Audición Mejorada Anticipada Para Los Receptores De Implantes

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Los investigadores están trabajando en un nuevo dispositivo que podría mejorar drásticamente la resolución de sonido para las personas sordas que optan por los implantes cocleares.

Esta serie de 4 partes, publicada para coincidir con Semana de la conciencia del cerebro, destaca las inversiones realizadas por la Dirección de Ingeniería de la Fundación Nacional de Ciencia para desarrollar herramientas y tecnologías de vanguardia que mejorarán nuestra comprensión del cerebro.

El implante coclear es ampliamente considerado como la prótesis neuronal más exitosa en el mercado. El implante, que ayuda a las personas sordas a percibir el sonido, traduce la información auditiva en señales eléctricas que van directamente al cerebro, evitando a las células que no sirven a esta función como deberían porque están dañadas.

Según el Instituto Nacional de Sordera y Otros Trastornos de la Comunicación, aproximadamente 188,000 personas en todo el mundo han recibido implantes cocleares desde que se introdujeron estos dispositivos a principios de 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 sea comparable al del oído humano intacto. Dirigido por Pamela Bhatti, Ph.D., un equipo de investigadores del Instituto de Tecnología de Georgia ha desarrollado un nuevo tipo de interfaz entre el dispositivo y el cerebro que podría mejorar drásticamente la calidad del sonido de la próxima generación de implantes.

Un oído normal procesa el sonido de la manera en que una máquina Rube Goldberg acciona un interruptor de luz, a través de una reacción en cadena perfectamente sincronizada que involucra una cantidad de piezas y piezas. Primero, el sonido viaja por el canal del oído externo, golpeando el tímpano y causando que vibre. La vibración del tímpano hace que pequeños huesos en el oído medio vibren, lo que a su vez crea movimiento en el líquido del oído interno, o cóclea. Esto causa movimiento en estructuras pequeñas llamadas células ciliadas, que traducen el movimiento en señales eléctricas que viajan al cerebro a través del nervio auditivo.

Las células pilosas disfuncionales son el culpable más común en un tipo de pérdida auditiva llamada sordera neurosensorial, llamada así por la ruptura resultante en la comunicación entre el oído y el cerebro. A veces, las células ciliadas no funcionan correctamente desde el nacimiento, pero un trauma grave o una infección severa también pueden causar daños irreparables a estas estructuras delicadas.

Implantes cocleares contemporáneos

Los audífonos tradicionales, que funcionan amplificando el sonido, dependen de la presencia de algunas células ciliadas funcionales. Un implante coclear, por otro lado, evita las células ciliadas por completo. En lugar de restaurar la función, funciona traduciendo las vibraciones de sonido capturadas por un micrófono fuera del oído en señales eléctricas. Estas señales son transmitidas al cerebro por el nervio auditivo, que las interpreta como sonido.

Los implantes cocleares solo se recomiendan para personas con pérdida auditiva neurosensorial de severa a profunda, lo que significa que aquellos que no pueden escuchar sonidos por debajo de 70 decibelios. (El habla conversacional típicamente ocurre entre 20 y 60 decibelios).

El dispositivo en sí mismo consiste en un componente externo que se conecta a través de un disco magnético a un componente interno, implantado debajo de la piel detrás de la oreja. 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 que pasan por la cóclea.

Mejorando la interfaz

Como ingeniero eléctrico, Bhatti ve la configuración de electrodo actual como una barrera importante para la transmisión de sonido clara en el dispositivo actual.

"En un oído intacto, las células ciliadas son abundantes y están en contacto directo con los nervios que transmiten información sonora al cerebro", dice Bhatti. "El desafío con el implante es lograr un acoplamiento eficiente entre los electrodos y los nervios".

Los implantes contemporáneos contienen entre 12 y 22 electrodos de alambre, cada uno de los cuales transmite una señal para un tono diferente. La idea es que cuanto más electrodos, más claro es el mensaje.

Entonces, ¿por qué no agregar más electrodos de alambre al diseño actual y llamarlo día?

Al igual que la búsqueda de casas en la ciudad de Nueva York, el problema se debe a una grave falta de bienes raíces disponibles. En su parte más ancha, la cóclea tiene 2 milímetros de diámetro, o aproximadamente el espesor de un níquel. A medida que se enrolla, se reduce a apenas 200 micrómetros, aproximadamente del ancho de un cabello humano.

"Si bien nos gustaría poder aumentar la cantidad de electrodos, el problema del espacio es un gran desafío desde la perspectiva de la ingeniería", dice Bhatti.

Con financiamiento de la National Science Foundation, Bhatti y su equipo han desarrollado una nueva matriz de electrodos de película delgada, que es hasta tres veces más sensible que los electrodos de alambre tradicionales, sin agregar volumen.

A diferencia de los electrodos de alambre, la nueva matriz también es flexible, lo que significa que puede acercarse a la pared interna de la cóclea. Los investigadores creen que esto creará un mejor acoplamiento entre la matriz y el sistema nervioso, lo que dará lugar a una señal más nítida.

Según Bhatti, uno de los mayores desafíos en realidad es implantar el dispositivo en la cóclea en forma de espiral:

"Podríamos haber creado el mejor arreglo del mundo, pero no habría importado si el cirujano no pudiera encontrarlo 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 que los cirujanos aseguren una colocación adecuada.

Antes de que se apruebe su uso en humanos, deberá someterse a pruebas rigurosas para garantizar que sea seguro y efectivo; Sin embargo, Bhatti ya está pensando en lo que sigue. Ella imagina que un día, los electrodos no necesitarán ser conectados a una matriz en absoluto. En su lugar, se anclarán directamente a la cóclea con un material biocompatible que les permitirá integrarse más fácilmente 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 la ciencia a la práctica".

Nota del editor: La investigación representada en este artículo ha sido apoyada por el Fundación Nacional de Ciencia, la agencia federal encargada de financiar la investigación básica y la educación en todos los campos de la ciencia y la ingeniería. Las opiniones, hallazgos y conclusiones o recomendaciones expresadas en este material no reflejan necesariamente los puntos de vista de la National Science Foundation. Ver el Detrás del archivo de escenas.


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