CN108883292B - 多通道光遗传学刺激和抑制 - Google Patents

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Abstract

描述了用于具有植入患者的光学刺激源的耳蜗内阵列的听觉假体的光遗传学信号处理，所述患者具有用光敏离子通道遗传修饰的听觉神经元。基于带通信号的特征时间精细结构特征，为每个带通信号的相应听觉神经元生成刺激定时信号。刺激定时信号包括：i.一个或多个通道打开信号，其被适配来打开相应听觉神经元的离子通道；以及，ii.一个或多个通道关闭信号，其被适配来关闭相应离子通道的离子通道。然后基于刺激定时信号为光学刺激源产生光学刺激信号。

Description

多通道光遗传学刺激和抑制
本申请要求在2016年4月14日提交的美国临时专利申请62/322,266的优先权，其全部内容通过引用并入本文。
技术领域
本发明涉及听觉植入***，并且更具体地，涉及用于在这种***中产生电刺激信号的技术。
背景技术
正常耳朵将如图1所示的声音通过外耳101传递到鼓膜(耳膜)102，鼓膜使中耳103的小骨(锤骨，砧骨和镫骨)振动。镫骨足板位于椭圆形窗口106中，椭圆形窗口106形成通向充满液体的内耳(耳蜗)104的接口。镫骨的移动在耳蜗104中产生压力波，其刺激听觉***的感觉细胞(毛细胞)。耳蜗104是围绕其中心轴(称为耳蜗轴)螺旋缠绕大约两圈半的长而窄的管道。耳蜗104包括被称为前庭阶的上部通道，被称为中阶的中间通道和被称为鼓阶的下部通道。毛细胞连接到位于耳蜗中的耳蜗神经105的螺旋神经节细胞。响应于接收到的由中耳103发送的声音，充满流体的耳蜗104用作换能器以产生电脉冲，该电脉冲被传输到耳蜗神经105，并最终传输到大脑。
当在沿着耳蜗104的神经基底将外部声音转换成有意义的动作电位的能力存在问题时，听力受损。为了改善听力受损，已经开发了听觉假体。例如，当损伤与中耳103的操作有关时，可以使用传统的助听器或中耳植入物以放大的声音的形式向听觉***提供声学-机械刺激。或者当损伤与耳蜗104相关联时，具有植入的刺激电极的耳蜗植入物可以用由沿着电极分布的多个电极触点传递的小电流电刺激听觉神经组织。
图1还示出了典型的耳蜗植入***的一些组件，包括外部麦克风，其向其中可以实现各种信号处理方案的外部信号处理器111提供音频信号输入。然后，将处理后的信号转换成数字数据格式，例如数据帧序列，以便传输到植入物108中。除了接收处理后的音频信息之外，植入物108还执行附加信号处理，例如纠错、脉冲形成等，并产生通过电极引线109发送到植入电极阵列110的刺激模式(基于提取的音频信息)。
通常，电极阵列110在其表面上包括多个电极触点112，其提供对耳蜗104的选择性刺激。根据上下文，电极触点112也称为电极通道。在今天的耳蜗植入物中，相对少量的电极通道各自与相对宽的频带相关联，每个电极接触112用电刺激脉冲寻址一组神经元，所述电刺激脉冲具有从在该频段内的信号包络的瞬时幅度导出的电荷。
图2示出了信号处理布置中的各种功能块，用于根据典型的听力植入***向植入的耳蜗植入物阵列中的电极触点产生电极刺激信号。这种布置的伪代码示例可以被给出为：
输入信号预处理：
BandPassFilter(input_sound，band_pass_signals)
包络提取：
BandPassEnvelope(band_pass_signals，band_pass_envelopes)
刺激定时生成：
TimingGenerate(band_pass_signals，stim_timing)
脉冲生成：
PulseGenerate(band_pass_envelopes，stim_timing，out_pulses)
在下面的讨论中阐述了这种布置的细节。
在图2所示的信号处理布置中，初始输入声音信号由一个或多个传感麦克风产生，所述一个或多个传感麦克风可以是全向性和/或方向性的。预处理器滤波器组201利用一组多个并行带通滤波器(例如，无限脉冲响应(IIR)或有限脉冲响应(FIR))对该输入声音信号进行预处理，每个滤波器与特定的音频频带相关联，例如使用具有6阶无限脉冲响应(IIR)类型的12个数字巴特沃斯带通滤波器的滤波器组，使得声学音频信号被滤波成一些K个带通信号U1到UK，其中，每个信号对应于带通滤波器之一的频带。用于有声语音输入信号的足够窄的CIS带通滤波器的每个输出可粗略地被视为由包络信号调制的在带通滤波器的中心频率处的正弦波。这也是由于滤波器的品质因数(Q≈3)。在有声语音段的情况下，该包络是近似周期性的，并且重复率等于音调频率。可选地并且非限制地，可以基于快速傅里叶变换(FFT)或短时傅里叶变换(STFT)的使用来实现预处理器滤波器组201。基于耳蜗的音频定位组织，在鼓阶中的每个电极触点通常与预处理器滤波器组201的特定带通滤波器相关联。预处理器滤波器组201还可以执行其他初始信号处理功能，例如但不限于自动增益控制(AGC)和/或降噪和/或风噪声降低和/或波束形成以及其他众所周知的信号增强功能。下文给出了基于直接形式II转置结构的无限脉冲响应(IIR)滤波器组的伪代码的示例：Fontaine等人,Brian Hears:Online Auditory Processing Using Vectorization Over Channels,Frontiers in Neuroinformatics,2011(大脑听力：使用通道上的矢量化的在线听觉处理，神经信息学前沿，2011)，其通过引用整体并入本文。
带通信号U1到UK(其也可以被认为是电极通道)被输出到包括包络检测器202和精细结构检测器203的刺激定时器206。包络检测器202提取特征包络信号输出Y1，...，YK，其表示通道特定的带通包络。可以用Yk＝LP(|Uk|)表示包络提取，其中，|.|表示绝对值，并且，LP(.)是低通滤波器；例如，使用12个整流器和二阶IIR型的12个数字巴特沃斯低通滤波器。或者，如果带通信号U1，...，UK由正交滤波器生成，则包络检测器202可以提取希尔伯特包络。
精细结构检测器203用于获得在信号通道中的瞬时频率的估计，处理带通信号U1，...，UK的所选时间精细结构特征以产生刺激定时信号X1，...，XK。带通信号U1，...，UK可以被假定为实值信号，因此在分析正交滤波器组的特定情况下，精细结构检测器203仅考虑Uk的实值部分。精细结构检测器203由K个独立的、同等结构的并行子模块形成。
来自包络检测器202的所提取的带通信号包络Y1，...，YK以及来自精细结构检测器203的刺激定时信号X1，...，XK从刺激定时器206输出到脉冲发生器204，脉冲发生器204产生用于在植入电极阵列205中的电极触点的电极刺激信号Z。脉冲发生器204应用患者特异性映射功能——例如，使用包络信号的瞬时非线性压缩(映射定律)——这适用于在植入物的适配期间，个体耳蜗植入物使用者的需要，以便实现自然响度增长。脉冲发生器204可以应用具有形状因子C的对数函数作为响度映射函数，其通常在所有带通分析通道上是相同的。在不同的***中，可以使用除对数函数之外的不同的特定响度映射函数，其中，将仅仅一个相同的函数应用到所有的通道，或对于每个通道应用一个单独的函数以产生电极刺激信号。电极刺激信号通常是一组对称的双相电流脉冲。
在本领域中众所周知的是，耳蜗内不同位置处的电刺激产生不同的频率感知。正常声音听觉中的潜在机制被称为音质原理。在耳蜗植入物用户中，耳蜗的音质定位组织已被广泛研究；例如，参见：Vermeire等人，Neural tonotopy in cochlear implants:Anevaluation in unilateral cochlear implant patients with unilateral deafnessand tinnitus,Hear Res,245(1-2),2008Sep 12p.98-106(耳蜗植入物中的神经拓扑：对单侧耳聋和耳鸣患者的单侧耳蜗植入物的评估，听力研究，245(1-2)，2008年9月12日，98-106页)；以及，Schatzer等人,Electric-acoustic pitch comparisons in single-sided-deaf cochlear implant users:Frequency-place functions and rate pitch,HearRes,309,2014Mar,p.26-35(单侧耳聋耳蜗植入物用户的电声间距比较：频率-位置函数和速率间距，听力研究，309，2014年三月，26-35页)(两者均通过引用整体并入本文)。
在一些刺激信号编码策略中，刺激脉冲以恒定速率施加在所有电极通道上，而在其他编码策略中，以通道特定速率施加刺激脉冲。可以实现各种特定信号处理方案以产生电刺激信号。在耳蜗植入物领域中众所周知的信号处理方法包括连续交织采样(CIS)、通道特定采样序列(CSSS)(如美国专利No.6,348,070中所述，其通过引用并入本文)、频谱峰值(SPEAK)以及压缩模拟(CA)处理。
在CIS策略中，信号处理器仅使用带通信号包络进行进一步处理，即，它们包含整个刺激信息。对于每个电极通道，信号包络被表示为以恒定重复率的双相脉冲序列。CIS的特性特征在于对于所有电极通道而言刺激率相等，并且与各个通道的中心频率无关。意图是对于患者脉冲重复率不是时间线索(即，它应该足够高，使得患者不会感知频率等于脉冲重复率的音调)。脉冲重复率可以选择为大于包络信号带宽的两倍(基于奈奎斯特定理)。
在CIS***中，以严格非重叠的顺序施加刺激脉冲。因此，作为典型的CIS特征，一次只有一个电极通道是活动的，并且整体刺激率相对较高。例如，假设总体刺激率为18kpps和并且有12通道滤波器组，则每个通道的刺激率为1.5kpps。每个通道的这种刺激率通常足以用于包络信号的充分时间表示。最大总刺激率受每脉冲的最小相位持续时间限制。相位持续时间不能任意短，因为脉冲越短，电流幅度必须越高以引起神经元中的动作电位，并且电流幅度由于各种实际原因而受到限制。对于18kpps的总体刺激率，相位持续时间为27μs，其接近下限。
Med-El的精细结构处理(FSP)策略在较高频率通道中使用CIS，并且在较低频率的更多顶端电极通道中使用在带通信号中存在的精细结构信息。在FSP电极通道中，跟踪带通滤波时间信号的过零点点，并且在每个负到正过零点处，启动通道特定采样序列(CSSS)。通常，CSSS序列应用于最多3个最顶端的电极通道，覆盖高达200或330Hz的频率范围。在下文中进一步描述了FSP布置：Hochmair I,Nopp P,Jolly C,Schmidt M,
Figure BDA0001822848690000061
H,GarnhamC,Anderson I,MED-EL Cochlear Implants:State of the Art and a Glimpse into theFuture,Trends in Amplification,vol.10,201-219,2006(MED-EL耳蜗植入物：现状和未来总览，放大趋势，第一卷，10，201-219，2006)，其通过引用并入本文。FS4编码策略与FSP的不同之处在于：最多4个顶端通道可以使用其精细结构信息。在FS4-p中，可以在4个FSP电极通道中的任何2个上并行递送刺激脉冲序列。利用FSP和FS4编码策略，精细结构信息是给定电极通道的瞬时频率信息，其可以为用户提供改善的听觉、更好的语音理解和增强的感知音频质量。参见例如：美国专利7,561,709；Lorens等人"Fine structure processingimproves speech perception as well as objective and subjective benefits inpediatric MED-EL COMBI 40+users."International journal of pediatricotorhinolaryngology 74.12(2010):1372-1378(“在儿童MED-EL COMBI 40+用户中精细结构处理可以改善语言感知以及客观和主观益处”，国际儿科耳鼻咽喉科学杂志74.12(2010)：1372-1378)；以及，Vermeire等人，"Better speech recognition in noise withthe fine structure processing coding strategy."ORL 72.6(2010):305-311(“用精细结构处理编码策略在噪声中更好地识别语音”ORL 72.6(2010)：305-311)；所有这些都通过引用整体并入本文。
许多耳蜗植入编码策略使用所谓的n-of-m(m中的n)方法，其中，在给定的采样时间帧中仅刺激具有最大幅度的一些数量n电极通道。如果对于给定时间帧，特定电极通道的幅度保持高于其他通道的幅度，则将对于整个时间帧选择该通道。随后，可用于编码信息的电极通道的数量减少一个，这导致刺激脉冲的聚类。因此，较少的电极通道可用于编码声音信号的重要时间和频谱特性，例如语音起始。
如图3A所示，由于电流的广泛传播，使用听觉神经的电刺激的常规耳蜗植入物在空间分辨率上受到限制。已经进行了各种尝试来减少由于电流传播引起的所谓的通道相互作用/串扰。一种简单的方法是通过传统的CIS刺激执行的使用局部分离的电极触点在时间上顺序地刺激。这使得退出的神经元的数量最大化，因为如果先前刺激的时间最大化，则它们更可能脱离其难治状态，但是激发的扩散仍然妨碍有效谱通道的数量。电场的锐化是提供更多谱通道的另一种尝试。这是通过所谓的聚焦刺激(诸如相控阵列或三极刺激)进行的。聚焦刺激的益处是有限的，因为这会消耗大量能量。为了提供与未聚焦刺激相当的响度感知，必须提高当前水平，使得扩散也与未聚焦刺激相当。
另一种被称为光遗传学刺激的新方法基于对听觉神经元中的遗传修饰的离子通道的光学刺激(例如，通过诸如蛇毒素-2、Chronos等视蛋白的病毒表达)，其被应用具有多个光源的耳蜗内阵列，如图3B所示。光遗传学刺激被认为提供比电刺激更多的听觉神经元的空间聚焦刺激，并且因此应提供更多不同的谱通道。在该耳蜗内阵列中可以包括不同类型的光源，其可以产生不同波长的光，这可以对遗传修饰的离子通道具有不同的影响。
例如，一个波长的光可能打开离子通道，而另一个波长可能会关闭它们((Jeschke,Marcus和Tobias Moser，"Considering optogenetic stimulation forcochlear implants."Hearing research 322(2015):224-234(“考虑对耳蜗植入物进行光遗传学刺激”听力研究322(2015)：224-234)；其全部内容通过引用并入本文)。Ritter等人发现可以通过交替的蓝光和绿光来打开和关闭CHR2的电导率(Ritter,Eglof等人"Light-dark adaptation of channelrhodopsin C128T mutant."Journal of BiologicalChemistry 288.15(2013):10451-10458(“通道视紫红质C128T突变体的光暗适应”生物化学期刊，288.15(2013)：10451-10458)；Berndt,André等人"Bi-stable neural stateswitches."Nature neuroscience 12.2(2009):229-234(“双稳态神经状态开关”，自然神经科学，12.2(2009)：229-234)；这两者都通过引用整体并入本文)。可以用黄光静默表达嗜盐菌紫质(HaloR)的听觉神经元(Zhao,Shengli等人，"Improved expression ofhalorhodopsin for light-induced silencing of neuronal activity."Brain cellbiology 36.1-4(2008):141-154(“改善嗜盐菌紫质的表达，用于光诱导的神经元活动沉默”脑细胞生物学，36.1-4(2008)：141-154)；其通过引用整体并入本文)。也已经用红光和蓝光示出双峰神经激发(Schild,Lisa C和Dominique A.Glauser，"Dual color neuralactivation and behavior control with chrimson and CoChR in Caenorhabditiselegans."Genetics 200.4(2015):1029-1034(“利用秀丽隐杆线虫中的chrimson和CoChR的双色神经激活和行为控制”，遗传学，200.4(2015)：1029-1034)；通过引用整体并入本文)。目前正在努力研究光遗传学工具箱以用于快速抑制、激发和双稳态调制(Prakash,Rohi等人，"Two-photon optogenetic toolbox for fast inhibition,excitation andbistable modulation."Nature methods 9.12(2012):1171-1179(“用于快速抑制、激发和双稳态调制的双光子光遗传工具箱”自然方法，9.12(2012)：1171-1179)；通过引用整体并入本文)。
发明内容
本发明的实施例涉及一种用于具有植入患者的多个光学刺激源的耳蜗内阵列的听觉假体的光遗传学信号处理，所述患者具有用光敏离子通道遗传修饰的听觉神经元。处理输入声音信号以产生多个带通信号，每个带通信号表示给定的音频频带并与一组相应的听觉神经元相关联。基于所述特征时间精细结构特征，为每个带通信号产生所述相应听觉神经元的刺激定时信号。所述刺激定时信号包括：i.一个或多个通道打开信号，被适配来打开所述相应听觉神经元的所述离子通道以激活神经激发，以及，ii.一个或多个通道关闭信号，被适配来关闭所述相应离子通道的所述离子通道以抑制神经激发。然后，基于所述刺激定时信号产生用于所述光刺激源的光学刺激信号。
在一些特定实施例中，所述光学刺激源配置成产生在多个不同波长的光学刺激信号。例如，所述通道打开信号可以使用具有与打开所述离子通道相关联的第一波长的光学刺激信号，并且所述通道关闭信号可以使用具有与所述第一波长不同的并且与关闭所述离子通道相关联的第二波长的光学刺激信号。所述光学刺激源可以沿着所述耳蜗内阵列配置，以便在所述第一波长和所述第二波长之间交替。对于每个离子通道，所述通道打开信号和所述通道关闭信号可以被适配为在空间上相对于彼此分布。
所述时间精细结构特征可以包括精细结构过零点，并且对于每个离子通道，所述通道打开信号和所述通道关闭信号可以基于所述精细结构过零点交替。每个光学刺激信号可以具有固定的强度或具有跟随相应精细结构特征的斜率的可变强度。在将通道打开信号施加到给定离子通道同时或就在此之前，可以将通道关闭信号施加到一个或多个相邻离子通道。
附图说明
图1示出了具有耳蜗植入***的典型人耳的解剖结构。
图2示出了用于典型耳蜗植入***的信号处理布置中的各种功能块
图3A-3B示出了利用电信号和光信号的耳蜗刺激的空间扩散特性。
图4示出了适用于本发明实施例的耳蜗内光学刺激阵列的示例。
图5A-5D示出了根据本发明实施例的基于带通精细结构的光学刺激图案的示例。
具体实施方式
本发明的实施例涉及一种光遗传学耳蜗植入***，其具有多个光学刺激源的耳蜗内阵列，所述耳蜗内阵列植入患者，所述患者的听觉神经元已经用光敏离子通道进行遗传修饰。可以通过基于带通信号的精细结构特征而产生的不同波长光学刺激信号来打开和关闭听觉神经元离子通道。这种***提供高空间选择性和使用更多谱通道的可能性。此外，由于神经放电速率主要取决于离子通道保持打开的时间，因此可以实现更高的刺激率。
这种***中处于高水平的功能信号处理块看起来像传统的基于电刺激的耳蜗植入物中的那些，例如上面参考图2所讨论的。在这样的***中，预处理器滤波器组201处理输入声音信号以产生带通信号，每个带通信号代表给定的音频频带，并且其还与一组相应的听觉神经元相关联。
然后，刺激定时器206基于带通信号的特征时间精细结构特征，为每个带通信号产生用于相应听觉神经元的光学刺激定时信号，其类似于在诸如FSP和FS4方案的电刺激布置中所做的。但是光学刺激定时信号不是产生电刺激信号，而是包括：一个或多个通道打开信号，其被适配来打开相应听觉神经元的离子通道以激活神经激发；以及，一个或多个通道关闭信号，其被适配来关闭相应离子通道的离子通道以抑制神经激发。
然后，脉冲发生器204使用刺激定时信号来产生光学刺激源的光学刺激信号，所述光学刺激源沿着植入的耳蜗内阵列在空间上分布。图4示出了适用于本发明实施例的耳蜗内光学刺激阵列400的示例，其交错来自打开源(OS)401的通道打开信号和来自关闭源(CS)402的通道关闭信号，这可以例如由不同波长的蓝色和绿色microLED实现。来自CS 402的通道关闭信号可以关闭的神经群体的面积扩展，使得两个侧翼CS 402将覆盖中间OS 401可以利用通道打开信号激活的相同区域。换句话说，用侧翼CS 402的两个同时通道关闭信号关闭由OS 401的通道打开信号打开的神经离子通道。
为了增强空间选择性，可以在进一步远离的光源(例如，按抑制的顺序+1相邻光源)上，在通道打开信号的同时或不久之前施加通道关闭信号。或者，可以在通道打开信号的同时或不久之前以减小的幅度激活侧翼光源，使得由通道打开信号意欲刺激的神经群不被通道关闭信号覆盖。通道打开和关闭信号可以具体地是连续光信号或光脉冲序列，并且可以用信号包络的幅度或者使用带通信号的峰值的幅度来缩放信号。
图5A-5D示出了根据本发明实施例的基于带通精细结构的光学刺激图案的示例，其中，时间精细结构特征包括精细结构过零点。对于每个离子通道，通道打开信号和通道关闭信号基于每个通道内的精细结构过零点交替。如图5A所示，对于每个负到正的过零点，施加固定强度的通道打开信号，并且对于每个正到负的过零点，施加固定强度的通道关闭信号。在另一个实施例中，固定强度通道打开和/或关闭信号可以取决于带通信号的通道包络或精细结构信号。光学刺激信号的强度可以是光学刺激脉冲的强度和/或脉冲持续时间。
图5C中示出了另一种方法，其中，光学刺激信号的强度跟随带通信号的斜率。因此，在负到正的过零点处，通道打开信号强度处于最小值，并且然后随着带通精细结构振幅在带通信号的峰值处达到最大值而稳定地上升。此时，通道打开信号然后被关闭，并且通道关闭信号打开，这关闭离子通道并抑制神经激发。图5D示出了类似方法：使用作为在负到正的过零点开始直到带通信号的峰值的通道打开信号的一系列短脉冲，然后施加作为通道关闭信号的短脉冲或脉冲序列直到带通信号的正到负过零点。
除了上述过零点方法之外，可以使用例如利用带通包络进行幅度调制的固定时间网格或刺激帧将CIS型刺激应用于一些或所有离子通道。
在另一个替代方案中，可以通过在给定离子通道x上施加通道打开信号，然后在侧翼通道上应用通道关闭信号的交替顺序来促进离子通道的快速打开和关闭。因此，对于具有交替地布置并且以OS开始的九个光学刺激源的实施例，那么光源可以被描述为：
CS1，OS1，CS2，OS2，CS3，OS3，CS4，OS4，CS5
然后相应的刺激帧看起来像：
[OS1]，[CS1，CS2]，[OS2]，[CS2，CS3]，[OS3]，[CS3，CS4]，[OS4]，[CS4，CS5]
其中，在括号中的通道同时受到刺激。
在另一个替代方案中，离子通道可以使用不同的视蛋白或基因，每个视蛋白或基因与以不同速率打开或关闭离子通道相关联。例如，可以使用利用不同波长的光学刺激信号打开离子通道的两个不同的视蛋白和/或基因来控制开口率。可以使用利用相同波长但不同强度的光强刺激信号打开离子通道视蛋白或基因。例如，直到第一光学刺激强度，仅具有低打开率的视蛋白/基因打开离子通道，并且对于超过该刺激强度的任何光学刺激信号，具有高打开率的视蛋白/基因打开离子通道。这可以有助于控制调制更大程度地听到的声音的强度和感知，并且从而通过控制神经激励来增加动态范围。
尽管已经公开了本发明的各种示例性实施例，但是对于本领域技术人员来说显而易见的是，可以进行各种改变和修改，这些改变和修改将实现本发明的一些优点而不脱离本发明的真实范围。

Claims (20)

1.一种用于具有植入患者的多个光学刺激源的耳蜗内阵列的听觉假体的光遗传学信号处理的方法，所述患者具有用光敏离子通道遗传修饰的听觉神经元，所述方法包括：
处理输入声音信号以产生多个带通信号，每个带通信号表示给定的音频频带并与一组相应听觉神经元相关联，其中，每个带通信号具有特征时间精细结构特征；
基于所述特征时间精细结构特征，为每个带通信号产生用于所述相应听觉神经元的刺激定时信号，其中，所述刺激定时信号包括：
i.一个或多个通道打开信号，被适配来打开所述相应听觉神经元的所述离子通道以激活神经激发，以及
ii.一个或多个通道关闭信号，被适配来关闭相应离子通道中的所述离子通道以抑制神经激发；以及
基于所述刺激定时信号产生用于所述光学刺激源的光学刺激信号，
其中，所述时间精细结构特征包括精细结构过零点，并且其中，对于每个离子通道，所述通道打开信号和所述通道关闭信号基于所述精细结构过零点交替。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，每个光学刺激信号具有固定的强度。
3.一种用于具有植入患者的多个光学刺激源的耳蜗内阵列的听觉假体的光遗传学信号处理的方法，所述患者具有用光敏离子通道遗传修饰的听觉神经元，所述方法包括：
处理输入声音信号以产生多个带通信号，每个带通信号表示给定的音频频带并与一组相应听觉神经元相关联，其中，每个带通信号具有特征时间精细结构特征；
基于所述特征时间精细结构特征，为每个带通信号产生用于所述相应听觉神经元的刺激定时信号，其中，所述刺激定时信号包括：
i.一个或多个通道打开信号，被适配来打开所述相应听觉神经元的所述离子通道以激活神经激发，以及
ii.一个或多个通道关闭信号，被适配来关闭相应离子通道中的所述离子通道以抑制神经激发；以及
基于所述刺激定时信号产生用于所述光学刺激源的光学刺激信号，
其中，每个光学刺激信号具有跟随相应精细结构特征的斜率的可变强度。
4.根据权利要求1或3所述的方法，其中，对于每个离子通道，所述通道打开信号和所述通道关闭信号被适配来在空间上相对于彼此分布。
5.根据权利要求1或3所述的方法，其中，所述光学刺激源被配置成产生在多个不同波长的光学刺激信号。
6.根据权利要求5所述的方法，其中，所述通道打开信号使用具有与打开所述离子通道相关联的第一波长的光学刺激信号，并且所述通道关闭信号使用具有与所述第一波长不同的并且与关闭所述离子通道相关联的第二波长的光学刺激信号。
7.根据权利要求6所述的方法，其中，所述光学刺激源沿着所述耳蜗内阵列配置，以便在所述第一波长和所述第二波长之间交替。
8.根据权利要求1或3所述的方法，其中，在将通道打开信号施加到给定离子通道同时或就在此之前，将通道关闭信号施加到一个或多个相邻离子通道。
9.一种用于具有植入患者的多个光学刺激源的耳蜗内阵列的听觉假体的光遗传学信号处理的***，所述患者具有用光敏离子通道遗传修饰的听觉神经元，所述***包括：
预处理器滤波器组，被配置为产生多个带通信号，每个带通信号表示给定的音频频带并与一组相应听觉神经元相关联，其中，每个带通信号具有特征时间精细结构特征；
刺激定时器，被配置为基于所述特征时间精细结构特征为每个带通信号产生用于所述相应听觉神经元的刺激定时信号，其中，所述刺激定时信号包括：
i.一个或多个通道打开信号，被适配来打开所述相应听觉神经元的所述离子通道以激活神经激发，以及
ii.一个或多个通道关闭信号，被适配来关闭相应离子通道中的所述离子通道以抑制神经激发；以及
脉冲发生器，被配置为基于所述刺激定时信号产生用于所述光学刺激源的光学刺激信号，
其中，所述时间精细结构特征包括精细结构过零点，并且其中，对于每个离子通道，所述通道打开信号和所述通道关闭信号基于所述精细结构过零点交替。
10.根据权利要求9所述的***，其中，每个光学刺激信号具有固定的强度。
11.一种用于具有植入患者的多个光学刺激源的耳蜗内阵列的听觉假体的光遗传学信号处理的***，所述患者具有用光敏离子通道遗传修饰的听觉神经元，所述***包括：
预处理器滤波器组，被配置为产生多个带通信号，每个带通信号表示给定的音频频带并与一组相应听觉神经元相关联，其中，每个带通信号具有特征时间精细结构特征；
刺激定时器，被配置为基于所述特征时间精细结构特征为每个带通信号产生用于所述相应听觉神经元的刺激定时信号，其中，所述刺激定时信号包括：
i.一个或多个通道打开信号，被适配来打开所述相应听觉神经元的所述离子通道以激活神经激发，以及
ii.一个或多个通道关闭信号，被适配来关闭相应离子通道中的所述离子通道以抑制神经激发；以及
脉冲发生器，被配置为基于所述刺激定时信号产生用于所述光学刺激源的光学刺激信号，
其中，每个光学刺激信号具有跟随相应精细结构特征的斜率的可变强度。
12.根据权利要求9或11所述的***，其中，所述多个光学刺激源被配置为使得对于每个离子通道，所述通道打开信号和所述通道关闭信号被适配来在空间上相对于彼此分布。
13.根据权利要求9或11所述的***，其中，所述光学刺激源被配置成产生在多个不同波长的光学刺激信号。
14.根据权利要求13所述的***，其中，所述通道打开信号使用具有与打开所述离子通道相关联的第一波长的光学刺激信号，并且所述通道关闭信号使用具有与所述第一波长不同的并且与关闭所述离子通道相关联的第二波长的光学刺激信号。
15.根据权利要求14所述的***，其中，所述光学刺激源沿着所述耳蜗内阵列配置，以便在所述第一波长和所述第二波长之间交替。
16.根据权利要求9或11所述的***，其中，在将通道打开信号施加到给定离子通道同时或就在此之前，将通道关闭信号施加到一个或多个相邻离子通道。
17.一种非暂时性有形计算机可读介质，其上具有用于具有植入患者的多个光学刺激源的耳蜗内阵列的听觉假体的光遗传学信号处理的指令，所述患者具有用光敏离子通道遗传修饰的听觉神经元，所述指令包括：
处理输入声音信号以产生多个带通信号，每个带通信号表示给定的音频频带并与一组相应听觉神经元相关联，其中，每个带通信号具有特征时间精细结构特征；
基于所述特征时间精细结构特征，为每个带通信号产生用于所述相应听觉神经元的刺激定时信号，其中，所述刺激定时信号包括：
i.一个或多个通道打开信号，被适配来打开所述相应听觉神经元的所述离子通道以激活神经激发，以及
ii.一个或多个通道关闭信号，被适配来关闭相应离子通道中的所述离子通道以抑制神经激发；以及
基于所述刺激定时信号产生用于所述光学刺激源的光学刺激信号，
其中，所述时间精细结构特征包括精细结构过零点，并且其中，对于每个离子通道，所述通道打开信号和所述通道关闭信号基于所述精细结构过零点交替。
18.一种非暂时性有形计算机可读介质，其上具有用于具有植入患者的多个光学刺激源的耳蜗内阵列的听觉假体的光遗传学信号处理的指令，所述患者具有用光敏离子通道遗传修饰的听觉神经元，所述指令包括：
处理输入声音信号以产生多个带通信号，每个带通信号表示给定的音频频带并与一组相应听觉神经元相关联，其中，每个带通信号具有特征时间精细结构特征；
基于所述特征时间精细结构特征，为每个带通信号产生用于所述相应听觉神经元的刺激定时信号，其中，所述刺激定时信号包括：
i.一个或多个通道打开信号，被适配来打开所述相应听觉神经元的所述离子通道以激活神经激发，以及
ii.一个或多个通道关闭信号，被适配来关闭相应离子通道中的所述离子通道以抑制神经激发；以及
基于所述刺激定时信号产生用于所述光学刺激源的光学刺激信号，
其中，每个光学刺激信号具有跟随相应精细结构特征的斜率的可变强度。
19.根据权利要求18所述的非暂时性有形计算机可读介质，其中，所述多个光学刺激源被配置为使得对于每个离子通道，所述通道打开信号和所述通道关闭信号被适配来在空间上相对于彼此分布。
20.根据权利要求18或19所述的非暂时性有形计算机可读介质，其中，所述光学刺激源被配置成产生在多个不同波长的光学刺激信号。
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