中间音调

“对于植入了传统耳蜗的人来说，古典钢琴协奏曲听起来就像是钢琴家戴着手套或用手肘演奏的一样。”哥廷根大学听觉神经科学教授 Tobias Moser表示。他力图做出改变，打开所有的中间音调。

传统的人工耳蜗基于电刺激，把声音转换成电流脉冲。这种耳蜗让世界上大约70万人拥有了基本的听力和理解语言的能力。然而，他们无法区分不同的音高。如果有背景噪音，他们会很难理解其他人在说什么。因为虽然电刺激被直接传送到听觉神经，但它们在到达听觉神经时是没有任何区别的。

以光代电

“电刺激的音高辨别能力很差。大量的细胞会同时受到刺激——而这些细胞实际上负责不同的频率。” Uli Schwarz说。这就是传统技术的局限性所在。因此，对神经细胞进行空间选择性刺激或特定细胞刺激都不可行。

“相比之下，我们可以把光束在一起，从而以更大的焦点刺激听觉神经。100 个或更多可能的频率通道使得使用者可以欣赏到各种形式的音乐。” Uli Schwarz补充道。这就需要一系列单独可控的光源，有选择性地刺激耳蜗的不同部分，每个部分对应不同的音高。

小巧柔韧、生物相容

光学刺激有显著的物理优势，但技术要求颇具挑战性。知名的内耳生理学研究者、人工耳蜗领域光遗传学顶尖专家Moser教授在寻找合适光源的过程中，联系上了Schwarz教授。Schwarz教授自2001年开始就在欧司朗光电半导体公司深入研究 LED 和激光二极管。然而，薄膜技术和 LED 小型化的联合项目一般针对的是汽车大灯、电视和小型化显示器等领域的应用。

在小型化高功率 LED 常见技术路径的基础上，Uli Schwarz专注于更小的、可植入的解决方案。所有可用的 LED 都太大、太硬，无法大量植入耳蜗。必须开发微型LED，并将其结合到柔韧的基片上。 “要想在耳朵里使用，它们必须非常小，具有柔韧性和生物相容性（不会引起人体排斥）。” Schwarz解释说。 “由于只有微小的纽扣电池供电，它们还需要非常节能。而且需要非常快的声音通道，这样人们才可以定位来自不同方向的声音，比如传播时间仅相差毫秒的声音。”这是半导体发展中的一个未知领域。

光遗传学：光开关

2014 年实现了第一个里程碑。微小的蓝色薄膜 LED 被集成在聚合物中，并嵌入到老鼠的耳朵中。但要想真正刺激听觉，就需要一个“光开关”。这一领域的研究被称为光遗传学。神经细胞天生对光线不敏感，因此如果要被光刺激，则需要对其进行适应。将光敏蛋白引入听觉神经细胞可以使其光敏，这样它们在受到刺激时就会发出神经脉冲。

研究里程碑：临床试验

该项目在生物医学和技术这两个研究领域都取得了巨大进展。Moser教授于 2008 年在哥廷根演示了内耳的光刺激。现在，他的研究团队已证明，对耳部神经细胞实行局部光刺激也是可行的，高频分辨能力已经与高时间精度成功结合。

“我们背后还有很多艰巨的研究工作。现在我们正在攻克人工耳蜗的技术难题。下一个里程碑是进行人工耳蜗的临床试验。” Schwarz说。

由于人工耳蜗通常在出生一年后植入，它们必须像起搏器一样在人体内终生发挥作用。因此，研究小组正致力于对光源进行密封封装，并减少内耳中材料的数量。使用红光代替蓝光是因为红光能更好、更温和地刺激细胞。

为了支付巨额开发成本，Moser和Schwarz领导的研究团队于2019年创立了 OptoGenTech 公司，旨在开发、生产和销售多通道光学刺激器。Schwarz说：“我们需要柔性电子元件，同样，我们也需要用于医疗用品的柔性光电元件。”由此，基于半导体的人工耳蜗，以及Moser和Schwarz的设想有望成为现实：利用光使聋人和听障人士享受音乐，并以全新的方式参与到社会生活的各个方面。