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《人工耳蜗调试理论与实践》读书笔记目录一、内容概述 (2)1.1 书籍简介 (2)1.2 研究背景与意义 (3)二、人工耳蜗基础知识 (4)2.1 人工耳蜗的结构与工作原理 (6)2.2 人工耳蜗的发展历程 (7)2.3 人工耳蜗的应用领域 (8)三、人工耳蜗调试理论 (9)3.1 调试目标与要求 (10)3.2 调试方法与步骤 (11)3.3 调试过程中的注意事项 (13)3.4 调试效果评估 (14)四、人工耳蜗调试实践 (15)4.1 调试前的准备 (17)4.2 实际操作过程 (18)4.3 调试中的问题与解决方案 (19)4.4 调试后的跟踪与评估 (20)五、人工耳蜗调试案例分析 (22)5.1 典型案例介绍 (23)5.2 案例分析与讨论 (24)5.3 经验教训与总结 (25)六、未来发展趋势与展望 (26)七、结语 (27)7.1 读书体会与收获 (27)7.2 对人工耳蜗产业的建议与展望 (29)一、内容概述《人工耳蜗调试理论与实践》是一本关于人工耳蜗技术的专业书籍，旨在为临床医生、工程师和研究人员提供关于人工耳蜗调试的理论和实践知识。
本书从人工耳蜗的基本原理出发，详细介绍了调试过程中的各种技术和方法，包括硬件调试、软件调试、声学参数优化等。
本书还对调试过程中可能出现的问题和解决方案进行了详细的分析和讨论。
通过阅读本书，读者可以全面了解人工耳蜗的调试过程，掌握各种调试技术和方法，提高人工耳蜗的调试水平，为临床应用提供有力支持。
1.1 书籍简介《人工耳蜗调试理论与实践》是一本专注于人工耳蜗调试领域的专业书籍。
该书全面介绍了人工耳蜗的基本概念、发展历程、技术原理及其在听力康复领域的应用。
本书旨在为从事人工耳蜗调试工作的专业人员提供理论知识和实践指导，同时也为对人工耳蜗技术感兴趣的读者提供一个深入了解的机会。
本书首先概述了人工耳蜗的基本概念，包括人工耳蜗的定义、功能及其在听力康复领域的重要性。
耳蜗生理学了解听觉的传导和处理过程耳蜗生理学：了解听觉的传导和处理过程在日常生活中，我们通过听觉感知到世界的声音和音乐，这离不开耳蜗的作用。
耳蜗是人耳的重要组成部分，它负责将声音信号传导到大脑进行处理。
了解耳蜗的生理学原理，有助于我们深入理解听觉的传导和处理过程。
一、耳蜗的结构和功能耳蜗是人耳内部的一个螺旋状结构，它包含有上千个微小的听觉感受器官，即内耳蜗毛细胞。
这些毛细胞负责将声音信号转化为电信号，以便进一步传递和处理。
耳蜗有三个主要的区域：上、中、下耳蜗，它们各自负责不同频率范围的声音。
二、听觉信号传导过程当声音进入耳朵时，通过外耳和中耳的传导作用，声波逐渐增强并到达内耳。
内耳中的耳蜗将声音信号转化为电信号。
具体来说，声波使得耳蜗内液体中的小骨头震动，进而刺激内耳的毛细胞。
这些毛细胞通过震动，产生电信号并沿着听神经传递给大脑。
三、声音频率的处理耳蜗内的不同区域对应不同频率的声音。
上耳蜗主要负责高频信号的处理，而下耳蜗则负责低频信号的处理。
当声音逐渐通过耳蜗传递时，不同频率的信号会在相应的区域得到加强和突出。
这种频率特征的加强有助于我们分辨不同音调和音乐。
四、声音幅度的处理除了频率，声音的幅度（音量）也对我们的听觉感知起重要作用。
内耳的耳蜗能够根据声音的幅度大小产生相应的电信号。
这样，我们就能够分辨不同响度的声音，并以此感知声音的强度和弱度。
五、双耳听觉的处理除了通过单侧耳蜗传递的信号，我们的大脑还能够利用双耳听觉信息进行处理。
通过同时接收到来自两只耳朵的声音信号，我们可以判断声源的方向和位置，并产生立体声的感觉。
这种双耳听觉处理的机制是人类在空间感知和定位上的重要依据之一。
六、耳蜗研究的意义对耳蜗的生理学研究不仅可以帮助我们深入了解听觉的传导和处理过程，还有助于解决听觉障碍和开发听觉辅助技术。
例如，通过对耳蜗植入的研究，科学家们发展出人工耳蜗技术，帮助聋人恢复听力功能。
总结：耳蜗生理学涉及听觉信号的传导和处理过程。
压电型人工耳蜗若干基础问题的研究的开题报告【导言】人工耳蜗是一种适用于聋病人的人工植入物，它能够将声音信号转化为电信号，并直接通过电流传输到神经元，从而恢复聋病人的听力功能。
传统的人工耳蜗采用了电磁型激发方法，但在高频段的声音信号转化效率较低。
因此，为了进一步提高人工耳蜗的适用范围和效率，压电型人工耳蜗被提出，该类型的人工耳蜗主要依靠压电效应产生激励信号，具有高效、低功耗等优势。
本文将围绕压电型人工耳蜗的若干基础问题展开研究。
【问题陈述】压电型人工耳蜗设计中需要解决的基础问题主要包括以下几个方面：1. 压电材料的性质和选择：压电型人工耳蜗的核心部件是压电陶瓷，因此需深入研究不同种类压电材料的压电性质、力学性质和其他相关特性，以选取合适的压电材料。
2. 压电元器件的结构和设计：根据对压电材料性质的研究，设计相应的压电元器件，包括压电陶瓷片、电极板、压电机械构造等。
3. 压电型人工耳蜗的传感特性：研究不同材料的压电性能、信号传输特性等，分析其对声波信号的响应以及制约传感效果的因素，评估不同结构参数对传感特性的影响。
4. 压电型人工耳蜗的能量转化效率：压电型人工耳蜗的效率是评估其实际应用价值的重要指标，需要研究不同压电材料和电极组合对能量转化效率的影响，以及对传输效率的缺陷和瓶颈进行识别和改进。
5. 压电型人工耳蜗的实验验证：选择适合实际应用的指标对压电型人工耳蜗进行测试验证，评估不同结构材料对声音信号的转换效率及原理、功耗等方面的实际表现。
【研究方法】本研究拟采用实验研究和理论分析相结合的方法，具体步骤如下：1. 研究不同种类的压电陶瓷材料的物理特性、力学性质及压电性能。
2. 根据研究结果设计并制作实验样品进行实验测试。
将不同材料的压电陶瓷片组装成压电机械模型，通过不同结构的电极对样品进行电压、电荷等多个方面的测试，获取样品的压电传感性能并对比分析，探究不同材料的压电传感特性。
3. 基于研究结果，力学建模，定量分析压电型人工耳蜗的响应特性、转换效率和能量耗损情况。
·临床研究·EABR辅助31例Mondini畸形人工耳蜗植入及术后效果分析王斌曹克利魏朝刚王轶李欢北京协和医院耳鼻喉科（北京100730）【摘要】目的探讨电刺激听觉脑干诱发电位(electrical evoked auditory brainstem responses,EABR)辅助Mondini畸形患者人工耳蜗植入手术的方法及术后效果分析。
方法我院自2001年开始为Mondini畸形患者植入人工耳蜗，收集2012年至2015年在我院行人工耳蜗手术的Mondini畸形患者31例，回顾性分析Mondini畸形患者术前听力学特征，术前EABR特点，术中手术特点、术后NRT测试结果及开机调试结果，随访术后听觉言语康复能力CAP (categories of auditory performance)和SIR(speech intelligibility rating)评分。
另选择相似耳聋年龄的耳蜗结构正常耳蜗植入患者20例作为正常对照组，测试结果进行对比分析。
结果31例Mondini畸形患者术前听力均为极重度感音神经性聋，其中14例无残余听力，对照组7例无残余听力，术前行EABR测试，引出率100%，有反应者植入不同类型电极的人工耳蜗；术中电极全部植入耳蜗内，其中4例出现脑脊液井喷，颞肌封堵，术后无面瘫、脑脊液漏、脑膜炎等手术并发症；所有Mondini畸形患者术后均获得听觉，开机测试神经反射遥测(neural response telemetry, NRT)，引出率41.94%低于对照组95%；开机6月平均T值Mondini组171.37±13.14CL；对照组145.34±17.43CL；动态范围Mondini组33.24±10.73CL，对照组43.55±15.36CL，经统计学分析P<0.05，有显著差异；随访6月~4年，Mondini组CAP平均得分6.13±1.15，SIR平均得分3.05±0.62；对照组CAP平均得分7.12±0.80，SIR平均得分4.03±0.91，经两样本比较t检验，P<0.05有显著性差异。
《3～6岁儿童人工耳蜗植入后听觉言语能力发育规律探讨》篇一一、引言随着医学技术的进步，人工耳蜗植入已成为治疗儿童先天性或后天性听力障碍的有效手段。
对于3～6岁这一关键年龄段的儿童，人工耳蜗植入后的听觉言语能力发育规律，对于其语言习得、认知能力及社会交往能力的发展具有重要影响。
本文旨在探讨此年龄段儿童人工耳蜗植入后的听觉言语能力发育规律，以期为临床治疗和康复训练提供参考。
二、研究背景人工耳蜗植入技术自问世以来，已帮助众多听力障碍儿童恢复了听力。
在3～6岁这一年龄段，儿童正处于语言习得的关键期，人工耳蜗的植入对其听觉言语能力的发育具有至关重要的作用。
此阶段的儿童在听觉感知、语言习得、认知发展及社会交往等方面均表现出明显的发育特点。
三、研究方法本研究采用文献回顾、临床观察及实验研究相结合的方法，对3～6岁儿童人工耳蜗植入后的听觉言语能力发育规律进行探讨。
通过对国内外相关文献的回顾，了解人工耳蜗植入技术的发展及研究现状；通过临床观察，记录儿童在人工耳蜗植入前后的听力及言语发展情况；通过实验研究，分析儿童在人工耳蜗植入后的听觉感知、语言习得及认知发展等方面的变化。
四、研究结果（一）听觉感知发育规律3～6岁儿童在人工耳蜗植入后，其听觉感知能力得到显著提高。
随着听力的改善，儿童对声音的识别、定位及分辨能力逐渐增强。
在经过一段时间的康复训练后，大部分儿童能够适应新的听觉环境，提高对声音的敏感度。
（二）语言习得发育规律人工耳蜗植入后，儿童的语言习得能力得到显著提高。
在家长的引导和康复训练师的帮助下，儿童能够更快地掌握新的词汇和语法结构，提高语言表达能力和理解能力。
同时，通过与他人的交流，儿童的社交能力也得到提高。
（三）认知发展规律人工耳蜗植入对儿童的认知发展具有积极的影响。
听力的改善有助于儿童更好地理解外界信息，提高注意力、记忆力和思维能力。
在康复训练中，儿童通过听、说、读等多种方式接触新知识，促进其认知能力的全面发展。
人工耳蜗调研报告人工耳蜗调研报告一、调研目的和背景随着科技的不断发展，人工耳蜗（Cochlear Implant）作为一种重要的听觉辅助技术，被广泛应用于失聪人士的康复过程中。
本次调研旨在了解人工耳蜗在康复过程中的疗效、应用范围以及存在的问题和挑战，为相关领域的研究和实践提供参考。
二、调研方法和过程本次调研采用了文献调研和访谈两种方法相结合的方式进行。
首先，我们搜集了大量的相关文献，包括学术论文、专家观点和实际案例，以了解人工耳蜗在康复过程中的应用和效果。
同时，我们还与多位人工耳蜗患者、医生和康复师进行了访谈，获取他们对人工耳蜗的使用体验和看法。
三、调研结果分析1. 人工耳蜗的疗效和应用范围通过调研可以得知，人工耳蜗对于大部分失聪人士来说，能够在一定程度上恢复他们的听力功能。
尤其对于儿童来说，早期接受人工耳蜗植入能够帮助他们在听觉、语言发展等方面获得更好的效果。
此外，人工耳蜗还可以应用于一些特殊病例，如耳蜗性耳聋、骨传导性听力障碍等。
2. 人工耳蜗存在的问题和挑战虽然人工耳蜗在康复过程中取得了一定的成效，但仍然存在一些问题和挑战。
首先，人工耳蜗植入手术风险较大，术后需要长时间的恢复和康复。
其次，人工耳蜗的费用较高，对于一些经济条件较差的患者来说可能无法承担。
此外，人工耳蜗在术后的康复过程中，还需要患者和康复师的积极参与和配合，才能取得最佳的疗效。
四、结论和建议根据调研结果，我们认为人工耳蜗作为一种重要的听觉辅助技术，对于失聪人士的康复具有重要的意义。
然而，在推广和应用过程中，仍然需要解决一些问题。
因此，我们提出以下建议：1. 加大科研力度，提高人工耳蜗植入手术的安全性和康复效果。
2. 减少人工耳蜗的费用，让更多的患者能够受益。
3. 加强康复师培训和患者宣教工作，提高人工耳蜗术后康复效果。
综上所述，人工耳蜗作为一种重要的听觉辅助技术，不仅在康复过程中能够提供听力功能，更能帮助失聪人士获得更好的生活质量。
内毛细胞带状突触结构及功能的研究进展陈丽平【摘要】在视网膜及内耳的带状突触通过紧张性释放神经递质传导不同强度的光和声音信息.突触上的囊泡通过快速同步化机制和缓慢但持久的模式释放神经递质.带状突触是一个大的电子致密体,并在突触前膜集结大量的囊泡,其主要结构蛋白是RIBEYE.该骨架结构提供了带状突触-相关蛋白的锚定位置.带状突触具有胞吐、包吞、突触膜融合等功能.现对带状突触结构和功能的最新研究进展予以综述.%Ribbon synapses in the retina and inner ear maintain tonic neurotransmitter release at high rates to transduce a broad bandwidth of light or sound intensities. In ribbon synapses , synaptic vesicles can be released by a slow , sustained mode and by fast ,synchronous mechanisms. Synaptic ribbons are large ,electrondense structures that immobilize numerous synaptic vesicles next to presynaptic release sites. A main component of synaptic ribbons is the protein RIBEYE that has the capability to build the scaffold of the synaptic ribbon via multiple RIBEYE-RIBEYE interactions. The scaffold of the synaptic rihbon provides a docking site for RIBEYE-associated proteins. Multiple functions have been assigned to synaptic ribbons including roles in exocytosis, endocytosis,and synaptic membrane trafficking. Here is to review the recent progress in structure and function of synaptic ribbons research.【期刊名称】《医学综述》【年(卷),期】2011(017)019【总页数】4页(P2899-2902)【关键词】内毛细胞;传入神经;带状突触【作者】陈丽平【作者单位】中国医科大学附属第一医院神经内科,沈阳,110001【正文语种】中文【中图分类】R74耳蜗能够编码不同频率和强度的声音信号，这一过程由内毛细胞及外毛细胞参与。
耳蜗电位的原理及应用1. 耳蜗电位的基本概念耳蜗电位是指内耳蜗部产生的静息电位，是一种特殊的生物电信号。
它是由耳蜗内外两侧的电位差形成的，也叫作内耳电位。
耳蜗电位对听力功能的评估和疾病的诊断具有重要意义。
2. 耳蜗电位的形成过程耳蜗电位的形成过程涉及到耳蜗内外间隙的离子浓度差异和细胞膜的电化学特性。
下面是耳蜗电位形成的基本步骤： - 耳蜗内可听细胞和外毛细胞负责收集声音信号并转化为生物电信号。
- 声波通过外耳道进入耳朵，导致耳蜗内外间的液体产生波动。
- 耳蜗内可听细胞和外毛细胞对波动液体的机械刺激产生细胞膜的离子通道开闭。
- 离子通道的开闭引起离子在细胞内外间的流动，形成电位差。
3. 耳蜗电位的应用领域3.1. 听力功能评估耳蜗电位可以用于评估人们的听力功能表现。
利用耳蜗电位能够精确地测量出人们对不同频率和音强的声音的感受度。
这对于听力损失的早期筛查和康复训练的效果评价非常有帮助。
3.2. 诊断和治疗耳蜗疾病耳蜗电位在耳蜗疾病的诊断和治疗中也起到了重要作用。
耳蜗电位可以用于诊断内耳传导性及感音性听力障碍、内耳损伤的程度以及毒物对内耳的影响等。
此外，耳蜗电位还可以被应用于手术中，辅助手术者在植入人工耳蜗等操作中定位和保护内耳结构。
3.3. 科学研究耳蜗电位的研究也广泛应用于基础研究领域。
科学家们通过研究耳蜗电位的形成和变化机制，从分子水平到系统水平揭示了内耳听觉信号的传导与处理机理，为进一步研究听觉生物学做出了重要贡献。
4. 耳蜗电位的前景展望随着生物医学工程的快速发展，耳蜗电位的应用前景越来越广阔。
目前，已经有一些新技术应用于耳蜗电位的研究中，如脑电图同步分析、人工智能算法的应用等。
这些技术的应用有助于更准确、更高效地评估听力功能和诊断耳蜗疾病。
5. 结论耳蜗电位作为一种特殊的生物电信号，在听力功能评估、耳蜗疾病诊断和科学研究中都具有重要价值。
它的广泛应用促进了听力医学领域的发展，同时也为患者提供了更好的医疗服务和康复训练。
人工耳蜗技术的创新及发展随着科技的迅速发展，人工耳蜗技术在听力康复领域中扮演着越来越重要的角色。
人工耳蜗是一种内置式助听器，它可以通过手术植入到患者的耳中，为听力受损的人提供较好的听觉恢复效果。
在人工耳蜗技术的创新和发展中，科学家们不断地尝试着新的方法，以提升人工耳蜗的性能和功能，使其更加符合临床需求。
人工耳蜗的诞生可以追溯到上世纪60年代，当时有学者将电子元件植入病人耳中进行测试，并取得了优异的效果。
然而，由于当时的技术水平有限，还没有足够的技术手段将人工耳蜗产品化。
直到20世纪80年代，人工耳蜗经过多年的技术研发，终于进入临床应用阶段。
随着人工耳蜗技术的不断发展，研究人员在其体积、性能和力学设计上取得了重大突破。
现代的人工耳蜗比以前更小巧、更舒适，可以更大程度地隐藏在患者的耳朵中，减少患者的心理压力和社交障碍。
同时，人工耳蜗的功能也在不断地扩展和优化。
除了传统的语音感知和声音恢复功能，现代人工耳蜗还可以实现对环境语音的识别和方向感知。
这样，即使在嘈杂的环境中，患者也可以通过人工耳蜗得到更清晰、更自然的语音体验。
除此之外，人工耳蜗技术在发展过程中也面临着一些问题。
其中最主要的挑战之一就是如何让人工耳蜗更加适应不同的听力需求和个体差异。
人工耳蜗治疗的对象往往是患有不同程度听力障碍的人群，他们的症状和需求都有很大的差异。
因此，科学家需要在人工耳蜗的功能和参数设置上进行差异化，实现听力恢复的个性化精准化。
另一个问题则是如何解决人工耳蜗的长期耐用性和稳定性。
植入式设备可能会受到人体自然反应的影响，比如耳朵周围的细菌感染、组织纤维化等问题。
这些问题不仅影响人工耳蜗的使用效果，也可能给患者带来一些不适和安全隐患。
为了更好地解决这些问题，科学家们提出了各种各样的设备优化措施，例如定制化植入设备、不同的植入方式等等。
这些措施不仅可以提高人工耳蜗的耐久性和安全性，也为听力康复领域提供了更多的技术选择。
总的来说，人工耳蜗技术的创新和发展涉及多个技术和学科领域，需要科学家们的协作和努力。
第36卷第6期力学与实践2014年12月耳蜗力学研究进展1)马富银吴九汇2)(西安交通大学机械工程学院,机械结构强度与振动国家重点实验室，西安710049)吴九汇，1970年出生，现为西安交通大学机械工程学院及机械结构强度与振动国家重点实验室教授，博士生导师.主持国家自然科学基金项目2项，参加国家973项目2项，国家自然科学基金重点项目1项，承担工程应用项目若干项.2006年荣获新加坡杰出工程成就奖，2009年度入选教育部新世纪优秀人才支持计划，获教育部科技成果二等奖1项.目前的研究方向为振动与噪声控制、光子晶体/声子晶体及纳米力学等.在国内外学术刊物上发表论文70余篇，SCI收录40余篇，EI收录50余篇，出版专著2部.摘要耳蜗力学是听觉科学和生理声学研究的核心话题，同时也是一个极具代表性的生物力学话题.深入总结和揭示耳蜗力学特性能够推动相关问题的深入研究和促进心理声学的发展与应用.该文分宏观力学和微观力学两部分进行综述，然后结合近几年的研究动态，总结耳蜗力学的发展趋势和应用前景.表明耳蜗作为一个杰出的频率选择和高灵敏度的声信号感应器官，可以对20∼20000Hz这样跨度达千倍的频率做出精确响应，且刺激信号可以放大4000倍以上.关键词耳蜗基底膜,行波理论,听觉主动反馈,耳蜗放大器,耳蜗力学中图分类号:O428，Q66文献标识码:A doi：10.6052/1000-0879-13-477PROGRESS IN MECHANICS OF THE COCHLEA1)MA Fuyin WU Jiuhui2)(School of Mechanical Engineering and State Key Laboratory for Strength and Vibration of Mechanical Structure,Xi’an Jiaotong University,Xi’an710049,China)Abstract The mechanics of cochlea is the core of hearing sciences and physiological acoustics,as well as a representative biomechanics topic.The study of cochlear mechanical properties could promote the related studies of psychoacoustics.This paper reviews the mechanics of the cochlea in two parts,the macro and micro mechanics,focusing on the development trend of the cochlear mechanics and application prospects.It is suggested that the cochlea is a part of the inner ear and its mechanical response provides us with many aspects of our amazing sensitive and selective hearing,with an accurate frequency response from20∼20000Hz and with the stimulus signal being able to be amplified more than4000times.Key words cochlea basilar membrane,traveling wave theory,hearing active feedback,cochlear amplifier, cochlear mechanics2013–11–11收到第1稿，2014-01-16收到修改稿.1)国家自然科学基金资助项目(51375362).2)E-mail：ejhwu@686力学与实践2014年第36卷从古希腊时代人们认为人耳是一系列可调节共振腔开始，到1878年Helmholtz提出基底膜的共振理论[1]，然后1960年B´e k´e sy提出了行波理论[2]，再到现在的听觉放大器理论[3]，耳蜗力学经历了一个漫长的发展历程.早期主要研究基底膜的力学行为、耳蜗的振动模式、行波和听觉模型的建立等宏观力学行为.后来由于线性听觉模型与通过实验获得的数据相差较大，于是一些研究者开始在听觉模型中考虑了非线性行为.非线性听觉模型很难通过宏观力学行为来解释，所以人们开始对微观力学行为、电--力耦合力学行为和神经系统调控下的听觉放大机理进行了深入的研究.从文献的出处看，耳蜗力学相关的文章主要集中发表在Journal of Acoustic Society of American和Hearing Research上.其他还有一些发表在Nature,Science,Nature Neuroscience, Physic Review Letters,Annual Review Neuroscience 等国际顶尖杂志上.2001年，Robles等[4]在著名的Physiological Reviews杂志上发表了题名“哺乳动物耳蜗力学”的综述文章，对耳蜗力学研究取得的成果进行了一次很好的总结.2008年，Ashmore也在Physiological Reviews上发表了一篇题名为《耳蜗外毛细胞蠕动》的综述文章[5]，一方面对2008年以前耳蜗力学的发展做了总结，另一方面，从电生理学和神经科学的角度，对耳蜗的微观力学行为和其他耦合力学行为进行了深入的总结和归纳.除了Robles等的文献外，大量的文献都是对更小范围的问题进行了综述.耳蜗力学的发展经历了一个从位置学说到行波学说，再到耳蜗放大器学说的发展过程.起初的研究中，认为耳蜗是被动的共振器，最著名的就是Helmholtz的共振理论，该理论认为，基底膜的横向纤维像张力琴弦一样做出响应，蜗底处的短弦对应高频响应，蜗顶处的长弦对应低频响应[6].1960年，B´e k´e sy[2]在对新鲜尸体、动物耳蜗进行实验观察时，发现了耳蜗内沿基底膜底部向顶部传播的行波，最大振幅位置是确定的，与Helmholtz位置学说一致，B´e k´e sy因此获得了1961年的诺贝尔奖.位置学说和行波理论能较好地描述基底膜的特征频率与频率分析功能，但是主要是以被动的频率分析器来考虑，所以对后来心理声学中发现的掩蔽效应、临界带和等响度曲线[7]，以及蜗顶部对音调的非线性延迟响应[4]，纤毛与盖膜相互作用的压电转换行为[8]、耳声发射现象[9]等都难以解释.所以到后来，发展了流固耦合[10-12]、电--力耦合[13-14]等复杂的非线性耳蜗力学模型，并不断出现了主动反馈的耳蜗非线性听觉模型[15-18].由于耳蜗真实的频率分辨率比行波理论和位置学说中基底膜的力学响应分辨率要高很多，所以一些学者认为神经系统起到“第2滤波器”的作用[19-20].直至20世纪80年代，人们才对耳蜗力学有了一个更清晰的认识，认为耳声发射等伴随神经行为的主动反馈是耳蜗微观力学和电化学伴随神经交互作用的过程，是这个过程进一步完成了耳蜗的精确频率分析，而不是神经系统的“第2滤波器”的作用[21-23].2006年，Dallos等[24]发现Prestin马达蛋白能使外毛细胞产生自主放电，很好地支持了早在1948年Gold[25]提出的“耳蜗放大器”理论，认为这一发现是耳蜗放大器能量来源的依据.2007年，Ren等[26]提出“耳蜗转换器”的概念，比“耳蜗放大器”更能准确地描述耳蜗的功能.宏观力学方面，主要介绍耳蜗基底膜的被动力学行为、耳蜗的纵向振动模式与行波理论、耳蜗的微观力学行为、听觉模型等内容；微观力学方面，关于耳蜗的神经生理和听觉中枢的更为详细的工作机理，由于涉及一些电化学活动，可以参考相关文献[5]，这里不作重点介绍.这里主要介绍耳蜗的微观力学行为、听觉模型、耳蜗的电--力耦合力学行为及耳蜗放大器(也包括耳蜗转换器)等几个方面的内容.文章以重要规律的发现、观点的争议、典型模型的建立和各模型对应的工作机理的介绍为主要论述形式，并适当对潜在的应用领域进行联系.潜在的应用领域包括听觉损伤的防治、声品质的评价等与生理声学密切相关的研究课题，生理机理的准确描述是工程应用和医学临床推广的前提条件.1耳蜗结构与工作原理耳蜗是听觉系统的核心，一个螺旋形的骨管，骨管绕耳蜗的中轴即蜗轴旋转2.5∼2.75圈到蜗顶.从骨螺旋板的外缘到耳蜗的外壁，有薄膜连接，这就是基底膜，它也随着骨螺旋板盘旋上升，直达耳蜗顶部.基底膜从蜗轴底部盘旋上升，直达蜗顶，总长约33mm.靠近底端最窄，宽约0.1mm，对应听阈上限20000Hz；顶端最宽，宽约0.5mm，对应阈值下限20Hz.基底膜约由29000根横行纤维所构成[27].耳蜗整体结构、基底膜在耳蜗中的位置、基第6期马富银等：耳蜗力学研究进展687底膜和每部分对应的频率如图1(b)所示.内容摘自中国数字科技馆听觉部分介绍[27].图1耳蜗、耳蜗剖面与基底膜频率对应关系示意图[27]对应耳蜗的听觉功能来说，Corti 器是其核心功能部件，决定耳蜗频率分析功能的基底膜、构成听觉感受器的外毛细胞、构成听觉效应器的内毛细胞、与外毛细胞纤毛发生接触后产生非线性电活动的盖膜等都位于Corti 器内.Corti 器的结构如图2所示.声音从外耳道传入后使鼓膜发生振动，鼓膜振动会推动听骨链的运动，听骨链的终端以镫骨底板与耳蜗相连，镫骨底板的振动会推动前庭阶内淋巴液的运动，由于在蜗顶处，通过蜗孔，使鼓阶和前庭阶的淋巴液流通，前庭阶流入的淋巴液会通过蜗孔从鼓阶回流，中间以柔性基底膜分隔，基底膜两边淋巴液的反向剪切运动使基底膜发生振动.图2Corti 器结构及构成[27]考虑到微观层次，由于毛细胞的根部是在基底膜上的，基底膜的振动会使毛细胞发生运动，从而使毛细胞上成排分布的纤毛与盖膜发生接触，产生压电行为.目前，研究者们已达成共识，外毛细胞纤毛与盖膜发生接触，内毛细胞纤毛不与盖膜发生接触.由于外毛细胞纤维与盖膜发生接触后产生电信号，与外毛细胞相连的传入神经感受到电刺激后，会将刺激传到大脑皮层的中央听区，产生听觉.在这个过程中，基底膜的运动可以看作是宏观力学行为，纤毛和盖膜的接触属于微观力学行为，并带有压--电转换行为，产生电刺激的过程属于电生理行为，电刺激传导并产生听觉属于神经动力学行为.就目前耳蜗力学的研究来看，主要研究的内容包括体外基底膜底端力学行为和顶端力学行为(需要说明的是，基底膜的力学行为呈现非线性变化，底端和顶端有较大差异)、耳蜗随长度变化的振动模式(即频率分析规律)、耳蜗行波、微观力学、两个纯音作用下的耦合响应行为、听觉滤波器、压--电转换力学行为与听觉主动反馈(包括耳声发射)、耳蜗放大器等几部分.里面也涉及了大量的神经生理活动相关内容，增加了耳蜗力学的学科交叉性和力学行为的复杂性.2基底膜力学行为2.1基底膜底端力学行为目前报道的绝大多数关于正常内耳的力学行为，都是人们在研究豚鼠、栗鼠、松鼠猴和猫等动物的耳蜗基底膜底端的运动时获得的.关于基底膜底端的振动，研究者们已经在大多数问题上基本达成共识，包括如何判断信号记录质量、精确获得特征频率等.然而，大量的研究表明，耳蜗顶部的力学行为与底端的力学行为截然不同，至少在定量描述上是完全不同的.现阶段的耳蜗振动测试技术对基底膜可以精确测量，对Corti 器和盖膜则存在困难.2.1.1对纯音的响应图3为在栗鼠耳蜗中离卵圆窗3.5mm 处记录到的基底膜在纯音刺激下的速度与声压级关系[28].对比图3(a)中小于等于特征频率的几组不同频率刺激下的线性响应曲线，可以发现，当刺激频率接近特征频率时，表现出高度压缩的增长过程，也就是说，刺激强度增加到96dB 时，响应频率却只增加了(a)对小于等于特征频率(10kHz)的纯音刺激下的响应图3纯音作用下基底膜速度与声压级响应关系(图中纵坐标V 表示基底膜速度)688力学与实践2014年第36卷(b)对大于等于特征频率的纯音刺激下的响应[4]图3纯音作用下基底膜速度与声音级响应关系(图中纵坐标V 表示基底膜速度)(续)28dB.在中高强度刺激下，压缩是最突出的，平均增长率低于0.2dB/dB ，当刺激频率高于特征频率时，甚至更低.对于豚鼠和猫，输入输出功能也有与栗鼠类似的性质.早期，基底膜振动测量采用M¨o ssbauer 提出的技术，但是没有最终确立在低刺激强度下基底膜对特征频率刺激下的响应是呈线性增长关系的.最新的测量方法则是通过光学测量，大大提高了测量精度，也可以获得更完整的测量数据.一些理论研究认为，输入--输出函数在足够高的刺激频率下也应该是线性的.事实上，已有的一些研究成果表明，特征频率输入--输出函数总体上被压缩，降低达80dB 以上，在90∼100dB 处接近线性[29-30].相反，另有文献中指出[31-32]，在高达100dB 时，高度压缩增长的趋势依然是不变的，如图4所示.总体看来，虽然在高于80∼100dB 之间压缩过程有可能完全是线性增长的，但是一旦刺激超过几分钟，就有可能造成耳蜗永图4栗鼠、豚鼠和猫耳蜗底端特征频率纯音刺激下基底膜的位移--强度关系(虚线给出了线性增长关系)[4]久性的损伤.图5以等强度曲线的形式，给出了基底膜振动速度与刺激频率、刺激强度之间的关系.从图中可以看出，在较低刺激水平，等强度曲线表现为大幅调制，在峰值两侧近似对称.在较高刺激水平，虽然与较低刺激水平下一样，在特征频率处保留了高频率的峰，但调制开始变宽，随着向低频移动，峰值两边的对称性越来越差.在特征频率的1/3倍频程处，频率骤降，在高频处，响应幅值趋向常数，即达到一个峰值后，在70∼90dB 明显表现强烈.图5基底膜振动速度与刺激频率、强度间的等强度关系曲线(对数坐标系)[4]图6为栗鼠及豚鼠耳蜗基底膜底部的频率响应灵敏度(每单位压力刺激压力下的位移)函数.如果响应呈线性增长，不同强度刺激下测量得到的灵敏度曲线是相同的.事实上，灵敏度以一个在特征频率附近降低刺激水平的模式，有一个系统的增加.压缩非线性对刺激频率有极强的依赖性，最终，无论是灵敏度频率的带宽(或调谐锐度)和峰值频率都是以刺激水平的函数变化的.在最高的刺激水平下，响应在1/2倍频程达到最大值，低于最低刺激水平，调制锐度下降.图6基底膜灵敏度等强度曲线(对数坐标系)[4]第6期马富银等：耳蜗力学研究进展689正常基底膜对镫骨或砧骨运动的灵敏度函数,可以通过耳蜗增益作为刺激频率的函数来估计，可以得到独立于中耳输入的耳蜗对频率调制的贡献.图7比较了猫、豚鼠和栗鼠耳蜗底端以频率的函数形式表示的最大耳蜗增益(即对低水平刺激的计算).在特征频率处，基底膜振动的峰值频率远远超过中耳听小骨，耳蜗增益介于47∼75dB.当频率远低于特征频率时，基底膜底端的振动表现出与镫骨运动呈6dB/倍频程的变化关系，在豚鼠中，从200Hz到几千赫兹频率范围内，显然有如下假设成立[33-34]：(1)镫骨速度增益在不同刺激频率下大致是恒定的；(2)耳蜗输入阻抗是实数，所以在镫骨附近前庭阶压力与镫骨速度呈正比(比鼓阶压力大)；(3)基底膜位移正比于耳蜗分区的局部压差(基底膜和Corti器).图7耳蜗底端到顶端基底膜和盖膜对于中耳响应的最大增益[4]由于耳蜗的滤波特性是空间分布的，波从底端向顶端传播过程中，在较宽频带内包含纯音延迟和“示波器”延迟.延迟的结果是，基底膜对纯音的响应表现出的相位滞后是随频率增加的函数.图8为松鼠猴、豚鼠和猫耳蜗基底膜底端随中耳运动的振动相位图，从图中可以看出，大多数相频曲线的特征表现为浅段和在低频及特征频率附近的陡峭段.唯一不同的是，松鼠猴特征频率为6kHz处，低频特征频率附近变陡.在低频，基底膜的振动响应通常会引起中耳产生0◦∼90◦的振动，相位曲线表明基底膜位移与镫骨速度成正比，与耳蜗输入阻抗相吻合.相频曲线只有在高于特征频率处最陡，由于相位曲线的斜率可以解释为镫骨附近的测试部位，一个波与下一个到来的波之间存在群延迟干预，相位斜率随着频率增加而增加，表明高频波传播比低频波传播慢.相位延迟在特征频率处积累，1∼2.5个周期内，与特征频率没有明显的相关性.于是有学者猜测[35]，在整个耳蜗的任意单独部位，特征频率处的相位延迟积累是一个常数，而且这种猜想得到了耳蜗顶端测试结果的支持.在频率远高于特征频率时，一些曲线会达到一个相位峰.图8基底膜对纯音响应的相位频响曲线[4]在耳蜗底端，基底膜对纯音的响应频率在远低于特征频率处随刺激强度线性增长.这些频率的响应相位不会随着刺激强度的变化而变化.在接近特征频率的刺激频率下，响应幅值非线性增长.相位总体上随着强度变化，变化关系如图9所示.从图中可以看出，正常栗鼠和豚鼠耳蜗的基底膜响应相位可归一化到中等强度刺激下的响应，声压级分别是80dB和74dB.对于仅低于特征频率处位置，响图9特征频率附近基底膜响应与刺激强度的关系[4]690力学与实践2014年第36卷应相位延迟随刺激强度增加，导致频率略高于特征频率，并在接近特征频率处保持相对稳定.随着刺激水平的增加，相位模式发生改变，这首先用于描述许多动物耳蜗底端基底膜在低特征频率刺激下的响应.响应依赖于特征频率附近的频率变化结果，表现为相位斜率的改变,或群延迟刺激水平的函数.以栗鼠耳蜗底部为例，随着刺激水平从10dB 增加到90dB ，特征频率附近的群延迟从990µs 降低到610µs.然而，相位滞后在特征频率处的积累，在相同的强度范围内基本保持不变.研究表明，基底膜高频振动可能并不是用于决定听觉神经纤维的反应特性，换句话说，高频振动响应的幅值和相位峰可能只是基底膜位移波传播的一种常规特性.从根本上讲，意味着非常高的波速下，相位峰指示了一种不同于“慢”压力与位移波的波在耳蜗淋巴液和基底膜中传播，也就是后面要介绍的行波.在耳蜗底端，基底膜对纯音的响应存在相当低的谐波失真[36].其中，二次谐波的失真分量是最大的，高达3.5%(或−29dB)，称为基波分量.谐波失真会随刺激水平和耳蜗功能的衰弱而减小，这表明，谐波是增强耳蜗在低刺激水平下的灵敏度的产物[36].尽管二次谐波失真可能伴随着直流或进补位移(因为所有偶次谐波失真都会产生直流失真)，但这只有在严重损伤的耳蜗底端才能测到，是一种非常强烈的刺激下的反应.直流位移只是人们的猜想，没有真正被发现，在研究中，研究者使用了干涉仪来测量正常耳蜗振动的位移灵敏度.2.1.2对宽频刺激的响应对于非线性系统，对纯音的响应一般不能用于预测任意刺激下的响应.因此，要准确地把握基底膜的响应特性，需要使用其他刺激，如复合音、噪声和点击音等.点击音具有点状和宽带性质，可以用其获得精确的系统响应时间，同时能在很宽的频率范围内用于测试.最早关于基底膜在点击音刺激下的响应是在动物活体内通过M¨o ssbauer 技术记录到的，尽管通过该技术进行测试会导致严重的失真，但是这些早期研究发现了压缩非线性响应与纯音刺激下的响应是一致的[37]，这些结论被后来在栗鼠和豚鼠中通过激光测速仪记录到的数据所支持[38].图10为栗鼠耳蜗在10kHz 点击音刺激下的响应，从图中可以看出，相对于听小骨的运动，存在一个30ms 的短暂的弱阻尼震荡延迟，并在几百微秒内稳定在特征频率附近[38].频率的增加很大程度上不受刺激强度的影响，直至细胞死亡.响应波形和灵敏度改变总体上是刺激强度的一个函数.对低水平的点击刺激有较高的灵敏度，而且几乎是对称的，在大约1ms 之后达到峰值.随着点击水平的上升，大多数震荡周期呈高压缩率增长，从而降低了灵敏度，但早期的周期增长更快，是线性的.这将在早期形成一个系统的倾斜，豚鼠耳蜗底端点击音刺激下的非线性响应也表现出类似特性.图10基底膜在稀疏点击音刺激下的响应[4]尽管刺激水平依赖于压缩非线性，从图11可以看出对点击音的响应幅值和相位与纯音刺激下是比较接近的，有类似的变化规律.换句话说，在纯音刺激下的稳态响应，也表现出与点击音一样的短时响应特征.由于压缩增长的快速发展，使得检测到100µm 内的响应成为可能[38].考虑到上述的频率滑行，似乎压缩非线性及其相关因素，高灵敏度的频率选择性，都是从基底膜在特征频率处的振动开始的.值得注意的是，这些几乎瞬时的刺激水平依赖关系是通过改变增益来完成的.为了进行比较，在电反馈系统中，增益的减少是输入幅值增加的函数,通常采用相对较长的时间常数，来防止过大的谐波和互调失真.在耳蜗中，在较高的刺激水平，通过尖锐的频率滤波器，可以尽量减少谐波和互调失真分图11栗鼠耳蜗基底膜同一位置在纯音和点击音刺激下的响应[4]第6期马富银等：耳蜗力学研究进展691量的出现，伴随着基底膜响应对低刺激水平的增强和高刺激水平下的幅值压缩.许多非线性系统可以通过分析对互相关白噪声的响应来描述，第一阶噪声与响应之间的互相关性，一阶维纳核，是相同系统的线性脉冲响应，但它也提供了非线性情况下奇数阶非线性响应的信息.二阶维纳核提供了二阶和高阶非线性响应的信息.基底膜振动的第一阶维纳核类似于点击音下的响应[39].这种相似性，以及二阶维纳核的幅度很小的事实，表明偶数阶对基底膜底端对噪声刺激响应的贡献小.这与基底膜对纯音响应中相对弱的谐波失真是吻合的.2.2基底膜顶端力学行为目前为止，人们对耳蜗顶端对声音刺激的力学响应还知之甚少，因为实验中带有合理损伤的数据很少能够从耳蜗中获得.许多测量耳蜗振动的方法要求试件安装在振动结构上，因此，要研究Corti器、基底膜或盖膜在顶端的响应，往往需要刺穿前庭膜，这样就改变了淋巴液的组合成分，降低了耳蜗内电位.由于很难通过独立控制测试中的影响因素，来评估生理状态，导致这方面的实验数据较为缺乏.特别是，虽然复合动作电位的阈值对测试整个耳蜗的高特征频率区的性能是非常有用的，当其用于在耳蜗顶端进行机械测量时，就被判定为是非常不敏感的一个损伤指标.此外，目前还尚不清楚在耳蜗特征频率低于500∼1000Hz 的区域，是否是复合动作电位的阈值提供了特定的特征频率信息[40].2.2.1对纯音的响应从栗鼠上获得的耳蜗顶端的响应信号记录或许是最具有代表性的.带有黄金涂层的聚苯乙烯颗粒，通过前庭膜上的小孔引入中阶，被固定在盖膜或Claudius 细胞上.当具备较为理想的实验条件时，大幅压缩非线性现象是可以得到实验验证的.图12为正常等强度刺激下栗鼠耳蜗盖膜顶端特征频率为500Hz 以下的响应灵敏度函数(开孔符号标记部分).响应增长比较平缓，为0.5∼0.8dB/dB ，使振动灵敏度随刺激强度系统地增加，在90∼30dB 之间增加高达22dB.压缩非线性区包括了整个频率范围内的响应，因此，无论是峰值和带宽在很大程度上都独立于刺激水平.对豚鼠和松鼠猴耳蜗顶端区域的机械振动的研究没有检测到与栗鼠耳蜗类似的压缩非线性行为.特别值得注意的是，在没有刺破前庭膜的情况下测图12栗鼠和豚鼠耳蜗顶端纯音刺激下的响应灵敏度[4]量Corti 器的振动，也没有出现非线性响应，在这种情况下，对人们所期望的对耳蜗的正常功能的影响达到了最小.然而，恰有一项研究描述了豚鼠耳蜗顶端特征频率为300∼400Hz 处的微弱延伸非线性(图12中实心符号部分).事实上，通过尸检表明，延伸非线性会消失.因此这项研究是唯一的任何条件都接近正常，没有受到干扰的豚鼠耳蜗顶端力学行为研究.从图12可以看出，在低于特征频率的频段，响应幅值几乎呈线性增长.然而，在特征频率，特别是略高于特征频率处，响应随刺激强度的增长率高于1dB/dB ，即为扩张的.换言之，对频率等于或略高于特征频率的点，随着刺激水平的增加，响应更加灵敏.这种响应幅值对刺激强度的依赖性和耳蜗底端的情况是相反的.图13为栗鼠和豚鼠耳蜗顶端盖膜对纯音刺激的频率响应函数.曲线显示了相位滞后几乎以恒定的斜率单调增加.在特征频率处，相位积累到耳蜗的0.8周，但是在底端，有更大的相位积累，从图8可以看出，有1∼1.4周，在其他耳蜗顶端也有类似结果.在低于150Hz 处，栗鼠的响应相位导致在豚鼠中相差近108◦，差异可能反映在两者之间的输入图13栗鼠和豚鼠耳蜗顶端盖膜对纯音刺激的响应[4]。
