芭蕾舞演員輕鬆地躍入空中，像陀螺一樣原地旋轉，是人類身體在最壯觀和受控狀態下運動的景象。他們的大腦似乎也很特別，能夠避開快速旋轉通常會導致的眩暈。今年年初發表的一項研究中，研究人員發現，與普通人的大腦相比，舞者大腦中參與旋轉感知的部位似乎不太敏感，這可能有助於他們抵抗眩暈。
對於數百萬其他人來說，突然開始旋轉的是他們的整個世界，而不是他們自己。當眩暈發作時，即使是最簡單的任務，比如穿過房間，也可能變得不可能，而且這種情況可能會持續數月或數年。在美國，39歲以上的成年人中有 35%——即 6900 萬人——曾經歷過一次或多次眩暈，通常是因為內耳中感知身體位置的部分或將資訊傳遞到大腦的神經受損。雖然藥物和物理療法可以幫助許多人，但仍有數萬人無法從現有治療中獲益。“我們平衡感嚴重喪失的患者一遍又一遍地被告知，我們對此無能為力，”研究內耳疾病並指導約翰·霍普金斯前庭神經工程實驗室的耳鼻喉科醫生查爾斯·德拉·桑蒂納說。
史蒂夫·巴赫的噩夢始於 2013 年 11 月。這位建築經理當時在位於新澤西州帕西帕尼的家中。“突然間，房間像 78 轉的唱片一樣飛速旋轉，”現年 57 歲的巴赫說道。當他的女兒發現他時，他正蜷縮在客廳地板上呈胎兒姿勢，女兒撥打了 911。他在醫院住了五天。“坐在床上，”他回憶道，“就像坐在六英尺高的梯子上。”巴赫的醫生告訴他，他的左內耳因病毒感染而發炎。他接受了六個月的物理治療，以訓練他的大腦和他健康的右耳來補償左耳功能的喪失。這有所幫助，他於 2014 年 5 月重返工作崗位。即便如此，今年春天，當他在建築工地周圍走動時，他仍然感到片刻的不穩。“無論你大腦中的什麼東西告訴你你的腳何時著地以保持直立，我都沒有 100% 的那種能力，”他說。眩暈還會引發嚴重的焦慮和抑鬱、損害短期記憶、擾亂家庭生活和阻礙事業。
支援科學新聞報道
如果您喜歡這篇文章，請考慮透過以下方式支援我們屢獲殊榮的新聞報道 訂閱。透過購買訂閱，您正在幫助確保有關塑造當今世界的發現和想法的具有影響力的故事的未來。
德拉·桑蒂納說，這種令人痛苦的困難正在促使醫生們測試針對最嚴重的眩暈病例的新療法。他正在開始一項針對內耳人工耳蝸植入體的臨床試驗。其他醫生正在試驗基因療法來修復內耳損傷。而對舞者的研究開始揭示與平衡有關的大腦解剖結構的新方面，這些部位可能成為未來治療的目標。
耳朵是讓我們保持直立和穩定的關鍵，因為它們擁有一個被稱為外周前庭系統的解剖學奇蹟。這是一個微小的裝置，在每個耳朵中，由充滿液體的環、球和微小的毛細胞組成。毛髮頂部覆蓋著一層膜，膜上鑲嵌著更小的碳酸鈣晶體。當頭部移動時，晶體拉動毛髮，並與其他解剖結構結合，將有關運動、方向和速度的資訊傳遞到前庭神經。神經將其傳遞到大腦莖部的區域，稱為小腦，以及其他神經區域。然後，大腦啟用各種肌肉和視覺系統來維持平衡。
這個精細系統可能出現問題的清單很長。內耳眩暈的原因包括腫瘤、細菌和病毒感染、某些抗生素的損害以及梅尼埃病，這是一種以反覆發作的眩暈、聽力喪失和耳鳴為特徵的慢性病，專家估計，這種疾病還會影響另外 500 萬人。最常見的前庭疾病是良性陣發性位置性眩暈症 (BPPV)。當遊離的晶體脫落，漂浮到前庭環中併產生虛假的運動感時，就會發生這種情況。幸運的是，這種型別的問題通常可以透過物理療法有效地治療，物理療法包括重複進行一組緩慢的頭部運動，使晶體漂浮出環。
但是物理療法並非對所有人都有幫助，或者像巴赫的案例一樣，無法完全治癒患者。一些患者雙耳前庭功能喪失。對於他們，德拉·桑蒂納和他在約翰·霍普金斯大學的同事一直在開發一種植入物，用機械元件代替受損的內耳解剖結構。一旦研究人員獲得美國食品和藥物管理局的批准，他們將開始在人體上測試他們的發明，稱為多通道前庭植入物。該裝置以人工耳蝸植入體為模型，自 1982 年首次使用以來，人工耳蝸植入體已為成千上萬的人恢復了聽力。這些植入體使用麥克風拾取聲音振動，並透過聽覺神經將其傳輸到大腦。前庭植入物沒有麥克風，而是有兩個微型運動感測器，可以跟蹤頭部的運動。其中一個感測器是陀螺儀，用於測量頭部向上、向下和環顧房間的運動。另一個感測器是線性加速度計，用於測量方向運動，例如直線行走或走下樓梯。運動感測器不是將聲音分解為不同的頻率分量並將其傳送到聽覺神經，而是將表示頭部位置和運動的訊號傳送到前庭神經。
華盛頓大學對四名梅尼埃病患者進行的不同前庭植入物試驗的結果好壞參半。雖然最初效果很好，但幾個月後效果就逐漸減弱。但約翰·霍普金斯大學的裝置設計不同，將用於治療梅尼埃病以外疾病的患者，因此醫生們希望結果會更好。
耳朵基因
正在人體上測試的另一種策略涉及一種控制內耳毛細胞生長的基因。在胚胎髮育過程中，ATOH1 基因指導這些細胞的產生，這些細胞對於聽力和平衡至關重要。該基因在出生時停止工作，使人類的毛髮數量固定——如果毛髮受損，就會出現問題。在堪薩斯大學耳鼻喉科醫生欣裡奇·施泰克領導的早期 FDA 批准的針對平衡和聽力的臨床試驗中，研究人員正在全身麻醉下將該基因注射到 45 名嚴重聽力喪失患者的耳朵中。在對內耳嚴重受損的小鼠進行的實驗中，該化合物將毛細胞水平恢復到正常水平的 50%，聽力有所改善。如果實驗性化合物 CGF166 在人體中產生類似的效果，它可能會開啟前庭疾病治療的新紀元。
基因療法需要謹慎處理；它會引發嚴重的免疫系統反應，並且在其他實驗中，患者已經死亡。施泰克說，該試驗中的安全因素包括一種只能在靶細胞中開啟的基因，以及不會在體內迴圈的微量劑量。此外，他解釋說，基因周圍的病毒外殼有助於其穿透細胞，在之前使用不同基因進行的約 1,500 人的實驗中，“沒有出現安全問題”。
即使此類研究取得成功，我們對致殘性眩暈的基本知識仍然存在重大差距。例如，醫生不知道為什麼耳晶體會首先脫落。這些差距是一些研究人員轉向芭蕾舞演員的原因。其目的是研究特別強大的前庭系統，以更好地瞭解不健康系統的奧秘。
倫敦帝國學院的一個團隊使用一系列測試和腦部成像技術來研究專業芭蕾舞演員在進行多次旋轉時抵抗眩暈的能力。科學家們研究了 29 名平均接受 16 年訓練的女性舞者——舞者在六歲或更早時開始訓練——並將她們與女性賽艇運動員進行了比較。該小組今年在《大腦皮層》雜誌上報告說，經驗更豐富、訓練有素的舞者在小腦中感知眩暈的部分神經元密度較低。研究人員認為，這種解剖結構較小，是因為舞者不斷抑制對眩暈的感知。在旋轉過程中，舞者儘可能長時間地將目光集中在一個固定點上。這種稱為定點注視的技術限制了傳送到大腦的感官訊號。多年訓練中“抵抗眩暈的主動努力”也使研究中的舞者在右腦半球處理這些訊號的部分中，神經元連線網路更小、更慢。
科學家們認為，如果能夠找到在非舞者中使用物理療法來培養這種抑制能力的方法，這種抑制能力可能有一天會為慢性眩暈患者提供緩解。對於成千上萬的患者來說，這將是一個好轉。