211service.com
Aby hluché uši slyšely světlem
Asi 100 000 hluboce neslyšících lidí nyní slyší pomocí kochleárních implantátů, které fungují tak, že stimulují sluchový nerv pomocí řetězce elektrod implantovaných do vnitřního ucha. I když tato zařízení umožňují mnoha uživatelům snadno konverzovat a používat telefony, stále nedosahují obnovení normálního sluchu. Nyní vědci z Northwestern University zkoumají, zda by laserové implantáty mohly jednoho dne překonat dnešní elektrickou verzi.
Zvukové efekty: Optický kochleární implantát by obešel tyto vláskové buňky vnitřního ucha (výše), které jsou v mnoha případech hluboké hluchoty nefunkční. Optické záření by stimulovalo neurony, které jsou normálně spouštěny pohybem těchto mikroskopických vláken v reakci na zvukové vibrace.
Ucho savců používá jako jeden způsob kódování zvuku rychlost neurální palby. V rámci projektu financovaného Národním institutem pro hluchotu a jiné poruchy komunikace (NIDCD), Claus-Petr Richter a jeho kolegové z Northwestern prokázali, že mohou ovládat rychlost střelby ve sluchovém nervu zvířat pomocí infračerveného laserového záření. Nyní se snaží prokázat, že je bezpečné používat po dlouhou dobu a že může manipulovat s rychlostí neurální palby s dostatečnou přesností, aby poslal užitečné informace do mozku.
S konvenčními kochleárními implantáty se elektrické signály šíří ve vlhkém, slaném prostředí těla a zatemňují signál. To ztěžuje spuštění specifických populací nervů uvnitř kochley. To vše dále komplikuje, současné pulsy na různých místech se vzájemně spojují a stimulují kochleu všude, místo v požadovaných místech.
Inženýři tento problém řeší tak, že ve vnitřním uchu spustí pouze jednu nebo dvě ze 16 nebo 24 elektrod najednou. Provádí se tak rychle, že uživatel má iluzi, že všechny elektrody střílejí, ale výsledkem je stále poměrně hrubá simulace normálního sluchu. Pro mnoho uživatelů kochleárních implantátů znějí hlasy mechanicky a zvuky hudby vymyté.
Na druhé straně infračervený laser může být vyzařován na nervová vlákna s naprostou přesností. Navíc směrová povaha laserového světla znamená, že optické pulsy na různých místech se nebudou navzájem rušit. Díky zvýšené přesnosti nervové stimulace by hlasy a hudba zněly přirozeněji a uživatelé by mohli snadněji konverzovat v hlučném prostředí.
I když zatím není jasné, proč může infračervené záření vyvolat aktivitu ve sluchových nervech, Richter předpokládá, že mírně zahřívá buňky, otevírá iontové kanály v buněčných stěnách a vysílá elektrický signál po délce neuronu.
Hlavní otázkou je, zda je bezpečné stimulovat nervy tímto způsobem po dlouhou dobu. Richter a jeho kolegové zatím prokázali, že sluchové nervy u pískomilů v narkóze lze stimulovat infračerveným laserovým zářením až šest hodin bez poškození. V současné době není možné provádět testy déle, ale Richter plánuje dlouhodobé studie na zvířatech s trvale implantovanými zařízeními.
Vědci také zjišťují, jak přesně ovládat aktivitu neuronů pomocí laserů. Ucho kóduje výšku a hlasitost nejen vystřelováním nervů na konkrétních místech, ale také úpravou hodnotit na které střílejí. Richter zatím prokázal, že laserové záření dokáže spolehlivě přimět neurony vystřelit až 250krát za sekundu, což je srovnatelné s rychlostí, jakou neurony pohánějí konvenční kochleární implantáty raného modelu.
Testy na lidech jsou vzdálené roky, ale existuje několik způsobů, jak lze infračervenou technologii použít k vytvoření funkčního kochleárního implantátu. Jedním z nich je použití vláknové optiky místo elektrod v poli vloženém dovnitř hlemýždě, poněkud podobně jako konvenční kochleární implantáty nyní používají elektrody. Časné zkoušky takového systému by mohly zahrnovat nahrazení jedné nebo dvou elektrod konvenčního implantátu vláknovou optikou, aby se otestoval jejich účinek. Dalším je umístit svazek optických vláken před kulaté okénko hlemýždě, aby se stimulovaly sluchové neurony bez otevření hlemýždě. (Kulaté okénko je tenká membrána v hlemýždi, která absorbuje výtlak tekutiny, když jí prochází zvukové vlny.)
Ještě futurističtější možností je použití genové terapie k tomu, aby sluchové neurony reagovaly na konkrétní vlnové délky světla. na MIT, Ed Boyden pozměnil geny nervových buněk tak, že vystřelí, když jsou vystaveny jedné vlnové délce světla, a přestanou vystřelovat, když jsou vystaveny jiné vlnové délce. Podle Richtera by tento přístup vyžadoval méně energie k aktivaci buněk, což by mohlo být z dlouhodobého hlediska bezpečnější. Samozřejmě, že tento přístup nese všechna varování, která typicky doprovázejí genovou terapii, a vyžadoval by způsob, jak přesně doručit genovou terapii do příslušných sluchových buněk.
Pokud se ukáže, že je bezpečná a účinná, optická stimulace by mohla otevřít rozhraní stimulace s ultra vysokou hustotou pro periferní nervový systém, říká Boyden. Proces kombinování optiky a neuronů může také připravit cestu pro mnoho budoucích inovací – posun od všudypřítomné elektrody k novým modalitám nervové kontroly.