Mejora de la Audiencia prevista para los receptores de implantes

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Mejora de la Audiencia prevista para los receptores de implantes


Pamela Bhatti, Ph.D., dirige un equipo de científicos e ingenieros que están trabajando en un nuevo dispositivo que podría mejorar dramáticamente la resolución de sonido para las personas sordas que optan por los implantes cocleares. Los investigadores creen que la nueva matriz podría ayudar a los usuarios a superar las limitaciones en la percepción del lenguaje que afectan a los implantes contemporáneos.
Crédito: Gary W. Meek, PhatPixel Medios

Esta serie de 4 partes, publicado para coincidir con la Semana del Cerebro, destaca las inversiones realizadas por la Dirección de Ingeniería de la Fundación Nacional de Ciencias para desarrollar herramientas de vanguardia y tecnologías que hagan avanzar nuestra comprensión del cerebro.

El implante coclear es ampliamente considerada como la prótesis neural de mayor éxito en el mercado. El implante, que ayuda a las personas sordas perciben el sonido, se traduce la información auditiva en señales eléctricas que van directamente al cerebro, sin pasar por las células que no sirven a esta función como deberían porque están dañados.

Según el Instituto Nacional de la Sordera y Otros Trastornos de la Comunicación, aproximadamente 188.000 personas en todo el mundo han recibido implantes cocleares, ya que estos dispositivos fueron introducidos en la década de 1980, incluyendo aproximadamente 41.500 adultos y 25.500 niños en los Estados Unidos.

A pesar de su prevalencia, los implantes cocleares tienen un largo camino por recorrer antes de que su rendimiento es comparable a la del oído humano intacto. Liderados por Pamela Bhatti, Ph.D., un equipo de investigadores del Instituto de Tecnología de Georgia han desarrollado un nuevo tipo de interfaz entre el dispositivo y el cerebro que podría mejorar dramáticamente la calidad de sonido de la nueva generación de implantes.

A los procesos normales del oído suenan como una máquina de Rube Goldberg voltea un interruptor de la luz - a través de una reacción en cadena perfectamente oportuna la participación de un número de piezas y partes. En primer lugar, el sonido viaja por el canal del oído externo, golpeando el tímpano y haciéndolo vibrar. La vibración del tímpano hace que los huesos pequeños en el oído medio a vibrar, que a su vez, crea un movimiento en el fluido del oído interno, o cóclea. Esto hace que el movimiento en estructuras diminutas llamadas células ciliadas, que traducen el movimiento en señales eléctricas que viajan al cerebro a través del nervio auditivo.

Células ciliadas disfuncionales son la causa más común en un tipo de pérdida auditiva llamada sordera neurosensorial, llamado así por la descomposición que resulta en la comunicación entre el oído y el cerebro. A veces las células ciliadas no funcionan correctamente desde el nacimiento, pero un traumatismo grave o una infección grave puede causar un daño irreparable a estas estructuras delicadas también.

Implantes cocleares Contemporáneas

Audífonos tradicionales, que funcionan mediante la amplificación de sonido, se basan en la presencia de algunas células pilosas funcionales. Un implante coclear, por otro lado, evita las células ciliadas por completo. En lugar de restaurar la función, funciona mediante la traducción de las vibraciones sonoras captadas por un micrófono fuera del oído en señales eléctricas. Estas señales se transmiten al cerebro por el nervio auditivo, que los interpreta como sonido.

Los implantes cocleares sólo se recomiendan para personas con severa a profunda pérdida auditiva neurosensorial, es decir, aquellos que no son capaces de oír sonidos por debajo de 70 decibelios. (Discurso conversacional produce normalmente entre 20 y 60 decibelios.)

El dispositivo en sí consta de un componente externo que se conecta a través de un disco magnético de un componente interno, implantado bajo la piel detrás del oído. El componente externo detecta sonidos y amplifica selectivamente el habla. El componente interno convierte esta información en impulsos eléctricos, que se envían a un conjunto de electrodos de alambre delgado roscados a través de la cóclea.

Mejora de la interfaz

Como ingeniero eléctrico, Bhatti ve la configuración actual del electrodo como una barrera significativa para borrar la transmisión del sonido en el dispositivo actual.

"En un oído intacto, las células ciliadas son abundantes, y están en estrecho contacto con los nervios que transmiten la información del sonido al cerebro", dice Bhatti. "El desafío con el implante está consiguiendo un acoplamiento eficaz entre los electrodos y los nervios."

Implantes contemporáneas contienen entre 12 y 22 electrodos de alambre, cada uno de los cuales transmite una señal para un tono diferente. La idea es la más electrodos, más claro el mensaje.

Así que por qué no añadir más electrodos de alambre para el diseño actual y lo llaman un día?

Mucho como casa de caza en la ciudad de Nueva York, el problema se reduce a una grave falta de disposición de bienes raíces. En su parte más ancha, la cóclea es 2 milímetros de diámetro, o aproximadamente el grosor de una moneda. Como se enrosca, se estrecha hacia abajo a apenas 200 micrómetros, aproximadamente el ancho de un cabello humano.

"Aunque nos gustaría ser capaces de aumentar el número de electrodos, el problema de espacio es un reto importante desde una perspectiva de la ingeniería", dice Bhatti.

Con financiamiento de la Fundación Nacional de Ciencias, Bhatti y su equipo han desarrollado una nueva, de película delgada, conjunto de electrodos que es hasta tres veces más sensible que los electrodos de alambre tradicionales, sin añadir volumen.

A diferencia de electrodos de alambre, la nueva matriz también es flexible, lo que significa que puede estar más cerca de la pared interior de la cóclea. Los investigadores creen que esto va a crear un mejor acoplamiento entre la matriz y el sistema nervioso, dando lugar a una señal más nítida.

Según Bhatti, uno de los mayores desafíos que realmente está implantando el dispositivo en la cóclea en forma de espiral:

"Podríamos haber creado el mejor conjunto del mundo, pero no habría importado si el cirujano no pudo conseguirlo en el lugar correcto", dice Bhatti.

Para combatir este problema, el equipo ha inventado un dispositivo de inserción que protege la matriz y sirve como una guía para los cirujanos para asegurar la colocación adecuada.

Antes de que sea aprobado para su uso en seres humanos, tendrá que someterse a rigurosas pruebas para asegurarse de que es seguro y efectivo; Sin embargo, Bhatti ya está pensando en lo que viene. Ella imagina que un día, no necesitarán los electrodos que se adjunta a un array en absoluto. En su lugar, se anclan directamente a la cóclea con un material biocompatible que les permita integrarse más a la perfección con el cerebro.

Lo más importante, según Bhatti, es no perder de vista el panorama general.

"Siempre estamos diseñando con el usuario final en mente", dice Bhatti. "El componente humano es el más importante a considerar cuando traducimos ciencia a la práctica."

Nota del editor: La investigación descrita en este artículo ha sido apoyado por la Fundación Nacional para la Ciencia, la agencia federal encargada de la financiación de la investigación básica y la educación en todos los campos de la ciencia y la ingeniería. Las opiniones, resultados y conclusiones o recomendaciones expresadas en este material no reflejan necesariamente los puntos de vista de la National Science Foundation. Vea el detrás de las escenas de archivo.