寂靜之聲──感覺神經植入物：電刺激與聽覺體驗
文：《生命的電》提摩西．約根森 著／三采文化
▌耳聾比起（失明）是種更為嚴重的不幸，因為這意味著失去最為重要的刺激——帶來言語、激發思想並讓我們與人類知識為伍的聲音。
——海倫．凱勒（Helen Keller）
聽覺的原理
在過去五十年間裡，失聰的兒童和成人都開始使用俗稱電子耳的耳蝸植入體（cochlear implants）。英文中的cochlea來自於拉丁文，原意是螺旋形的蝸殼，非常貼切地描述了這個內耳中的微小器官的樣貌。
人類內耳的運作原理極為複雜，不過要獲得正常聽力所需的一連串步驟倒是很簡單。
在空氣中傳播的聲波會撞擊到鼓膜，使其振動。振動的鼓膜帶動迷你的耳小骨（ossicles）運作，產生放大振動的效果。
這些放大的振動之後便進入耳蝸外側，並沿著螺旋管向內移動，就像蝸牛縮回牠的殼一樣。耳蝸的內壁排列著纖細的髮狀觸手，因此在耳蝸內部看上去，好比一處貼滿絨毛地毯並且逐漸變窄的管道。
當髮細胞開始振動，就會向腦部發送特定模式的動作電位，接著大腦就會將其轉化為我們的聽覺。許多失聰的病例都是因為耳蝸中的這些感覺細胞受損所致。沒有髮細胞，就沒有動作電位，也不會有聽覺。就是這麼簡單。
不過要具備正常聽覺還需要能夠區分音調（pitch）的能力，即對傳入聲波頻率的知覺。
音調之於聲音正如同顏色之於光。就像顏色代表不同頻率的光波，音波代表的是不同頻率的聲波。而且就如同顏色是你所感知的視覺那樣，音調便是你感知到的聽覺。
振動、髮細胞與聲音頻率
口語的理解來自於破譯編碼於其中的抑揚頓挫與音調變化。這就是何以傳輸動作電位的特定位置的髮細胞之所以很重要的原因。
聲波的頻率會決定振動進入耳蝸的深度。這是因為振動的物理特性以及它們被耳蝸壁吸收的方式，而不是因為髮細胞會辨別任何聲音頻率。
高頻的聲波會產生高頻的振動，而這會很迅速地為蝸壁所吸收，因此不會深入到管道中。相較之下，低頻的振動則不易被吸收，會穿透得更深。
因此，振動與其可以進入耳蝸的深度與聲波頻率成反比。簡言之，髮細胞會對它們遇到的任何振動做出反應，只是它們能遇到的振動頻率取決於細胞本身在耳蝸內的深度。
如果在森林裡倒了一棵樹，沒有人聽到它倒下的聲音，那它算是有發出聲音嗎？
大腦在接收到這些動作電位時，實際上「知道」是耳蝸中的哪些細胞群發送的。
這些「知識」讓大腦能夠推估最初刺激動作電位傳遞的聲波頻率。
若是訊息來自耳蝸開口附近的髮細胞，大腦就會判定這聲波的頻率一定很高，所以會將這些神經訊息轉化為高音調的感知。若是發送動作電位的髮細胞來自耳蝸深處，那大腦就會將其註記為低頻聲波，產生低音調的聽覺。
物理學家通常將聲音定義為聲波（acoustical wave），這是指在氣體、液體或固體中傳播，而且可以被聽到的振動頻率。
不過，生理學家有時會從生物學的角度來定義聲音：耳朵所接收到的聲波，而且能為大腦所感知。
這樣一來，就會帶我們回到一個有著數百年歷史的哲學問題：「如果在森林裡倒了一棵樹，沒有人聽到它倒下的聲音，那它算是有發出聲音嗎？」
答案取決於你問的是誰。物理學家會說有發聲，因為倒下的樹會產生聲波，但生理學家會說沒有，因為需要有耳朵和大腦才能將聲波轉化為對聲音的體驗。
我很開心這個重要問題終於得到了回答。哲學就是這樣討人喜歡，不是嗎？
完整聽覺體驗
先前提到，伏打和杜興都曾將電極插入自己的耳朵，電擊自己，引發聽覺。杜興甚至還電擊聾人的內耳，讓他們產生對聲音的感知。
但是電產生的聲響只是噪音。如果想要真正感受自然的聽覺體驗，察覺出各種音調的細微差別，必須有選擇性地刺激耳蝸的特定區域。隨意刺激整個耳蝸，或只是其中的某個部分，只會產噪音而已。
現代耳蝸植入體不會發出噪音，它們能夠為失聰者提供真正的聲音體驗。
下面將會簡介一下。目前市面上的耳蝸植入體是個細長有彈性的錐形探針，外觀有點類似一小片草皮。以外科手術將探針放置在耳蝸較為寬廣的開口處，然後小心地插進去，直到螺旋腔的末端，使其在內部深處運作。
探針上裝置有精確間隔的不同電極。對不同電極加以刺激便能刺激耳蝸上的不同點，這些電擊的具體位置將會決定大腦如何解讀電極接收到的訊息。
大腦會將來自耳蝸開口附近的訊息記錄為高音調，將來內部深處的訊息註記為低音調，而來自耳蝸中間區域的聲音當然就被感知為中音調。
不過要模擬完整的聽覺體驗，需要超過三個的音調級別。
事實上，探針上放置的電極越多，聽覺體驗就越好，因為這意味著對傳入聲波的解析度更高，進而為患者帶來更好的頻率解析和更豐富的聽覺體驗。
耳蝸探針上的每個電極代表一個頻率範圍，這又稱為頻道（channel）。增加頻道數量會縮小每個頻道需要覆蓋的頻率範圍。
換句話說，頻道越多，音調解析度越高，提供的天然聽覺體驗越好。
《生命的電》提摩西．約根森 著／三采文化