新型纳米助听器能辨方向灵感来自昆虫听力系统
美国康奈尔大学神经生物学及行为学教授罗纳德?霍伊及其同事目前正在研发一种能辨别方向的新型助听器，它不仅可以大大改善助听器的使用效果，而且比现有产品体积更小、更简单、更便宜。上周，这一项目已被美国国立卫生研究院(NIH)作为成果转化示范项目推荐给了美国卫生和福利部(HHS)。
目前，通过与纽约宾厄姆顿大学纳米技术专家罗纳德?迈尔斯的合作，霍伊等人正在由美国国家科学基金会资助的康奈尔纳米工厂(CNF)制造首个新型助听器样品。
实际上，科学家的设计灵感来自一种生长在美国南部及中美洲的奥米亚棕蝇(Ormiaochracea)。我们知道，苍蝇本来没有耳朵，它们靠眼睛及腿上的纤毛对声音的感应来辨识方向及寻找目标。但霍伊及其同事发现，奥米亚棕蝇为了能让幼虫寄生在蟋蟀身上，雌蝇胸部生有一种独特的、类似耳朵的听觉器官帮助它们寻找并且定位正在鸣叫的雄蟋蟀。
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人类和其他某些动物之所以能够听到立体声是因为其耳朵的间距比声波的波长要长。多亏了这个大脑袋我们才能连眼皮都不用抬就分辨出蟋蟀是在我们的左侧还是在右侧鸣唱，但是，除了奥米亚棕蝇外的许多小昆虫却没有这个本领。人类的两个耳朵间隔约15厘米，而观察奥米亚棕蝇胸部独特的耳朵发现，其间距还不到半毫米，因此奥米亚棕蝇一定进化出了一套与其他动物大不相同的声音定位系统。霍伊正好发现了奥米亚棕蝇身上这个看似有违物理学定律的奇特机制。
康奈尔大学的神经科学家从中获得了启发，他们在一个转动臂上安置了一个小喇叭，用来播放蟋蟀的叫声，再在一个乒乓球上点上数百个点以便用计算机追踪球的运动轨迹，乒乓球受气流的作用而悬浮在空中，当苍蝇走动时乒乓球就会很容易转动。此时，研究人员将一只被系住的奥米亚棕蝇放到球上，播放蟋蟀的声音并观察苍蝇的行为。科学家发现，不论声源来自何方，奥米亚棕蝇都会很快调整方向以正对蟋蟀，它甚至能觉察出2度的位置变化。连我们人类有时都做得不如它们好。
霍伊等人的发现刊登在了2001年4月5号的《自然》杂志上。科学家在研究中发现，奥米亚棕蝇胸部的耳膜中间还有一道横膜相连，这种机械连接就像一个跷跷板，声波在音波传至耳鼓时，这道横膜也会前后震动，使得耳膜不同步地振动，这使奥米亚棕蝇对声音产生层次感，辨识主要声音，过滤次要声音，直接找到目标。“离声源较近的耳朵反应更加强烈，”霍伊解释道。这时苍蝇的神经系统马上计算出两个耳朵间的压力差并发信号给肌肉以做出反应。奥米亚棕蝇能在50毫微秒内完成计算，这种速度比人类快1000倍。
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包括康奈尔大学在内的几个实验室都在开发以奥米亚棕蝇为基础的纳米技术助听器。研究人员用硅材料来仿制奥米亚棕蝇的耳膜，并且在2001年就已经制造出了适用于超声波频段的耳膜原型。霍伊当时说：“这对蝙蝠来说也许是个很好的助听器，但我们需要能够对人类听力范围内的声波进行响应的装置，它需要对方向很敏感，并且适合安放在耳朵里。”
美国国立耳聋及其他交流障碍疾病研究所(NIDCD)听力研究项目主任林恩把这一研究看作基础科学研究向临床应用领域转化的典范。NIDCD的负责人詹姆士认为，在环境噪音很大，或许多人同时说话时，戴助听器的病人很难分辨出个别的声音，奥米亚棕蝇的这种特殊构造，能够使我们生产出一种带方向性的微型扩音器，这些新理论的应用将改善那些因听力受损而依赖助听器的人们。霍伊说：“我研究昆虫听力系统已经有了20多年，而这个项目是第一个有应用潜力的基础研究。我们可以从自然界的生物身上学到很多，它们处理一些难题的经验比我们要丰富得多。”(张亮), http://www.100md.com