本文是专业学术论文解读，不做医疗建议。
作为一个说中文的人，我们听到“xing xing”，其实指的可能是星星，也可能指的是猩猩。但是，对于传统的听觉传感器件，它只能够把声音转成电信号，至于这个词是天上挂的星星还是动物园里关的猩猩，它没有能力分清楚，佩戴者只能靠上下文去猜。
南开大学徐文涛团队在《自然·材料》上发表了一篇论文将有望改写这一局面，他们研发了人造听觉神经，能够分清这两个词，当“星星”和“猩猩”被输入系统的时候，人造突触产生的电流分别是 59 微安和 89 微安，两者差了 30%，而这个差距足够让系统去做出判断。
据了解，这套设备覆盖了人耳所能听到的全部频段，从 20 赫兹覆盖到 2 万赫兹，并能够在嘈杂环境中实现精准的声音辨别。它引入了一种名为侧向抑制的神经计算逻辑，可以模拟生物听觉系统集中注意力的方式。侧向抑制指的是，在听到一个声音之后神经细胞会主动地抑制周围同类细胞的响应，让大脑把注意力集中在某一个方向上，其实这也是人类能在一片嘈杂中听清对面说话的原因。
（来源：《自然·材料》）
本次研究团队使用一种星形拓扑结构的人造神经电路实现了这种侧向抑制，让这套系统在嘈杂环境下能够精准分辨声音的频率和位置，也让人造听觉拥有了选择性注意的能力。
这项技术的关键是一层氧化钨纳米线，其直径大约 400 纳米，比人类头发丝细两百倍。它通过质子的可逆插入和提取去模拟神经突触的可塑性。当质子钻进晶格，电阻就会变化；当质子跑出来，电阻又能够恢复，这个过程让设备可以记住前一个声音，从而在处理连续语音时拥有了语义理解的基础。
本次设备在 1.6×10⁶ 次脉冲刺激之后仍然能够保持稳定的电导窗口，兴奋电流和抑制电流分别维持在 67 微安和 3.64 微安左右，较高的稳定性意味着它可以在长期使用中持续工作。
研究团队还进一步将其扩展为一个 8×8 的突触晶体管阵列，其被用于三维声源定位，五个听觉传感器单元呈四面体形式排列，覆盖了 30 个空间位置。基于声波到达不同传感器的时间差，让系统能够计算出声音在三维空间中的方位。识别测试结果显示，在多达 30 个空间位置上，60 次独立测试的结果准确率高于 95%。
（来源：《自然·材料》）
研究团队初步尝试跨越兔子病损听觉神经，把人造听觉系统与兔子的坐骨神经连接起来，重建通路，以此验证研制设备的运行功能以及人造神经接口信息传递的有效性；同时，通过观测兔子接收信号指令并做出应答、完成预设行为任务的表现，验证了活体生物按照人为指令执行指定作业的可行性。
（来源：《自然·材料》）
本次研究则尝试从外周神经旁路电子重建的角度开展工作，采用事件驱动的神经形态进行处理。系统不依赖于预设的固定频率-电极位置映射，而是让声音信号驱动传感器产生电脉冲，电脉冲动态地调节人造突触的电导状态。这种调节具有频率依赖性和历史依赖性，能够保留更丰富的时间信息和动态特征，从而在同音词、语调和噪声环境下实现更高的语义分辨能力。
（来源：《自然·材料》）
研究团队所使用的人造突触材料是氧化钨纳米线，背后本质上是质子和电子同时注入晶格导致的相变。研究团队还用离子凝胶做电解质，给纳米线施加电压之后，质子就会钻进晶格，进而把单斜晶系的 WO₃ 变成 HxWO₃，结构变了，电阻也会变。假如撤掉电压，质子就会跑出来，结构就会恢复。这个过程是可逆的，而且速度很快，重复一百万次以上依然稳定。
不过，这条路离临床应用还有一定距离，活体实验只在兔子身上做了一小部分，目前没有在灵长类动物上验证，也没有人体临床数据。从原理上来说，这套系统展示了一个完整的、可工作的新范本，它证明了人造神经形态电子系统能够跟生物神经直接接口，也证明了神经形态处理可以和生物神经进行信息交互，更证明了同音字区分和三维声源定位能够用同一个硬件平台实现。下一步，他们计划继续围绕神经修复与仿生智能开展研究。
参考资料：
相关论文 https://doi.org/10.1038/s41563-026-02656-w
运营/排版：何晨龙
注：封面/首图由 AI 辅助生成
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