Nội dung được dịch bởi AI, chỉ mang tính chất tham khảo
Prothesis thính giác với mảng dây thần kinh xuyên qua
Tóm tắt
Các thiết bị hỗ trợ thính giác hiện đại (“cấy ghép ốc tai”) sử dụng các dãy điện cực kích thích được cấy vào cơ quan scala tympani của ốc tai. Những dãy này đã được cấy vào khoảng 100.000 người điếc nặng hoặc hoàn toàn trên toàn thế giới và được coi là thành công nhất trong số các thiết bị hỗ trợ thần kinh ngày nay. Tuy nhiên, hầu hết người sử dụng cấy ghép cho thấy khả năng hiểu ngôn ngữ trong tiếng ồn kém, nhận dạng tần số kém và thính giác không gian hạn chế, ngay cả khi sử dụng cấy ghép hai bên. Nhiều hạn chế này có thể được quy cho vị trí xa xôi của các điện cực kích thích so với các phần tử thần kinh kích thích được của ốc tai. Cụ thể, một dãy điện cực scala tympani nằm trong một khoang xương đầy chất lỏng dẫn điện. Hơn nữa, các dãy scala tympani thường không kéo dài đến vòng cuối ốc tai nơi mà các tần số thấp được biểu thị. Trong nghiên cứu này, chúng tôi đã thử nghiệm trên một mô hình động vật một phương pháp thay thế cho cấy ghép ốc tai truyền thống: một mảng điện cực đa điểm được cấy trực tiếp vào dây thần kinh thính giác. Chúng tôi đã theo dõi tính đặc hiệu của kích thích của đường thính giác bằng cách ghi lại hoạt động tế bào ngoại bào tại 32 vị trí dọc theo trục tonotopic của colliculus dưới. Kết quả cho thấy sự kích hoạt của các quần thể dây thần kinh thính giác cụ thể trong suốt toàn bộ dải tần số mà được biểu thị bởi các tần số đặc trưng trong colliculus dưới. So với việc kích thích scala tympani truyền thống, ngưỡng kích thích thần kinh thấp hơn tới 50 lần và sự can thiệp giữa các điện cực được kích thích đồng thời giảm rõ rệt. Các kết quả này cho thấy nếu một mảng kích thích nội thần kinh được đưa vào hệ thống prothesis thính giác cho con người, nó có thể mang lại cải thiện đáng kể trong việc thay thế thính giác so với các cấy ghép ốc tai hiện tại.
Từ khóa
#cấy ghép ốc tai #thiết bị hỗ trợ thính giác #điện cực #thần kinh thính giác #kích thích thần kinhTài liệu tham khảo
Arnesen AR, Osen KK. The cochlear nerve in the cat: topography, cochleotopy, and fiber spectrum. J. Comp. Neur. 178:661–678, 1978.
Arts HA, Jones DA, Anderson DJ. Prosthetic stimulation of the auditory system with intraneural electrodes. Ann. Otol. Rhinol. Laryngol. 112(Suppl 191):20–25, 2003.
Baumann U, Nobbe A. The cochlear implant electrode-pitch function. Hear. Res. 213:34–42, 2006.
Bernstein LR, Trahiotis C. Lateralization of sinusoidally amplitude-modulated tones: effects of spectral locus and temporal variation. J. Acoust. Soc. Am. 78:514–523, 1985.
Bernstein LR, Trahiotis C. Detection of interaural delay in high-frequency sinusoidally amplitude-modulated tones, two-tone complexes, and bands of noise. J. Acoust. Soc. Am. 95:3561–3567, 1994.
Bernstein LR, Trahiotis C. Enhancing sensitivity to interaural delays at high frequencies by using “transposed stimuli.” J. Acoust. Soc. Am. 112:1026–1036, 2002.
Bierer JA, Middlebrooks JC. Auditory cortical images of cochlear-implant stimuli: dependence on electrode configuration. J. Neurophysiol. 87:478–492, 2002.
Bierer JA, Middlebrooks JC. Cortical responses to cochlear implant stimulation: channel interactions. J. Assoc. Res. Otolaryngol. 5:32–48, 2004.
Boex C, Baud L, Cosendai G, Sigrist A, Kos M-I, Pelizzone M. Acoustic to electric pitch comparisons in cochlear implant subjects with residual hearing. J. Assoc. Res. Otolaryngol. 7:110–124, 2006.
Cartee LA, van den Honert C, Finley CC, Miller RL. Evaluation of a model of the cochlear neural membrane. I. Physiological measurement of membrane characteristics in response to intrameatal electrical stimulation. Hear. Res. 146:143–152, 2000.
Cartee LA, Miller CA, van den Honert C. Spiral ganglion cell site of excitation I: comparison of scala tympani and intrameatal electrode responses. Hear. Res. 215:10–21, 2006.
Fishman KE, Shannon RV, Slattery WH. Speech recognition as a function of the number of electrodes used in the SPEAK cochlear implant speech processor. J. Speech Lang. Hear. Res. 40:1201–1215, 1997.
Friesen LM, Shannon RV, Baskent D, Wang X. Speech recognition in noise as a function of the number of spectral channels: comparison of acoustic hearing and cochlear implants. J. Acoust. Soc. Am. 110:1150–1163, 2001.
Goldberg JM, Brown PB. Response of binaural neurons of dog superior olivary complex to dichotic tonal stimuli: some physiological mechanisms of sound localization. J. Neurophysiol. 32:613–636, 1969.
Green DM, Swets JA. Signal Detection Theory and Psychophysics. New York, Wiley, 1966.
Greenwood DD. A cochlear frequency-position function for several species—29 years later. J. Acoust. Soc. Am. 87:2592–2605, 1990.
Guinan JJ Jr, Norris BE, Guinan SS. Single auditory units in the superior olivary complex II: locations of unit categories and tonotopic organization. Int. J. Neurosci. 4:147–166, 1972.
Hillman T, Badi AN, Normann RA, Kertesz T, Shelton C. Cochlear nerve stimulation with a 3-dimensional penetrating electrode array. Otol. Neurotol. 24:764–768, 2003.
Lehnhardt E, Gnadeberg D, Battmer RD, von Wallenberg E. Experience with the cochlear miniature speech processor in adults and children together with a comparison of unipolar and bipolar modes. ORL J. Otorhinolaryngol. Relat. Spec. 54:308–313, 1992.
Liberman MC. The cochlear frequency map for the cat: labeling auditory-nerve fibers of known characteristic frequency. J. Acoust. Soc. Am. 72:1441–1449, 1982.
Licklider JCR, Webster JC, Hedlun JM. On the frequency limits of binaural beats. J. Acoust. Soc. Am. 22:468–473, 1950.
Lusted HS, Simmons FB. Interaction of cortical evoked potentials to electric and acoustic stimuli. J. Acoust. Soc. Am. 76:449–455, 1984.
Macmillan NA, Creelman CD. Detection Theory: A User’s Guide. Mahwah, Elrbaum, 2005.
Macpherson EA, Middlebrooks JC. Listener weighting of cues for lateral angle: the duplex theory of sound localization revisited. J. Acoust. Soc. Am. 111:2219–2236, 2002.
Majdak P, Laback B, Baumgartner W-D. Effects of interaural time differences in fine structure and envelope on lateral discrimination in electric hearing. J. Acoust. Soc. Am. 120:2190–2201, 2006.
McDermott HJ. Music perception with cochlear implants: a review. Trends Amplif. 8:49–82, 2004.
Mens LHM, Berenstein CK. Speech perception with mono- and quadrupolar electrode configurations: a crossover study. Otol. Neurotol. 26:957–964, 2005.
Middlebrooks JC. Effects of cochlear-implant pulse rate and inter-channel timing on channel interactions and thresholds. J. Acoust. Soc. Am. 116:452–468, 2004.
Middlebrooks JC. Transmission of temporal information from a cochlear implant to the auditory cortex. Abstr. Assoc. Res. Otolaryngol. 28: Program #584, 2005.
Nuetzel JM, Hafter ER. Discrimination of interaural delays in complex waveforms: spectral effects. J. Acoust. Soc. Am. 69:1112–1118, 1981.
Nuttall AL, Marques DM, Lawrence M. Effects of perilymphatic perfusion with neomycin on the cochlear microphonic potential in the guinea pig. Acta Otolaryngol. 83:393–400, 1977.
Osen KK. The intrinsic organization of the cochlear nuclei in the cat. Acta Otolarygol. 67:352–359, 1969.
Pfingst BE, Zwolan TA, Holloway LA. Effects of stimulus configuration on psychophysical operating levels and on speech recognition with cochlear implants. Hear. Res. 112:247–260, 1997.
Pressnitzer D, Bestel J, Fraysse B. Music to electric ears: pitch and timbre perception by cochlear implant patients. Ann. N.Y. Acad. Sci. 1060:343–345, 2005.
Rebscher SJ, Snyder RL, Leake PA. The effect of electrode configuration and duration of deafness on threshold and selectivity of responses to intracochlear electrical stimulation. J. Acoust. Soc. Am. 109:2035–2048, 2001.
Rose J, Greenwood, DD, Goldberg, JM, Hind, JE. Some discharge characteristics of single neurons in the inferior colliculus of the cat. I. Tonotopical organization, relation of spike-counts to tone intensity, and firing patterns of single elements. J. Neurophysiol. 26:294–320, 1963.
Shannon RV. Multichannel electrical stimulation of the auditory nerve in man. I. Basic psychophysics. Hear. Res. 11:157–189, 1983.
Shepherd RK, Baxi JH, Hardie NA. Response of inferior colliculus neurons to electrical stimulation of the auditory nerve in neonatally deafened cats. J. Neurophysiol. 82:1363–1380, 1999.
Simmons FB. Electrical stimulation of the auditory nerve in cats: long term electrophysiological and histological results. Ann. Otol. Rhinol. Laryngol. 88:533–539, 1979.
Simmons FB. Electrical stimulation of the auditory nerve in man. Arch. Otorhinolaryngol. 84:24–76, 1966.
Simmons FB. Percepts from modiolar (eighth nerve) stimulation. Ann. N.Y. Acad. Sci. 405:259–263, 1983.
Simmons FB, Epley JM, Lummis RC, Guttman N, Frishkopf LS, Harmon LD, Zwicker E. Auditory nerve: electrical stimulation in man. Science 148:104–106, 1965.
Simmons FB, Mathews RG, Walker MG, White RL. A functioning multichannel auditory nerve stimulator. Acta Otolaryngol. 87:170–175, 1979.
Simmons FB, Mongeon CJ, Lewis WR, Huntington DA. Electrical stimulation of the acoustical nerve and inferior colliculus: results in man. Arch. Otolaryngol. 79:67, 1964.
Skinner MW, Ketten D, Holden LK, Harding GW, Smith PG, Gates GA, Neely JG, Kletzker GR, Brunsden B, Blocker B. CT-Derived estimation of cochlear morphology and electrode array position in relation to word recognition in Nucleus-22 recipients. J. Assoc. Res. Otolaryngol. 3:332–350, 2002.
Smith ZM, Delgutte B, Oxenham AJ. Chimaeric sounds reveal dichotomies in auditory perception. Nature 416:87–90, 2002.
Snyder RL, Bierer JA, Middlebrooks JC. Topographic spread of inferior colliculus activation in response to acoustic and intracochlear electrical stimulation. J. Assoc. Res. Otolaryngol. 5:305–322, 2004.
Snyder RL, Rebscher SJ, Cao K, Leake PA, Kelly K. Chronic intracochlear electrical stimulation in the neonatally deafened cat. I: expansion of central representation. Hear. Res. 50:7–34, 1990.
Snyder RL, Rebscher SJ, Leake PA, Kelly K, Cao K. Chronic intracochlear electrical stimulation in the neonatally deafened cat. II. Temporal properties of neurons in the inferior colliculus. Hear. Res. 56:246–264, 1991.
Van Hoesel RJM, Tyler RS. Speech perception, localization, and lateralization with bilateral cochlear implants. J. Acoust. Soc. Am. 113:1617–1630, 2003.
Vandali AE, Sucher C, Tsang DJ, McKay CM, Chew JW, McDermott HJ. Pitch ranking ability of cochlear implant recipients: a comparison of sound-processing strategies. J. Acoust. Soc. Am. 117:3126–3138, 2005.
von Wallenberg EL, Battmer R-D, Doden I, Gnadeberg MS, Houtle K, Lenarz T. Place-pitch and speech perception measures with bipolar and monopolar electrical stimulation of the cochlea. Ann. Otol. Rhinol. Laryngol. 104(Suppl 166):372–375, 1995.
Wardrop P, Whinney D, Rebscher S, Luxford W, Leake P. A temporal bone study of insertion trauma and intracochlear position of cochlear implant electrodes. II. Comparison of spiral Clarion and HiFocus II electrodes. Hear. Res. 203:68–79, 2005.
Wightman FL, Kistler DJ. The dominant role of low-frequency interaural time differences in sound localization. J. Acoust. Soc. Am. 91:1648–1661, 1992.
Wilson BS, Finley CC, Lawson DT, Wolford RD, Eddington DK, Rabinowitz WM. Better speech recognition with cochlear implants. Nature 352:236–238, 1991.
Yost WA. Lateralization of repeated filtered transients. J. Acoust. Soc. Am. 60:178–181, 1976.
Yost WA, Wightman FL, Green DM. Lateralization of filtered clicks. J. Acoust. Soc. Am. 50:1526–1531, 1971.
Zappia JJ, Hetke JF, Altschuler RA, Niparko JK. Evaluation of a silicon-substrate modiolar eighth nerve implant in a guinea pig. Otolaryngol. Head Neck Surg. 103:575–582, 1990.
Zeng FG. Temporal pitch in electric hearing. Hear. Res. 174:101–106, 2002.
Zwislocki J, Feldman RS. Just noticeable differences in dichotic phase. J. Acoust. Soc. Am. 28:860–864, 1956.
Zwolan TA, Kileny PR, Ashbaugh C, Telian SA. Patient performance with the cochlear corporation “20 + 2” implant: bipolar versus monopolar activation. Am. J. Otol. 17:717–723, 1996.