、致聾時(shí)長(zhǎng)的影響等。最后，本文展望了未來(lái)的研究方向。

1 研究回顧

目前，脈沖紅外激光觸發(fā)聽覺沖動(dòng)的研究主要集中在：美國(guó)西北大學(xué)的Richter實(shí)驗(yàn)室、德國(guó)漢諾威醫(yī)學(xué)院的Lenarz實(shí)驗(yàn)室、重慶大學(xué)的侯文生實(shí)驗(yàn)室。其中，最具代表性的是Richter實(shí)驗(yàn)室和Lenarz實(shí)驗(yàn)室的研究。

1.1 可行性研究

可行性研究將探討脈沖紅外激光能否觸發(fā)聽覺沖動(dòng)。

（1）Richter實(shí)驗(yàn)室[4,9]：

2006年，Richter實(shí)驗(yàn)室率先使用波長(zhǎng)為2.12 μm、脈寬為250 μs的脈沖中紅外激光刺激沙鼠的螺旋神經(jīng)節(jié)細(xì)胞，測(cè)量激光觸發(fā)的耳蝸復(fù)合動(dòng)作電位(Optical Compound Action Potential,OCAP)，并測(cè)量聲音觸發(fā)的耳蝸復(fù)合動(dòng)作電位信號(hào)(Acoustical Compound Action Potential,ACAP)，發(fā)現(xiàn)OCAP和ACAP波形相似，這表明：通過(guò)脈沖紅外激光刺激螺旋神經(jīng)節(jié)細(xì)胞來(lái)觸發(fā)聽神經(jīng)沖動(dòng)是可行的[4]。

除了在動(dòng)物活體上進(jìn)行激光刺激的可行性驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)，Richter實(shí)驗(yàn)室還在人體上進(jìn)行了驗(yàn)證。2009年，F(xiàn)ishman等[9]對(duì)一個(gè)需要手術(shù)切除腫瘤的患者，使用波長(zhǎng)為1.85 μm，刺激速率為10 Hz，刺激強(qiáng)度為0-9.4 mJ/pulse的低能量脈沖紅外激光刺激患者的耳蝸螺旋神經(jīng)節(jié)細(xì)胞，結(jié)果發(fā)現(xiàn)能夠觸發(fā)OCAP，首次證明激光觸發(fā)人耳聽神經(jīng)沖動(dòng)是可行的。

（2）Lenarz實(shí)驗(yàn)室[10-12]：

為了整合和利用殘存的耳蝸聽力，德國(guó)漢諾威醫(yī)學(xué)院的Lenarz實(shí)驗(yàn)室嘗試一種與Richter不同的研究方案。他們使用脈沖激光刺激沙鼠的骨螺旋板，記錄激光觸發(fā)的聽性腦干反應(yīng)(Optical auditory brainstem response,OABR)和下丘神經(jīng)元反應(yīng)。研究發(fā)現(xiàn)：OABR和聲音觸發(fā)的聽性腦干反應(yīng)(Acoustical auditory brainstem response,AABR)波形相似。這表明激光刺激骨螺旋板也能觸發(fā)聽神經(jīng)沖動(dòng)。

除了1.85-2.12 μm波長(zhǎng)的激光，Wenzel等發(fā)現(xiàn)532 nm的綠光也能夠有效觸發(fā)聽神經(jīng)沖動(dòng)[12]。

（3）重慶大學(xué)生物醫(yī)學(xué)工程系侯文生實(shí)驗(yàn)室使用波長(zhǎng)較短、吸收系數(shù)較低的808 nm近紅外激光刺激豚鼠耳蝸的聽神經(jīng)，發(fā)現(xiàn)808 nm的紅外激光能夠觸發(fā)OCAP[13]。

1.2 空間選擇性研究

空間選擇性研究主要探討激光觸發(fā)聽神經(jīng)沖動(dòng)能否避免或減小擴(kuò)散效應(yīng)。Richter等提出：脈沖紅外激光能夠激活急性或慢性致聾動(dòng)物的聽神經(jīng)，具有很高的空間選擇性[5,6]。實(shí)驗(yàn)方法主要包括三種：免疫組織化學(xué)染色法、光音掩蔽法、下丘測(cè)量法。

（1）免疫組織化學(xué)染色法

Richter實(shí)驗(yàn)室的 Izzo等使用免疫組織化學(xué)染色法對(duì)沙鼠耳蝸的c-FOS蛋白進(jìn)行染色，觀察聽覺系統(tǒng)進(jìn)行激光刺激、純音刺激和電流刺激后的興奮擴(kuò)散程度[7]。結(jié)果發(fā)現(xiàn)：電刺激對(duì)應(yīng)的染色區(qū)域最大，純音刺激和脈沖激光刺激下的染色區(qū)域相似。這表明：激光刺激具有和純音刺激相似的較好的空間選擇性，并顯著優(yōu)于電刺激的空間選擇性。因此，激光刺激聽神經(jīng)對(duì)改善人工耳蝸的性能預(yù)計(jì)具有顯著的效果。但是，免疫組織化學(xué)染色法只適用于激光刺激強(qiáng)度高于閾值水平的情況，不能用于較低的刺激強(qiáng)度。

（2）光音掩蔽法

一個(gè)聲音能掩蔽另一個(gè)聲音對(duì)耳蝸的刺激。光音掩蔽法是用聲音去掩蔽激光對(duì)耳蝸螺旋神經(jīng)節(jié)細(xì)胞的刺激。Izzo等發(fā)現(xiàn)：光音掩蔽曲線和音音掩蔽曲線相似。這表明：激光具有與純音相似的良好的空間選擇性[7,8]。

（3）下丘測(cè)量法

Richter實(shí)驗(yàn)室使用下丘測(cè)量法發(fā)現(xiàn)：脈沖激光刺激和純音刺激的空間調(diào)諧曲線具有相似的寬度[14]。結(jié)果同樣證明：脈沖激光刺激具有與聲音刺激相似的空間選擇性。

1.3 安全性研究

激光具有一定的能量。高強(qiáng)度的激光既可以殺死腫瘤，也可以燒壞正常組織。因此，激光觸發(fā)聽神經(jīng)沖動(dòng)如果要應(yīng)用于人體，一定要進(jìn)行安全性驗(yàn)證。

（1）Richter實(shí)驗(yàn)室：

Richter實(shí)驗(yàn)室的Izzo等人發(fā)現(xiàn)：用波長(zhǎng)為1.85 μm，脈寬為30 μs，重復(fù)頻率為13 Hz，強(qiáng)度為10 mJ/cm2的脈沖紅外激光連續(xù)6小時(shí)照射耳蝸神經(jīng)組織，OCAP的幅度并沒有隨著照射時(shí)間的增長(zhǎng)而發(fā)生明顯變化[5]。此外，Izzo等[15]使用較高重復(fù)頻率(400 Hz)的激光連續(xù)2小時(shí)刺激耳蝸聽神經(jīng)元，OCAP的峰峰值也沒有顯著變化。

Richter實(shí)驗(yàn)室的Rajguru等[16]在貓的耳蝸中長(zhǎng)期植入微型脈沖紅外激光刺激器，量化激光器刺激正常貓和致聾貓的耳蝸聽神經(jīng)元的功效和短期安全性。研究發(fā)現(xiàn)：當(dāng)激光重復(fù)頻率為200 Hz，功率為200 mW/pulse，脈寬為100 μs時(shí)，連續(xù)刺激10小時(shí)，OCAP的幅度仍然非常穩(wěn)定。

以上研究表明：脈沖紅外激光刺激聽神經(jīng)元是安全穩(wěn)定的。

（2）Lenarz實(shí)驗(yàn)室：

Lenarz等用強(qiáng)度為13 pJ/pulse、重復(fù)頻率為10 Hz的激光連續(xù)照射豚鼠耳蝸15分鐘、30分鐘、1個(gè)小時(shí)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)：OABR和基底膜振動(dòng)并沒有在激光照射前后發(fā)生明顯變化[17]。因此，在一定的脈沖能量下，利用激光刺激耳蝸骨螺旋板是安全穩(wěn)定的。

1.4 生理機(jī)制

激光觸發(fā)聽神經(jīng)沖動(dòng)的原理主要有四種假說(shuō)：光化學(xué)效應(yīng)、光電場(chǎng)效應(yīng)、光壓效應(yīng)、光熱效應(yīng)。

（1）光化學(xué)效應(yīng)

光化學(xué)效應(yīng)依賴于目標(biāo)組織對(duì)某種特定波長(zhǎng)激光的吸收去觸發(fā)化學(xué)反應(yīng)。一般情況下，紫外波段激光或者超短脈沖激光容易觸發(fā)光化學(xué)反應(yīng)。但是，在Richter和Lenarz等人的實(shí)驗(yàn)中，使用的激光為低能量紅外激光，紅外光子能量太低(＜ 0.1 eV)，沒有足夠的能量直接發(fā)生光化學(xué)反應(yīng)。因此，激光觸發(fā)神經(jīng)沖動(dòng)的機(jī)制不可能是光化學(xué)效應(yīng)[18]。

（2）光電場(chǎng)效應(yīng)

范德堡大學(xué)的Wells等人使用750 nm的激光刺激小鼠外周神經(jīng)，發(fā)現(xiàn)：激光觸發(fā)神經(jīng)沖動(dòng)可能與組織的吸光性有關(guān)，與電場(chǎng)效應(yīng)無(wú)關(guān)[18]。

（3）光壓效應(yīng)

光壓效應(yīng)的機(jī)理是通過(guò)激光的加熱產(chǎn)生壓力波，擠壓耳蝸液體，產(chǎn)生耳蝸微音器電位。但是，Richter實(shí)驗(yàn)室發(fā)現(xiàn)：耳蝸微音器電位在ACAP中能夠觀察到，但是在OCAP中觀察不到[9]。因此，激光觸發(fā)聽神經(jīng)沖動(dòng)的生理機(jī)制不可能是光壓效應(yīng)。

此外，由于光壓效應(yīng)的大小與刺激脈沖的持續(xù)時(shí)間有關(guān)，范德堡大學(xué)的研究者們采用另一種方法來(lái)探討光壓效應(yīng)能否觸發(fā)神經(jīng)沖動(dòng)[18]，即：觀察激光的脈沖持續(xù)時(shí)間是否對(duì)刺激閾值產(chǎn)生影響。結(jié)果顯示：對(duì)各個(gè)波長(zhǎng)的激光，刺激閾值均不隨脈沖持續(xù)時(shí)間的變化而變化，并且當(dāng)激光脈沖的持續(xù)時(shí)間特別長(zhǎng)以至于無(wú)法產(chǎn)生光壓效應(yīng)時(shí)，仍能觀察到激光觸發(fā)的神經(jīng)沖動(dòng)現(xiàn)象。這表明：光壓效應(yīng)不是觸發(fā)神經(jīng)沖動(dòng)的生理機(jī)制。

（4）光熱效應(yīng)

范德堡大學(xué)的Wells等人通過(guò)測(cè)量脈沖低能量激光照射點(diǎn)的溫度變化，發(fā)現(xiàn)從開始進(jìn)行激光刺激到產(chǎn)生神經(jīng)沖動(dòng)，神經(jīng)組織的溫度發(fā)生明顯變化，并且在照射光斑范圍內(nèi)溫度升高的幅度近似呈高斯分布。越靠近中心溫度上升越高，越靠近邊緣溫度上升越低。這表明：神經(jīng)沖動(dòng)是光熱效應(yīng)的結(jié)果[18]。

許多研究結(jié)果都支持光熱效應(yīng)是中紅外激光觸發(fā)聽神經(jīng)沖動(dòng)的機(jī)制[4-7]。神經(jīng)組織吸收激光，導(dǎo)致目標(biāo)組織局部溫度短暫升高，對(duì)溫度敏感的瞬時(shí)電位感受器或者以熱量為媒介的離子通道會(huì)被激活，從而觸發(fā)神經(jīng)興奮。

1.5 激光參數(shù)的影響

（1）波長(zhǎng)的影響

目前，成功觸發(fā)聽神經(jīng)沖動(dòng)的激光波長(zhǎng)主要有：532nm[12]、880nm[13]、1.84～2.12 μm (包括1.844-1.873μm、1.923-1.937μm、2.12μm)[16,19]。

Richter實(shí)驗(yàn)室選取脈寬為5-300 μs，重復(fù)速率為2 Hz，刺激強(qiáng)度為0.05-50 mJ/cm2，波長(zhǎng)為1.844-1.873 μm和1.923-1.937 μm兩個(gè)波段的脈沖激光分別刺激沙鼠耳蝸的螺旋神經(jīng)節(jié)細(xì)胞[19]。結(jié)果發(fā)現(xiàn)：1）波長(zhǎng)越短，OCAP強(qiáng)度越大，觸發(fā)的神經(jīng)沖動(dòng)越多；2）1.844-1.873 μm(波長(zhǎng)相對(duì)較短)的脈沖激光觸發(fā)的OCAP幅度陡峭變化，而1.923-1.937 μm（波長(zhǎng)相對(duì)較長(zhǎng)）波段的脈沖激光觸發(fā)的OCAP幅度十分平穩(wěn)。其它學(xué)者也得出了類似的結(jié)論[5]。

究其原因，這是因?yàn)椋好}沖激光觸發(fā)的神經(jīng)沖動(dòng)強(qiáng)度與組織中水對(duì)激光的吸光性相關(guān)[20]，而不同波長(zhǎng)的激光具有不同的吸光性。對(duì)于1.844-1.873 μm波段，激光的波長(zhǎng)較短，水對(duì)該波段的激光具有較弱的吸光性，光波在組織中傳輸時(shí)能量損耗較少，能夠滲透到較深的神經(jīng)組織，有效地刺激神經(jīng)細(xì)胞，從而產(chǎn)生較強(qiáng)的神經(jīng)沖動(dòng)，觸發(fā)出幅度較大的OCAP。對(duì)于1.923-1.937 μm波段，激光的波長(zhǎng)相對(duì)較長(zhǎng)，水對(duì)該波段的激光具有較強(qiáng)的吸光性，光波在組織中傳輸時(shí)能量損耗較多，只能滲透到較淺的神經(jīng)組織，有效刺激的神經(jīng)細(xì)胞數(shù)量較少，從而產(chǎn)生較弱的神經(jīng)沖動(dòng)，觸發(fā)出幅度較小的OCAP。

（2）刺激速率的影響

研究發(fā)現(xiàn)：1）當(dāng)激光的刺激速率較小時(shí)，隨著刺激速率的增大，聽神經(jīng)元?jiǎng)幼麟娢坏陌l(fā)放率線性增大[21]；2）當(dāng)激光刺激速率大于100 Hz時(shí)，聽神經(jīng)元?jiǎng)幼麟娢坏陌l(fā)放率并不嚴(yán)格跟隨激光刺激速率[21]；3）當(dāng)激光刺激速率達(dá)到300 Hz時(shí)，聽神經(jīng)元?jiǎng)幼麟娢坏淖畲蟀l(fā)放率僅為220 Hz[22]-250Hz[14]，遠(yuǎn)小于單根聽神經(jīng)的最大沖動(dòng)發(fā)放率300～400 Hz[23]。4）當(dāng)刺激速率大于300 Hz時(shí)，動(dòng)作電位和脈沖激光之間的相關(guān)性急劇下降[21]。

Richter等認(rèn)為[14]：脈沖激光的最大刺激速率為200～400 Hz時(shí)，激光刺激不會(huì)對(duì)相應(yīng)的組織產(chǎn)生損害。

（3）刺激強(qiáng)度的影響

Richter和Lenarz實(shí)驗(yàn)室的研究發(fā)現(xiàn)：1）當(dāng)激光的刺激強(qiáng)度小于閾值時(shí)，無(wú)法觸發(fā)神經(jīng)沖動(dòng)；2）當(dāng)激光的刺激強(qiáng)度大于等于閾值時(shí)，隨著激光刺激強(qiáng)度的增加，觸發(fā)的聽神經(jīng)沖動(dòng)的強(qiáng)度增大。3）當(dāng)激光的刺激強(qiáng)度增大到一定值(飽和點(diǎn))后，聽神經(jīng)沖動(dòng)的強(qiáng)度不再增大或者反而減弱。此時(shí)，能量過(guò)強(qiáng)的激光會(huì)對(duì)神經(jīng)組織造成傷害。因此，脈沖激光的刺激強(qiáng)度應(yīng)介于閾值和飽和點(diǎn)之間，才能取得良好的刺激效果。

如果使用激光刺激耳蝸的螺旋神經(jīng)節(jié)細(xì)胞并測(cè)量OCAP，則所需的激光刺激強(qiáng)度較大，研究表明：最高的激光刺激強(qiáng)度建議為3 J/cm2[4]。

如果使用激光刺激骨螺旋板并測(cè)量OABR，則所需的刺激強(qiáng)度較小，研究表明：最高的激光刺激強(qiáng)度建議為13-15 μJ/pulse[12]。

值得注意的是，由于以上兩類實(shí)驗(yàn)分別來(lái)自Richter實(shí)驗(yàn)室和Lenarz實(shí)驗(yàn)室，刺激的耳蝸位置不同，并且OCAP實(shí)驗(yàn)采用微秒級(jí)激光器，OABR實(shí)驗(yàn)采用納秒級(jí)激光器，兩種激光器的激光強(qiáng)度單位不同。由于文獻(xiàn)中缺乏光斑面積等具體參數(shù)，因此無(wú)法將J/cm2和μJ/pulse這兩種單位進(jìn)行統(tǒng)一。

（4）刺激脈寬的影響

Richter實(shí)驗(yàn)室研究了脈沖紅外激光的刺激脈寬對(duì)豚鼠或沙鼠耳蝸聽神經(jīng)沖動(dòng)的觸發(fā)效果[24]。結(jié)果發(fā)現(xiàn)：(1)當(dāng)脈寬為5 μs、10 μs、30 μs時(shí)，觸發(fā)同等強(qiáng)度的神經(jīng)沖動(dòng)所需的光輻射量相似。(2)但是，當(dāng)脈寬大于30 μs時(shí)，隨著脈寬的增加，觸發(fā)同等強(qiáng)度的神經(jīng)沖動(dòng)所需的光輻射量不斷增加。這是因?yàn)椋寒?dāng)脈寬較大時(shí)，激光產(chǎn)生的熱量在組織內(nèi)大量擴(kuò)散，從而降低了目標(biāo)組織的有效溫度，要想達(dá)到足夠的溫度以觸發(fā)聽神經(jīng)，就需要增強(qiáng)激光的強(qiáng)度，組織受損的風(fēng)險(xiǎn)也越大。特別是刺激速率較大時(shí)，可能來(lái)不及散熱，組織受損的風(fēng)險(xiǎn)更高。Richter等人分析了耳蝸結(jié)構(gòu)和聽神經(jīng)刺激的特點(diǎn)，提出：脈沖激光的脈寬取1-100 μs比較合適[24]。

（5）光纖放置位置的影響

Izzo等[4]使用2.12 μm的激光刺激沙鼠的聽神經(jīng)元。研究發(fā)現(xiàn)：當(dāng)光纖逐漸遠(yuǎn)離耳蝸軸時(shí)，OCAP的幅度會(huì)下降。當(dāng)光纖到耳蝸軸的距離從0增大到300 μm時(shí)，OCAP的幅度將下降68%。研究認(rèn)為：當(dāng)光纖頭遠(yuǎn)離耳蝸軸時(shí)，光纖和螺旋神經(jīng)節(jié)細(xì)胞間的耳蝸液體量增加，液體對(duì)光的吸收增加，導(dǎo)致刺激螺旋神經(jīng)節(jié)細(xì)胞的光能減少，因此OCAP幅度下降。這一實(shí)驗(yàn)也證明了光熱效應(yīng)是激光觸發(fā)聽神經(jīng)沖動(dòng)的原因。Izzo使用波長(zhǎng)為1.94 μm的激光刺激沙鼠的聽神經(jīng)元，也得到了相同的結(jié)論[24]。

1.6 致聾時(shí)長(zhǎng)的影響

Richter等探討了急性致聾和慢性致聾對(duì)OCAP的影響[6]，急性致聾是指致聾后馬上進(jìn)行激光刺激，慢性致聾是指致聾四周后再進(jìn)行激光刺激。研究發(fā)現(xiàn)：急性致聾前后的OCAP基本沒有差異。但是，慢性致聾后的OCAP閾值顯著比致聾前高。這種變化與殘存的螺旋神經(jīng)節(jié)細(xì)胞數(shù)量有關(guān)。對(duì)于急性致聾，螺旋神經(jīng)節(jié)細(xì)胞的密度在致聾前后并沒有改變，因此急性致聾前后的OCAP沒有顯著差異。相反，慢性致聾后的螺旋神經(jīng)節(jié)細(xì)胞的密度顯著降低，導(dǎo)致慢性致聾后的OCAP閾值顯著增大。

2 結(jié)論

本文從多個(gè)方面綜述了近年來(lái)國(guó)內(nèi)外對(duì)脈沖紅外激光刺激聽覺系統(tǒng)的研究，主要包括：脈沖紅外激光觸發(fā)聽神經(jīng)沖動(dòng)的可行性、空間選擇性、安全性、生物機(jī)制、激光刺激參數(shù)和致聾時(shí)長(zhǎng)對(duì)刺激效果的影響。研究發(fā)現(xiàn)：

（1）脈沖紅外激光觸發(fā)聽神經(jīng)沖動(dòng)可行、空間選擇性高、安全穩(wěn)定。

（2）從目前的實(shí)驗(yàn)結(jié)果來(lái)看，脈沖紅外激光觸發(fā)聽神經(jīng)沖動(dòng)的生物機(jī)制是光熱效應(yīng)。

(3) 激光的波長(zhǎng)、刺激速率、刺激強(qiáng)度、刺激脈寬、光纖放置位置都對(duì)觸發(fā)效果具有影響，但目前還沒有優(yōu)化后的刺激參數(shù)。

（4）急性致聾對(duì)激光觸發(fā)聽神經(jīng)沖動(dòng)幾乎沒有影響，但慢性致聾后的OCAP閾值顯著增大。

3 展望

脈沖紅外激光刺激在聽覺系統(tǒng)的應(yīng)用主要是光學(xué)耳蝸的研發(fā)。未來(lái)待解決的問(wèn)題主要包括：

（1）目前，脈沖紅外激光刺激聽覺系統(tǒng)的研究主要集中在動(dòng)物(如沙鼠、豚鼠、貓)實(shí)驗(yàn)中，只有一例實(shí)驗(yàn)是在腫瘤病人身體上進(jìn)行。因此，為了在人體上實(shí)現(xiàn)光學(xué)耳蝸，還需驗(yàn)證激光刺激在人體上的安全性。

（2）目前采用的脈沖紅外激光波長(zhǎng)范圍較窄，主要為532 nm、808 nm、1.84-2.12 μm，還需要驗(yàn)證其它波長(zhǎng)的脈沖激光觸發(fā)聽神經(jīng)沖動(dòng)的可行性和生理機(jī)制。

（3）刺激參數(shù)（如刺激位置、刺激速率、激光波長(zhǎng)、刺激強(qiáng)度、刺激脈寬、刺激時(shí)長(zhǎng)等）還需進(jìn)行最優(yōu)化設(shè)置；只有在動(dòng)物實(shí)驗(yàn)中確定最優(yōu)參數(shù)，才有可能用于人體。

（4）目前的動(dòng)物實(shí)驗(yàn)僅局限于單通道光纖實(shí)驗(yàn)。為了實(shí)現(xiàn)光學(xué)耳蝸，未來(lái)的研究還需要探討多通道激光觸發(fā)聽神經(jīng)沖動(dòng)的效果。

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Review of pulsed infrared laser stimulating auditory nerves

WANG Jian1,WU Mocun2,GUAN Tian2,PENG Bao1
（1 School of Electronics and Communication,Shenzhen Institute of Information Technology,Shenzhen 518172,P.R.China;2 Research Center of Biomedical Engineering,Graduate School at Shenzhen,Tsinghua University,Shenzhen 518055,P.R.China）

Compared to electrical stimulation,infrared laser stimulation technique has significant advantages.This paper reviewed relative research focusing on pulsed infrared laser stimulation of the auditory system in recent years.The main contents include:feasibility of laser triggering auditory impulse,spatial selectivity,security,physiological mechanisms,the effect of stimulation parameters,and the effect of time duration of deafness.Finally,this paper prospected the application of infrared laser stimulation technology on optical cochlear,proposing potential research directions in the future.

optical cochlear;infrared laser;impulse of auditory nerve

R318.18

A

1672-6332（2015）01-0026-06

【責(zé)任編緝：高潮】

2015-03-09

國(guó)家自然科學(xué)基金青年基金(81401539)；國(guó)家自然科學(xué)基金(31271056)；深圳市人體聽覺與平衡功能醫(yī)療技術(shù)工程實(shí)驗(yàn)室、深圳市戰(zhàn)略新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展專項(xiàng)資金(JCYJ20130401100512995)

王健（1985-），女（漢），四川德陽(yáng)人，講師，博士。主要研究方向：聽覺音高感知、語(yǔ)音信號(hào)處理。E-mail:wangj01@sziit.com.cn