山西
感音神經性聽力損失與耳蝸或聽覺神經損傷密切相關，全球約3%人口受到影響。由于受損聽覺神經難以通過藥物、基因治療或干細胞手段有效修復，現有生物學恢復方案仍然有限。
人工耳蝸是目前緩解此類問題的主要手段，但高度依賴殘余健康聽覺神經，對嚴重耳蝸畸形、聽覺神經發育不足或錯過最佳干預窗口的人群并不適用。
同時，傳統人工耳蝸多采用時間驅動計算和有限電極通道，頻率分辨率、復雜聲環境適應性和類神經處理能力仍有明顯不足。
因此，理想的人工聽覺系統需要不只是“采集聲音”，還要能像神經系統一樣完成事件驅動的信息編碼、突觸可塑性調控、噪聲環境下的選擇性注意，并進一步與活體神經接口耦合，從而繞過受損聽覺通路并重建功能性聽覺環路。
近日，南開大學的徐文濤在Nature Materials發表了題為"An artificial neuromorphic interface for auditory restoration"的研究論文。
核心亮點
1. 構建完整人工聽覺神經環路，覆蓋聲信號采集、換能、神經形態處理和生物電編碼。
2. 自供能多孔聽覺傳感器實現20 Hz–20 kHz全人耳可聽頻段響應，并能分辨三頻混合聲。
3. 石墨烯量子點修飾WO?納米線突觸器件通過H?可逆插入/脫出實現動態學習和寬范圍聲音序列處理。
4. 星形可重構神經形態電路實現類似生物側抑制的選擇性注意，并在噪聲下保持高識別準確率。
5. 人工聽覺神經環路與兔外周神經耦合后，可將人類語音轉化為運動響應，展示聽覺恢復與生物機器交互潛力。
全文速覽
感音神經性聽力損失影響全球約3%人口，但目前缺乏可行解決方案。該研究提出一種能夠與哺乳動物傳入神經雜交耦合、重建聽覺通路的神經形態接口。自供能聲學器件作為聽覺感受器，星形可重構人工神經電路通過側抑制邏輯實現注意力集中。
借助WO?納米線中的動態可逆質子插入與脫出，突觸單元可提供動態信息處理和寬范圍連續聲音處理能力。研究還利用8 × 8突觸晶體管陣列實現三維聲源定位，通過矩陣-向量乘法和突觸電流分析完成空間映射與區分。
該人工聽覺神經電路能夠精確區分同音詞，形成閉環神經電路，并幫助聽力受損兔恢復聽覺功能，使其可根據人類語音完成打字、踢球等動作。該工作為神經修復、替代和生物控制系統提供了新思路。
圖文解讀
圖1 | 人工聽覺神經環路模仿生物聽覺路徑，將聲音感知、神經形態處理和生物運動反饋連接為閉環系統。
圖1展示了從天然聽覺系統到人工聽覺神經的設計邏輯。聲振動首先由自供能聽覺受體轉化為電信號，再進入WO?納米線突觸網絡和語言處理模塊，產生類似神經沖動的輸出；當該系統與外周神經接口連接后，可進一步調節哺乳動物運動行為。
圖2 | 自供能多孔聽覺傳感器實現全可聽頻段聲電轉換，并能識別三頻混合聲音信號。
圖2驗證SPAS器件在20 Hz–20 kHz范圍內的聲學響應能力。時域和頻域結果表明，器件可穩定輸出低頻信號、提升中頻分辨率，并在高頻段保持強輸出；
三頻混合測試中，400 Hz、2,000 Hz和4,000 Hz信號被清晰分辨，說明FEP薄膜形變差異帶來可靠頻率選擇性。
圖3 | 石墨烯量子點修飾WO?納米線突觸器件兼具結構可控性、循環穩定性和質子插入驅動的可塑性調控。
圖3圍繞GWAS突觸器件的結構與性能展開。WO?納米線直徑約400 nm，具有多晶結構和豐富晶界，有利于載流子俘獲釋放與離子傳輸；
器件在約1.48 × 10?次脈沖內保持穩定電導窗口，并在1,200次刺激下表現出超過500 μA的EPSC，XPS和ToF-SIMS進一步證明H?逐步進入WO?通道并改變W、O化學環境。
圖4 | WO?/H?WO?可逆相變賦予突觸器件類神經動態，可支持頻率、脈沖和語義相關聲學處理。
圖4說明質子化前后WO?晶格由單斜相向導電H?WO?相轉變，并展示器件模擬神經功能的能力。不同納米線數量對應不同離子通道密度，可產生頻率依賴可塑性、雙脈沖易化和電壓依賴可塑性；
結合SPAS后，器件還能利用歷史依賴性區分同音短語“xing xing”在“star”和“ape”語境中的差異。
圖5 | 生物雜化聽覺-運動接口將語音命令轉化為兔外周神經刺激，實現可控肢體運動響應。
圖5展示人工聽覺神經與兔活體組織耦合的驗證。語言處理模塊把語音命令轉化為突觸電流和偽運動神經動作電位，再經植入式接收器刺激坐骨神經；
生物相容性測試顯示細胞活率超過90%，運動和EMG結果表明“slow”“moderate”“fast”等語音可誘導不同頻率和幅度的腿部運動，并進一步支持打字和踢球演示。
總結
該研究展示了一種可與哺乳動物傳入神經整合的人工聽覺神經，用于形成雜化神經環路并重建聽覺。該生物控制型人工聽覺神經覆蓋完整人耳可聽頻段，并在噪聲環境中成功表現出聲音辨別能力。
重建的聽覺環路能夠幫助動物模型響應人類語音命令，并成功調節動物模型的運動。該工作為通過神經形態電子替代繞過受損聽覺通路、從感音神經性聽力損失中恢復聽覺，以及建立面向跨物種交流的生物邏輯兼容接口開辟了新的可能性。
An artificial neuromorphic interface for auditory restoration,Nature Materials,2026,DOI:10.1038/s41563-026-02656-w
（來源：網絡 版權屬原作者 謹致謝意）
特別聲明：以上內容(如有圖片或視頻亦包括在內)為自媒體平臺“網易號”用戶上傳并發布，本平臺僅提供信息存儲服務。
Notice: The content above (including the pictures and videos if any) is uploaded and posted by a user of NetEase Hao, which is a social media platform and only provides information storage services.
