Miglioramento Dell'Udito Atteso Per I Recettori Degli Impianti

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I ricercatori stanno lavorando su un nuovo dispositivo che potrebbe migliorare notevolmente la risoluzione del suono per le persone sorde che optano per gli impianti cocleari.

Questa serie in 4 parti, pubblicata in coincidenza con Settimana della consapevolezza del cervello, sottolinea gli investimenti effettuati dalla direzione tecnica della National Science Foundation per sviluppare strumenti e tecnologie all'avanguardia che consentiranno di migliorare la nostra comprensione del cervello.

L'impianto cocleare è considerato la protesi neurale di maggior successo sul mercato. L'impianto, che aiuta gli individui sordi a percepire il suono, traduce le informazioni uditive in segnali elettrici che vanno direttamente al cervello, aggirando le cellule che non svolgono questa funzione come dovrebbero perché sono danneggiate.

Secondo l'Istituto nazionale sulla sordità e altri disturbi della comunicazione, circa 188.000 persone in tutto il mondo hanno ricevuto impianti cocleari poiché questi dispositivi sono stati introdotti nei primi anni '80, compresi circa 41.500 adulti e 25.500 bambini negli Stati Uniti.

Nonostante la loro prevalenza, gli impianti cocleari hanno una lunga strada da percorrere prima che la loro prestazione sia paragonabile a quella dell'orecchio umano intatto. Guidato da Pamela Bhatti, Ph.D., un team di ricercatori del Georgia Institute of Technology ha sviluppato un nuovo tipo di interfaccia tra il dispositivo e il cervello che potrebbe migliorare notevolmente la qualità del suono della prossima generazione di impianti.

Un normale processo dell'orecchio suona come una macchina Rube Goldberg ribalta un interruttore della luce - tramite una reazione a catena perfettamente sincronizzata che coinvolge un numero di pezzi e parti. In primo luogo, il suono viaggia lungo il canale dell'orecchio esterno, colpendo il timpano e facendolo vibrare. La vibrazione del timpano fa vibrare piccole ossa nell'orecchio medio, che a sua volta crea movimento nel liquido dell'orecchio interno o coclea. Questo provoca movimenti in piccole strutture chiamate cellule ciliate, che traducono il movimento in segnali elettrici che viaggiano nel cervello attraverso il nervo uditivo.

Le cellule ciliate disfunzionali sono il colpevole più comune in un tipo di perdita dell'udito denominata sordità neurosensoriale, chiamata così per la conseguente interruzione della comunicazione tra l'orecchio e il cervello. A volte le cellule ciliate non funzionano correttamente dalla nascita, ma un trauma grave o una brutta infezione possono anche causare danni irreparabili a queste delicate strutture.

Impianti cocleari contemporanei

Gli apparecchi acustici tradizionali, che funzionano amplificando il suono, si basano sulla presenza di alcune cellule ciliate funzionanti. Un impianto cocleare, d'altra parte, bypassa completamente le cellule ciliate. Invece di ripristinare la funzione, funziona convertendo le vibrazioni sonore catturate da un microfono fuori dall'orecchio in segnali elettrici. Questi segnali sono trasmessi al cervello dal nervo uditivo, che li interpreta come suono.

Gli impianti cocleari sono raccomandati solo per le persone con sordità neurosensoriale da grave a profonda, ovvero coloro che non sono in grado di udire suoni al di sotto di 70 decibel. (Il parlato conversazionale si verifica in genere tra 20 e 60 decibel.)

Il dispositivo stesso è costituito da un componente esterno che si collega tramite un disco magnetico a un componente interno, impiantato sotto la pelle dietro l'orecchio. Il componente esterno rileva i suoni e amplifica selettivamente il parlato. Il componente interno converte queste informazioni in impulsi elettrici, che vengono inviati a un fascio di elettrodi a filo sottile infilati attraverso la coclea.

Migliorare l'interfaccia

Come ingegnere elettrico, Bhatti considera la configurazione dell'elettrodo corrente come una barriera significativa per cancellare la trasmissione del suono nel dispositivo corrente.

"In un orecchio intatto, le cellule ciliate sono abbondanti e sono in stretto contatto con i nervi che trasmettono informazioni sonore al cervello", afferma Bhatti. "La sfida con l'impianto è ottenere un accoppiamento efficiente tra gli elettrodi e i nervi".

Gli impianti contemporanei contengono tra 12 e 22 elettrodi a filo, ognuno dei quali trasmette un segnale per un tono diverso. L'idea è più elettrodi, più chiaro è il messaggio.

Quindi perché non aggiungere più elettrodi a filo al design attuale e chiamarlo un giorno?

Proprio come la caccia a casa a New York, il problema si riduce a una grave mancanza di immobili disponibili. Nel suo punto più largo, la coclea ha un diametro di 2 millimetri o circa lo spessore di un nichel. Mentre si arrotola, si assottiglia fino a soli 200 micrometri, circa la larghezza di un capello umano.

"Mentre vorremmo essere in grado di aumentare il numero di elettrodi, il problema dello spazio è una sfida importante dal punto di vista ingegneristico", afferma Bhatti.

Con il finanziamento della National Science Foundation, Bhatti e il suo team hanno sviluppato un nuovo array di elettrodi a film sottile che è fino a tre volte più sensibile degli elettrodi a filo tradizionali, senza aggiungere massa.

A differenza degli elettrodi a filo, anche il nuovo array è flessibile, il che significa che può avvicinarsi alla parete interna della coclea. I ricercatori ritengono che ciò creerà un migliore accoppiamento tra la matrice e il sistema nervoso, portando a un segnale più nitido.

Secondo Bhatti, una delle maggiori sfide consiste nell'impiantare il dispositivo nella coclea a forma di spirale:

"Avremmo potuto creare la migliore gamma al mondo, ma non sarebbe stato importante se il chirurgo non fosse riuscito a farlo nel posto giusto", afferma Bhatti.

Per combattere questo problema, il team ha inventato un dispositivo di inserimento che protegge l'array e funge da guida per i chirurghi per garantire il corretto posizionamento.

Prima che sia approvato per l'uso negli esseri umani, sarà necessario sottoporsi a test rigorosi per garantire che sia sicuro ed efficace; tuttavia, Bhatti sta già pensando a cosa sarà il prossimo. Immagina che un giorno gli elettrodi non avranno bisogno di essere collegati a un array. Invece, saranno ancorati direttamente alla coclea con un materiale biocompatibile che permetterà loro di integrarsi più facilmente con il cervello.

La cosa più importante, secondo Bhatti, è non perdere di vista il quadro generale.

"Progettiamo sempre con l'utente finale in mente", afferma Bhatti. "La componente umana è la più importante da considerare quando traduciamo la scienza in pratica".

Nota dell'editore: La ricerca descritta in questo articolo è stata supportata dal Fondazione nazionale della scienza, l'agenzia federale incaricata di finanziare la ricerca e l'istruzione di base in tutti i campi della scienza e dell'ingegneria. Eventuali opinioni, conclusioni, conclusioni o raccomandazioni espresse in questo materiale non riflettono necessariamente le opinioni della National Science Foundation. Vedere il Dietro l'archivio delle scene.


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