摘要：洛克菲勒大学科学家团队成功在实验室条件下维持了哺乳动物耳蜗组织的活性，首次直接观察到听觉系统如何在分子层面放大声音信号。这项突破性研究不仅证实了控制整个动物界听觉的统一生物物理原理，更为开发治疗听力损失的新疗法开辟了前所未有的途径。

信息来源：https://www.sciencedaily.com/releases/2025/09/250929055003.htm

洛克菲勒大学科学家团队成功在实验室条件下维持了哺乳动物耳蜗组织的活性，首次直接观察到听觉系统如何在分子层面放大声音信号。这项突破性研究不仅证实了控制整个动物界听觉的统一生物物理原理，更为开发治疗听力损失的新疗法开辟了前所未有的途径。

该研究由已故的感觉神经科学实验室主任詹姆斯·哈德斯佩斯领导完成，相关成果分别发表在《美国国家科学院院刊》和《听力研究》期刊上。这项工作代表了哈德斯佩斯五十年来专注于听觉分子和神经机制研究的巅峰成就。

技术突破解决长期难题

听觉系统的精密性令人惊叹，人类耳蜗能够感知从细微的树叶摩擦声到震耳欲聋的噪音等广泛声音范围。然而，耳蜗的脆弱性和难以接近的解剖位置——它被包埋在人体最坚硬的颞骨内部——一直是听力研究的主要障碍。这种限制使得科学家无法直接观察听觉过程中的关键步骤，特别是毛细胞如何实现声音放大这一核心机制。

研究团队选择了沙鼠作为实验对象，因为其听觉频率范围与人类相似。他们精确提取了长度不超过5毫米的耳蜗片段，该片段来自负责接收中频声音的区域。提取时机的选择至关重要——必须在沙鼠听觉系统成熟但耳蜗尚未完全融合到致密颞骨的发育阶段进行。

一个专门设计的腔室，有助于模仿耳蜗的生活环境。图片来源：Chris Taggart/洛克菲勒大学

为了维持组织活性，研究团队开发了一套复杂的培养系统。这个特制装置能够精确复制耳蜗内部的生理环境，包括持续供应内淋巴和外淋巴等营养液体，并维持适宜的温度和电压条件。该系统的成功开发得益于实验室研究专家布莱恩·法贝拉和精密仪器技术中心工程师尼古拉斯·贝伦科的技术创新。

霍普夫分叉机制的直接验证

在这套精密系统支持下，研究人员通过微型扬声器播放声音并实时观察耳蜗组织的响应。他们捕捉到了毛细胞束中离子通道开关如何为声音驱动的振动增加能量，以及外毛细胞如何通过电运动过程响应电压变化而伸缩的详细过程。

最重要的发现是，研究团队直接观察到了霍普夫分叉现象在哺乳动物听觉中的核心作用。霍普夫分叉是一种描述机械不稳定性的生物物理现象，代表了完全静止与振荡之间的临界点。在这个精确的平衡点上，即使是最微弱的声音刺激也能触发系统开始运动，从而实现对原本无法检测的微弱信号的巨大放大。

共同第一作者、博士后研究员弗朗西斯科·贾诺利表示："我们现在能够以前所未有的受控方式观察听力过程的初始步骤。"这种能力使研究人员能在亚细胞水平上详细观察每个组织结构的功能表现。

哈德斯佩斯与生物物理学家马塞洛·马格纳斯科早在1998年就在牛蛙耳蜗中记录了霍普夫分叉的存在。然而，这一机制是否存在于哺乳动物耳蜗中一直是科学界争论的焦点。此次研究最终提供了决定性的直接证据，证明了控制整个动物界听觉的统一生物物理原理确实存在。

治疗应用的广阔前景

这项技术突破为听力损失治疗研究开辟了全新维度。目前，大多数听力损失源于耳蜗内约16000个毛细胞的损伤。这些细胞之所以被称为毛细胞，是因为每个细胞顶部都有数百个被早期显微镜学家比作毛发的细小立体纤毛。每个纤毛束都是一台精密调谐的机器，能够放大声音振动并将其转换为大脑可以解释的电信号。

研究团队预期，利用体外活体耳蜗进行的实验将显著提升对听觉机制的理解，并指向更有效的治疗策略。共同第一作者、助理研究员罗德里戈·阿隆索指出："我们现在能够以前所未有的精确性对系统进行药理学干预，例如针对特定细胞或细胞间相互作用进行研究。"

这种研究能力对该领域具有重要意义。贾诺利解释道："迄今为止，还没有药物获得批准用于恢复感音神经性听力损失，部分原因是我们对听觉活性过程机制的理解仍然不完整。现在我们有了一个工具，可以用来理解系统的工作原理，以及它如何以及何时发生故障——希望能在为时已晚之前找到干预方法。"

当前的听力损失治疗选择相当有限，主要依靠助听器和人工耳蜗等辅助设备。药物治疗方面的选择极其稀少，特别是对于由内耳毛细胞损伤引起的感音神经性听力损失。随着全球人口老龄化，听力损失问题日益严重，世界卫生组织数据显示，全球约有15亿人患有不同程度的听力损失。

科学传承与未来展望

这项研究成果也代表了科学传承的重要意义。马格纳斯科评价道："这项研究是一项杰作，在生物物理学领域，这是过去五年中最令人印象深刻的实验之一。吉姆已经为此工作了二十多年，这是他非凡职业生涯的最高成就。"

哈德斯佩斯在2025年8月去世前不久完成了这项突破性工作，这使得该研究具有了特殊的纪念意义。他的五十年研究生涯专注于阐明听力的分子和神经机制，为整个听力研究领域奠定了重要基础。

展望未来，这项技术将为研究人员提供一个前所未有的平台，用于测试各种潜在的听力恢复策略。通过精确控制实验条件，科学家们可以系统地研究不同药物、生长因子或基因治疗方法对耳蜗功能的影响。这种方法可能最终导致开发出能够预防或逆转听力损失的革命性治疗方法。

此外，该技术还可能在个性化医疗领域发挥重要作用。通过研究来自不同个体的耳蜗组织对各种治疗方法的响应差异，研究人员可能能够开发出针对特定患者群体或遗传背景的定制化治疗策略。

来源：人工智能学家