Kurčiųjų ausų klausymas naudojant šviesą

Apie 100 000 labai kurčių žmonių dabar girdi naudodami kochlearinius implantus, kurie stimuliuoja klausos nervą elektrodų styga, implantuota į vidinę ausį. Nors įrenginiai daugeliui vartotojų leidžia lengvai kalbėtis ir naudotis telefonais, jie vis tiek nesugeba atkurti normalios klausos. Dabar Šiaurės vakarų universiteto mokslininkai tiria, ar lazeriniai implantai vieną dieną galėtų pranokti šiandieninę elektrinę versiją.

Garso efektai: Optinis kochlearinis implantas apeitų šias vidinės ausies plaukuotumo ląsteles (aukščiau), kurios daugeliu didelio kurtumo atvejų neveikia. Optinė spinduliuotė stimuliuotų neuronus, kuriuos paprastai sukelia šių mikroskopinių skaidulų judėjimas, reaguojant į garso vibracijas.

Žinduolių ausis naudoja neuroninius šūvius kaip vieną iš garso kodavimo būdų. Vykdant projektą, finansuojamą Nacionalinio kurtumo ir kitų komunikacijos sutrikimų instituto (NIDCD), Klausas-Petras Richteris ir jo kolegos iš Northwestern įrodė, kad jie gali kontroliuoti gyvūnų klausos nervo šūvių dažnį naudodami infraraudonąją lazerio spinduliuotę. Dabar jie bando nustatyti, ar jį saugu naudoti ilgą laiką ir kad jis gali pakankamai tiksliai manipuliuoti nervinio degimo dažniu, kad smegenims būtų išsiųsta naudinga informacija.

Naudojant įprastus kochlearinius implantus, elektros signalai plinta drėgnoje, sūrioje kūno aplinkoje, purvindami signalą. Dėl to sunku suaktyvinti konkrečias nervų populiacijas sraigės viduje. Dar labiau apsunkina reikalus, tuo pačiu metu skirtingose ​​vietose esantys impulsai susilieja tarpusavyje, stimuliuodami sraigę visur, o ne norimose vietose.

Inžinieriai išsprendžia problemą, vienu metu įjungdami tik vieną ar du iš 16 arba 24 elektrodų vidinėje ausyje. Tai daroma taip greitai, kad vartotojas turi iliuziją, kad visi elektrodai šaudo, tačiau rezultatas vis tiek yra gana grubus normalios klausos modeliavimas. Daugeliui kochlearinių implantų naudotojų balsai skamba mechaniškai, o muzikos garsai išnyksta.

Kita vertus, infraraudonųjų spindulių lazeris gali būti tiksliai spinduliuojamas nervų skaidulomis. Be to, lazerio šviesos kryptingumas reiškia, kad skirtingose ​​vietose esantys optiniai impulsai netrukdys vienas kitam. Dėl didesnio neuroninės stimuliacijos tikslumo balsai ir muzika skambėtų natūraliau, o vartotojai galėtų lengviau kalbėtis triukšmingoje aplinkoje.

Nors dar neaišku, kodėl infraraudonoji spinduliuotė gali sukelti klausos nervų aktyvumą, Richteris iškelia hipotezę, kad ji šiek tiek šildo ląsteles, atidarydama jonų kanalus ląstelės sienelėse ir siųsdama elektrinį signalą per visą neurono ilgį.

Pagrindinis klausimas, ar saugu tokiu būdu stimuliuoti nervus ilgą laiką. Iki šiol Richteris ir jo kolegos įrodė, kad anestezuotų smiltpelkių klausos nervai gali būti stimuliuojami infraraudonuoju lazerio spinduliuote iki šešių valandų nepažeidžiant. Šiuo metu ilgiau atlikti bandymų neįmanoma, tačiau Richter planuoja ilgalaikius tyrimus su gyvūnais su stacionariai implantuotais prietaisais.

Mokslininkai taip pat aiškinasi, kaip tiksliai valdyti neuronų aktyvumą lazeriais. Ausis užkoduoja aukštį ir garsumą ne tik sudegindama nervus tam tikrose vietose, bet ir keisdama norma į kurią jie šaudo. Iki šiol Richteris įrodė, kad lazerio spinduliuotė gali patikimai priversti neuronus užsidegti iki 250 kartų per sekundę, o tai panašu į greitį, kuriuo ankstyvojo modelio įprasti kochleariniai implantai varo neuronus.

Bandymai su žmonėmis laukia metų, tačiau yra keletas būdų, kaip infraraudonųjų spindulių technologija gali būti panaudota kuriant veikiantį kochlearinį implantą. Vienas iš jų yra naudoti šviesolaidinį pluoštą, o ne elektrodus, esančius sraigės viduje, panašiai kaip dabar naudojami įprasti kochleariniai implantai. Ankstyvieji tokios sistemos bandymai gali apimti vieną ar du įprasto implanto elektrodus pakeisti šviesolaidžiais, kad būtų patikrintas jų poveikis. Kitas būdas yra įdėti optinio pluošto pluoštą priešais apvalų sraigės langą, kad būtų stimuliuojami klausos neuronai neatidarant sraigės. (Apvalus langelis yra plona sraigės membrana, kuri sugeria skysčio poslinkį, kai per jį sklinda garso bangos.)

Dar futuristiškesnė galimybė yra naudoti genų terapiją, kad klausos neuronai reaguotų į tam tikrus šviesos bangos ilgius. MIT, Edas Boydenas buvo pakeitęs nervų ląstelių genus taip, kad jie sušviečia, kai veikia vieno ilgio šviesa, ir nustoja šaudyti, kai veikia kitos bangos ilgis. Richterio teigimu, tokiam požiūriui ląstelėms suaktyvinti reikėtų mažiau energijos, o tai ilgainiui gali būti saugesnė. Žinoma, šis metodas apima visus įspėjimus, kurie paprastai yra susiję su genų terapija, ir tam reikia būdo, kaip tiksliai pristatyti genų terapiją į atitinkamas klausos ląsteles.

Jei bus įrodyta, kad tai yra saugu ir veiksminga, optinė stimuliacija gali atverti itin didelio tankio stimuliavimo sąsajas periferinei nervų sistemai, sako Boydenas. Optikos ir neuronų derinimo procesas taip pat gali atverti kelią daugeliui ateities naujovių – pereiti už visur esančio elektrodo ir prie naujų nervinio valdymo būdų.

paslėpti