浙江
人耳能夠聽見世界，并不僅僅依靠耳朵，更依賴一條將聲音信息傳遞給大腦的「高速公路」—— 聽覺神經。當這條「高速公路」受損甚至缺失后，能否像修復電路一樣，為大腦重新接上一條「人造神經」？長期以來，這被認為是聽覺修復領域最具挑戰性的課題之一。
近日，南開大學電子信息與光學工程學院徐文濤教授團隊成功研制出全球首款仿生聽覺神經接口，為傳統人工耳蝸之外的聽覺重建提供了全新的電子替代、修復技術新路徑。
南開團隊構建起能夠與哺乳動物神經系統深度融合的人造聽覺神經形態接口，實現了集聲音信號采集、神經形態編碼、自然語義處理、生物電信號輸出于一體的完整人造聽覺神經環路。相關成果以「An artificial neuromorphic interface for auditory restoration」為題發表于國際頂級學術期刊《自然 · 材料》（Nature Materials）。徐文濤教授為論文獨立通訊作者，南開大學博士研究生劉甲奇為第一作者，于千博、趙豐為共同第一作者。
文章首頁截圖
數據顯示，全球近 3% 的人口受到感音神經性耳聾困擾。傳統人工耳蝸能夠完成聲音采集和電信號轉換，卻仍需要依賴患者自身保留的聽覺神經完成「最后一公里」的信息傳輸。一旦聽覺神經缺失或功能嚴重受損，再先進的人工耳蝸也難以發揮作用。如何突破天然神經缺失這一瓶頸，構建能夠直接替代生物聽覺神經的信息傳輸系統，是國際神經修復領域長期攻關的重要方向。
「目前人工耳蝸解決的是『聽見』的問題，而且受限于固定時鐘驅動方式和有限電極數量，其在聲音時間分辨率、復雜環境下語音識別等方面，與天然聽覺系統還有明顯差距。」徐文濤介紹，「而我們的目標，不只是讓人造聽覺系統能夠『聽見』，更重要的是讓它真正學會『聽懂』，像天然聽覺神經一樣，對聲音進行篩選、識別和處理，再把有價值的信息傳遞給大腦。」
人造聽覺神經形態接口示意圖
圍繞這一目標，研究團隊首次構建起完整的仿生神經形態聽覺修復界面。系統將聲信號采集、神經形態編碼、自然語義處理、生物電信號輸出等多個功能模塊集成到同一平臺。系統首先模擬耳蝸感知聲音，再借鑒大腦神經網絡對聲音進行篩選和分析，最后將處理后的信息轉換為生物神經能夠識別的電脈沖，與活體神經建立穩定連接，實現了聲音感知、信息處理和神經傳遞的完整閉環。
簡單來說，這套系統不只是聲音「聽見」聲音，更能夠像天然聽覺神經一樣，對聲音進行篩選、分析和編碼，讓「人造聽覺神經」從「聽見」到「聽懂」，標志著聽覺修復由「恢復感知」向「重建功能」邁出了關鍵一步。
在動物實驗中，植入團隊研發的仿生聽覺神經接口后，失聰兔不僅重新建立了聲音感知能力，還能夠識別不同語音指令，并完成「打字」「踢球」等對應行為任務，實現了從「聽見聲音」到「理解語義」，再到「完成動作」的完整人造聽覺神經信息處理鏈路。這意味著，團隊研發的人工系統已不再只是簡單傳遞聲音，而具備了類似天然聽覺神經的信息處理能力。
這一成果是徐文濤教授自 2018 年在《科學》（Science）發表世界首條柔性人造觸覺傳入神經成果后，歷經 8 年在人造神經領域取得的又一原創性突破成果，標志著南開大學在仿生神經電子與神經修復領域持續領跑國際前沿。自 2017 年回國以來，徐文濤帶領團隊持續深耕人造神經研究，構建起一支平均年齡不足 30 歲的 40 余人青年科研團隊，逐步打通材料研發、器件制備、系統集成、生物驗證等全創新鏈條，構建起覆蓋視覺、聽覺、觸覺、嗅覺、味覺等多模態人造神經技術體系，擁有完整自主知識產權和核心專利，實現了從參與國際合作到自主原創突破的跨越。
「下一步，團隊將繼續圍繞神經修復與仿生智能開展研究，加快推動核心技術向臨床應用和產業化轉化，力爭在神經假體、智能醫療、腦機接口、具身智能等領域取得更多原創成果，為高水平科技自立自強、服務人民生命健康貢獻南開力量。」徐文濤說。
https://doi.org/10.1038/s41563-026-02656-w
來源：南開大學融媒體中心
文章來源：勇攀科研高峰的南開大學
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