211service.com
Nedzirdīgo ausu dzirde ar gaismu
Aptuveni 100 000 dziļi nedzirdīgu cilvēku tagad dzird ar kohleāriem implantiem, kas darbojas, stimulējot dzirdes nervu ar elektrodu virkni, kas implantēta iekšējā ausī. Lai gan ierīces ļauj daudziem lietotājiem viegli sarunāties un lietot telefonus, tās joprojām nespēj atjaunot normālu dzirdi. Tagad Ziemeļrietumu universitātes zinātnieki pēta, vai lāzera implanti kādu dienu varētu pārspēt mūsdienu elektrisko versiju.
Skaņas efekti: Optiskais kohleārais implants apietu šīs iekšējās auss matu šūnas (iepriekš), kas daudzos dziļa kurluma gadījumos nedarbojas. Optiskais starojums stimulētu neironus, kurus parasti iedarbina šo mikroskopisko šķiedru kustība, reaģējot uz skaņas vibrācijām.
Zīdītāju auss izmanto nervu darbības ātrumu kā vienu no skaņas kodēšanas veidiem. Kā daļu no projekta, ko finansē Nacionālais kurluma un citu komunikācijas traucējumu institūts (NIDCD), Klauss-Pēteris Rihters un viņa kolēģi Northwestern ir pierādījuši, ka viņi var kontrolēt izšaušanas ātrumu dzīvnieku dzirdes nervā, izmantojot infrasarkano lāzera starojumu. Viņi tagad mēģina noskaidrot, vai to ir droši lietot ilgu laiku un ka tas var pietiekami precīzi manipulēt ar neironu darbības ātrumu, lai nosūtītu noderīgu informāciju smadzenēm.
Izmantojot parastos kohleāros implantus, elektriskie signāli izplatās mitrā, sāļajā ķermeņa vidē, izjaucot signālu. Tas apgrūtina noteiktu nervu populāciju iedarbināšanu gliemežnīcas iekšpusē. Vēl vairāk sarežģī situāciju, ka vienlaicīgi impulsi dažādās vietās saplūst viens ar otru, stimulējot gliemežnīcu visur, nevis vēlamajās vietās.
Inženieri novērš problēmu, vienlaikus iedarbinot tikai vienu vai divus no 16 vai 24 elektrodiem iekšējā ausī. Tas tiek darīts tik ātri, ka lietotājam rodas ilūzija, ka visi elektrodi šauj, taču rezultāts joprojām ir salīdzinoši rupja normālas dzirdes simulācija. Daudziem kohleāro implantu lietotājiem balsis izklausās mehāniski un mūzikas skaņas ir izskalotas.
No otras puses, infrasarkano lāzeru var ar precīzu precizitāti izstarot nervu šķiedras. Turklāt lāzera gaismas virziena raksturs nozīmē, ka optiskie impulsi dažādās vietās netraucēs viens otram. Paaugstināta neironu stimulācijas precizitāte padarītu balsis un mūziku dabiskāku, un lietotāji varētu vieglāk sarunāties trokšņainā vidē.
Lai gan vēl nav skaidrs, kāpēc infrasarkanais starojums var izraisīt aktivitāti dzirdes nervos, Rihters izvirza hipotēzi, ka tas nedaudz silda šūnas, atverot jonu kanālus šūnu sieniņās un nosūtot elektrisko signālu gar neirona garumu.
Galvenais jautājums ir par to, vai ir droši ilgstoši stimulēt nervus. Līdz šim Rihters un viņa kolēģi ir pierādījuši, ka anestēzētu smilšu dzirdes nervus var stimulēt ar infrasarkano lāzera starojumu līdz pat sešām stundām bez bojājumiem. Pašlaik nav iespējams veikt testus ilgāk, taču Rihters plāno ilgtermiņa pētījumus ar dzīvniekiem ar pastāvīgi implantētām ierīcēm.
Pētnieki arī izdomā, kā precīzi kontrolēt neironu darbību ar lāzeriem. Auss kodē augstumu un skaļumu, ne tikai atsevišķās vietās iedarbinot nervus, bet arī mainot likme uz kuru viņi šauj. Līdz šim Rihters ir pierādījis, ka lāzera starojums var droši likt neironiem uzliesmot līdz pat 250 reizēm sekundē, kas ir salīdzināms ar ātrumu, ar kādu agrīnā modeļa parastie kohleārie implanti virza neironus.
Izmēģinājumi ar cilvēkiem ir pēc gadiem, taču ir vairāki veidi, kā infrasarkano staru tehnoloģiju var izmantot, lai izveidotu funkcionējošu kohleāro implantu. Viens no tiem ir šķiedru optikas izmantošana elektrodu vietā masīvā, kas ievietota gliemežnīcas iekšpusē, nedaudz līdzīgi tam, kā parastie kohleārie implanti tagad izmanto elektrodus. Šādas sistēmas agrīnie izmēģinājumi var ietvert viena vai divu parastā implanta elektrodu aizstāšanu ar optisko šķiedru, lai pārbaudītu to iedarbību. Vēl viena iespēja ir novietot optisko šķiedru saišķi gliemežnīcas apaļā loga priekšā, lai stimulētu dzirdes neironus, neatverot gliemežnīcu. (Apaļais logs ir plāna membrāna gliemežnīcā, kas absorbē šķidruma nobīdi, kad caur to pārvietojas skaņas viļņi.)
Vēl futūristiskāka iespēja ir izmantot gēnu terapiju, lai padarītu dzirdes neironus reaģējošus uz noteiktiem gaismas viļņu garumiem. MIT, Eds Boidens ir mainījis nervu šūnu gēnus tā, lai tie uzliesmo, pakļaujot vienam gaismas viļņa garumam, un pārstāj šaut, pakļaujot citam gaismas viļņam. Pēc Rihtera domām, šī pieeja prasītu mazāku jaudu, lai aktivizētu šūnas, kas ilgtermiņā varētu būt drošāka. Protams, šī pieeja ietver visus brīdinājumus, kas parasti ir saistīti ar gēnu terapiju, un tam būtu nepieciešams veids, kā precīzi piegādāt gēnu terapiju attiecīgajām dzirdes šūnām.
Ja tiek pierādīts, ka tā ir droša un efektīva, optiskā stimulācija var atvērt īpaši augsta blīvuma stimulācijas saskarnes perifērajai nervu sistēmai, saka Boidens. Optikas un neironu apvienošanas process var arī pavērt ceļu daudziem nākotnes jauninājumiem - pārejot ārpus visuresošā elektroda uz jauniem neironu kontroles veidiem.