新型植入式麥克風 有望改善聽障者生活

聽力受損的人，通常會藉助聽器、人工電子耳等重獲部分聽力。不過，人工電子耳並非全部植入耳朵內，仍需要依賴外部硬體，限制使用者的生活體驗，如影響游泳、睡眠等。美國科學家正在開發一款新型植入式麥克風，有望解決這些限制。

人工電子耳是微型電子設備，可以繞過耳朵受損部分（如絨毛細胞）直接刺激聽覺神經，為耳聾或聽力受損的人提供聲音感知。據美國國家衛生研究院稱，目前已經幫助全球超過100萬人改善聽力。

人工電子耳 影響游泳、睡眠

這種人工電子耳，並非完全植入耳朵內，仍需要外部硬體獲得音感，意味著使用者無法利用外耳結構，進行噪音過濾和聲音定位。配戴人工電子耳也限制了部分戶外運動，特別是游泳，甚至還會影響睡眠。

目前已有的完全植入式輔助工具，大多是透過感知皮膚下的聲音，或來自中耳骨（聽小骨）的運動去感知外界的聲音，但這可能很難捕捉柔和的聲音和寬頻。人們一直希望能有完全植入式人工電子耳，或完全植入式麥克風，讓這些設備能夠解決先前的缺點，還能為聽力受損的人帶來更好的聽覺體驗。

麻省理工學院和麻州眼耳醫院（Massachusetts Eye and Ear）、哈佛醫學院及哥倫比亞大學組成的研究團隊，共同研發了一種完全植入式麥克風，有望解決上述提到的缺點。這項研究已發表在《微機械與微工程期刊》（Journal of Micromechanics and Microengineering）。

傘蓋麥克風 比人類頭髮厚2倍

他們將這款完全植入式麥克風原型命名「傘蓋麥克風」（UmboMic），外型與馬斯克火箭相似，頂部為長度3公釐的正三角形，而裡面有一個雙壓電晶片。UmboMic是印刷在彈性印刷電路板（PCB）上，外面用防水兼生物相容性壓電材料聚偏二氟乙烯（PVDF）製作而成，整體厚度約200微米（人類頭髮厚度2倍）。

在此之前，麻省理工學院和麻州眼耳醫院已經做了十多年的大量研究，這項發明的性能與商用外部助聽器相似。

醫生在患者耳朵裡放置助聽器示意圖。（Shutterstock）

人類耳朵的生理構造大致分為外耳、中耳、內耳三個部分。外耳包括耳廓、耳垂和外耳道。中耳位於耳腔內，主要由耳鼓膜連結三塊聽小骨組成，並通過這些來識別震動和聲波。內耳主要由耳蝸、半規管、聽神經、前庭組成，主要掌管平衡和聽覺神經，它們將神經感應到的訊號傳至大腦，讓人產生聽覺。

之所以用「傘蓋」命名這款麥克風，是因為研究團隊把目標定在中耳的「耳鼓膜傘蓋」（umbo）上，它位於耳鼓膜凹陷處的中心點，擁有單向振動（向內和向外）能力，讓人們的耳朵更容易感知這些簡單的運動。

努力讓麥克風 留在耳內10年

不過，在實驗中他們發現，耳鼓膜傘蓋的運動幅度很小，大約只有幾奈米，使得該儀器得到訊號太小無法正常運作。於是他們特地開發了一款低雜訊放大器以增強訊號，同時最大限度的減少電子設備雜訊。

經過改良後，他們再次對機器進行測試。結果顯示，「傘蓋麥克風」擁有良好的響應，可以在100赫茲（Hz）~7千赫茲的頻率範圍內，實現強度約32.3分貝的有效輸出，能明確區分非常安靜的聲音與整體噪音。

這項實驗成果讓研究團隊為之振奮。他們準備下一步對活體動物進行測驗，以確定其反應和存在的問題。另外，他們正在探討「傘蓋麥克風」的封裝方法，使其能夠在耳內保留10年左右。

論文的共同主要作者、麻省理工學院電機工程與電腦科學（EECS）研究生瓦茲內克（Emma Wawrzynek）表示，「我們的目標是讓外科醫生在植入耳蝸和內化處理器時，同時植入該設備，以達到優化整個手術的目的。」◇