Искусственное ухо

В конце XVII века итальянский физик Алессандро Вольта, изучая на себе действие электрического тока на организм, обнаружил, что если разместить электроды на голове так, чтобы ток проходил через внутреннее ухо, то включение тока вызывает шумы в ушах. "Я ощутил звук или скорее шум в обоих ушах, характер которого я не мог более точно определить", - сообщал Вольта в одном из своих писем. Опыты были, видимо, настолько неприятные, что Вольта никогда более не повторял их.

Эти опыты повторили в 30-х годах нашего века ленинградские физиологи и врачи под руководством Григория Викторовича Гершуни, использовав жидкостные электроды (слуховой проход заполняли однопроцентным раствором поваренной соли). Но лишь в 1957 году была сделана первая попытка непосредственного вживления электрода в слуховой нерв.

Хирурги руководствовались следующими соображениями. Если передаваемые по тончайшим проводкам сигналы будут достаточно похожи на те, которые обычно идут в мозг от улитки внутреннего уха, если нерв не поврежден и работают участки коры мозга, которые отвечают за слух, то человек, у которого от рождения или из-за болезни неисправно внутреннее ухо, сможет слышать.

Но прямое подключение микрофона с усилителем к слуховому нерву ничего не дает: как показали опыты на животных, импульсы, идущие в мозг от уха, совсем непохожи на те, что идут, например, по телефонному проводу при разговоре. Это и понятно, ведь они должны вызывать не простое колебание мембраны наушника, а сложные, до сих пор малопонятные нервные процессы, благодаря которым мы слышим и понимаем услышанное.

Хотя далеко не все в деталях механизма звуковосприятия было ясно, в 1970-е годы начались систематические опыты по электродному протезированию людей, у которых хотя бы частично сохранены слуховой нерв и область коры, анализирующая звуки. Сейчас вживлению электродов с целью возвращения слуха при различных заболеваниях во всем мире подвергнуто более трехсот человек. В нашей стране первые операции такого рода выполнил профессор Михаил Рафаилович Богомольский.

Выяснилось, что необходимо вживлять в слуховой нерв не один электрод, а несколько, и каждый из них должен соответствовать пространственному распределению звуков в улитке (вспомните рассказ "о натянутых струнах и бегущей волне"). Каждая частотная полоса речевой зоны должна быть обеспечена одним электродом. В настоящее время достигнуто одновременное введение в слуховой нерв восьми электродов.

Уже на следующий день после вживления электрода больной может воспринимать простые слова, музыку. Но качество воспринимаемого звука все же очень низко. Чтобы понимать речь, нужна длительная тренировка, и особенно трудно это дается глухим от рождения, которым не с чем соотнести неясные шумы. Но все же через месяц обучения больные способны разбирать около 80 процентов простых слов.

Однако уже сейчас первоначальный энтузиазм врачей несколько охладевает. Считается, что для удовлетворительного понимания речи необходимо вживление не менее 15 электродов, что технически весьма сложно. Существуют и некоторые другие подходы к созданию искусственного уха. Остановимся несколько подробнее на одном из них, так как он оброс массой самых невероятных легенд. И для начала расскажем полудетективную историю.

В Соединенных Штатах Америки в 60-х годах произошел забавный и вместе с тем загадочный случай. Два человека обошли почти всех врачей своего города с жалобой на странный недуг: время от времени им слышались голоса, которые советовали покупать то холодильники, то мыло. А потом звучали "хоры ангелов".

Врачи были в недоумении: никаких психических расстройств у пациентов не обнаруживалось. Больных исследовали буквально по косточкам - и опять ничего. А между тем они продолжали утверждать, что отчетливо слышат голоса.

Наконец доктор Генри Пухарик обратил внимание на то, что оба пациента недавно лечили зубы у одного и того же врача. Обратились к нему, и дантист сказал, что запломбировал им зубы особого состава цементом, в котором была "незначительная примесь карборунда.

Мало-помалу все объяснилось. Кристаллы карборунда - типичного полупроводника - принимали коротковолновые радиопередачи. Не совсем еще понятно, правда, каким образом высокочастотные колебания радиоволн превращались в пломбе в звуковые. Но очевидно, что эти колебания воспринимались живым нервом зуба и по нему достигали мозга. Выяснилось также, что эти сверхминиатюрные "транзисторные приемники" в зубах волею случая оказались настроенными на волну станции, передающей торговую рекламу.

Генри Пухарик, нейрофизиолог по профессии, заинтересовался этим курьезным случаем и продолжил исследования. Выяснилось, что в зубах человека действительно есть свободные нервные окончания, которые связаны со слуховыми центрами мозга. Американский ученый решил использовать эти нервы, чтобы дать возможность слышать людям, у которых поражен кортиев орган.

После долгих экспериментов совместно с зубным врачом Иосифом Лоуренсом Генри Пухарик наконец предложил оригинальный способ использования "слуховых" возможностей зуба. Миниатюрный микрофон, который можно носить на руке, как часы, связан с таким же миниатюрным передатчиком, преобразующим звуки в радиосигналы. Эти сигналы улавливает приемник, который вмонтирован в зуб. Ничего удивительного в этом нет, если учесть, что приемник представляет собой тонкий слой полупроводникового сплава, наложенный на свободные нервные окончания в зубе. Этот полупроводниковый сплав образует пьезоэлектрический элемент. Сверху он прикрыт слоем золота или серебра, который служит антенной.

Сигнал радиопередатчика, принятый такой антенной, попадает в пьезоэлектрический элемент. В нем возникают колебания, которые, возбуждая нервные окончания зуба, превращаются в нервные импульсы, идущие в слуховые центры мозга. И человек, живший до сих пор в мире безмолвия, слышит. Радиосигналы, поступающие от передатчика, можно усилить. Для этого в соседний зуб надо вмонтировать миниатюрный усилитель на полупроводниках.

Недавно появился еще один способ передачи речи людям, страдающим поражением внутреннего уха. Его авторы - советские ученые Г. Гершуни, Л. Гаврилов, А. Розенблюм, Е. Цирульников, В. Антипов. Способ основан на подаче к нервным окончаниям внутреннего уха сфокусированных ультразвуковых колебаний. Применение фокусированного ультразвука для передачи речевых сигналов глухим пока не вышло из стадии лабораторных опытов. Тем не менее преимущества этого метода ясны: нет необходимости хирургического вмешательства. Генератор фокусированных ультразвуковых колебаний устанавливается снаружи головы, а излучатель ориентируется таким образом, чтобы его фокус совпал с улиткой.

Работы по созданию "искусственного уха" продолжаются. Вот сообщение "Медицинской газеты" от июня 1988 года:

"Жительница Стокгольма Мона Андерсон перенесла в возрасте четырех лет тяжелую форму скарлатины. В результате заболевания наступила полная потеря слуха. Так неудачно и сложилась бы до конца судьба Моны, если бы ее случаем не заинтересовались врачи Бо Холмберг и Андерс Тьельстром с кафедры медицины университета Чалмерс. Они предложили Моне, которой недавно исполнилось 50, испытать их изобретение. Его суть состоит в том, что в черепную кость в области уха вживляется титановый штифт, на котором устанавливается работающий от портативной батарейки специальный прибор. В него вмонтированы микрофон, усилитель и "громкоговоритель". Вибрация, вызываемая шумом, передается прибором и во много раз усиливает звук. Мона согласилась на предложение ученых. Придя в сознание после операции, она прошептала: "Господи! Я слышу! Слышу, как поют птицы за окном, как шумит ветер!" Ее примеру последовали еще 200 человек, и в большинстве случаев при помощи нового прибора слух восстановился на 50-70 процентов".

Свой рассказ о попытках ученых создать искусственное ухо нам хотелось бы завершить прекрасными словами Гёте:

Нам говорят: "безумец" и "фантаст",
Но, выйдя из зависимости грустной,
С годами мозг мыслителя искусный
Мыслителя искусственно создаст!