Besseres Hören für Implantat Empfänger erwartet

Diese 4-teilige Serie veröffentlicht zeitgleich mit Brain Awareness Week , hebt Investitionen von der technischen Direktion von der National Science Foundation entwickeln Rand Werkzeuge und Technologien, die unser Verständnis des Gehirns voranbringen wird.

Das Cochlea-Implantat ist weithin als der erfolgreichste neuronale Prothesen auf dem Markt. Das Implantat, das hilft gehörlose Personen Klang wahrnehmen, übersetzt auditiven Informationen in elektrische Signale, die direkt an das Gehirn, unter Umgehung der Zellen, die diese Funktion nicht dienen, wie sie sollte, weil sie beschädigt sind.

Nach dem National Institute on Taubheit und anderen Kommunikationsstörungen haben weltweit rund 188.000 Mitarbeiter Cochlea-Implantate erhalten, da diese Geräte in den frühen 1980er Jahren, darunter rund 41.500 Erwachsene und 25.500 Kinder in den Vereinigten Staaten eingeführt wurden.

Trotz ihrer Verbreitung haben Cochlea-Implantate einen langen Weg zu gehen, bevor ihre Leistung vergleichbar mit dem des menschlichen Ohres intakt ist. Unter der Leitung von Pamela Bhatti, Ph.d., hat ein Forscherteam am Georgia Institute of Technology entwickelte eine neue Art der Schnittstelle zwischen dem Gerät und das Gehirn, das die Klangqualität der nächsten Generation von Implantaten dramatisch verbessern könnte.

Eine normale Ohr Prozesse klingen wie eine Rube-Goldberg-Maschine einen Lichtschalter dreht – über eine perfekt getimten Kettenreaktion bei einer Reihe von Stücken und teilen. Zunächst reist Ton auf dem Kanal des äußeren Ohres, auffällig das Trommelfell und veranlaßt sie zu vibrieren. Die Schwingung des Trommelfells verursacht kleine Knochen im Mittelohr zu vibrieren, das wiederum, Bewegung in der Flüssigkeit des Innenohrs oder Cochlea schafft. Dies bewirkt, dass Bewegung in winzigen Strukturen, so genannte Haarzellen, die die Bewegung in elektrische Signale, die über den Hörnerv zum Gehirn Reisen zu übersetzen.

Dysfunktionale Haarzellen sind die häufigste Ursache in einer Art von Schwerhörigkeit sensorineurale Schwerhörigkeit, benannt nach der daraus resultierenden Zusammenbruch der Kommunikation zwischen Ohr und Gehirn genannt. Manchmal die Haarzellen nicht ordnungsgemäß von der Geburt, aber schweres Trauma oder eine schlechte Infektion kann irreparable Schäden an diesen zarten Strukturen sowie verursachen.

Zeitgenössische Cochlea-Implantate

Traditionelle Hörgeräte, die Arbeiten durch die Verstärkung Klang, verlassen sich auf das Vorhandensein von einigen funktionierenden Haarzellen. Ein Cochlea-Implantat umgeht vollständig auf der anderen Seite die Haarzellen. Anstatt die Wiederherstellung der Funktion, funktioniert es durch die Übersetzung von Schallwellen in elektrische Signale von einem Mikrofon außerhalb des Ohres erfasst. Diese Signale werden durch den Hörnerv zum Gehirn übertragen, die Sie als Klang interpretiert.

Cochlea-Implantate werden nur empfohlen für Personen mit schwerer bis hochgradiger Schallempfindungs-Schwerhörigkeit, d. h. diejenigen, die nicht in der Lage, Töne unterhalb 70 Dezibel zu hören. (Umgangssprache tritt in der Regel zwischen 20 und 60 Dezibel.)

Das Gerät selbst besteht aus einer externen Komponente, die über eine Magnetplatte eine interne Komponente, die unter die Haut hinter dem Ohr implantiert beimisst. Die externe Komponente erkennt Sounds und selektiv verstärkt Rede. Die interne Komponente setzt diese Information in elektrische Impulse, die auf ein Bündel dünner Draht Elektroden durch die Cochlea eingefädelt gesendet werden.

Verbesserung der Schnittstelle

Als Elektro-Ingenieur sieht Bhatti die aktuelle Konfiguration der Elektrode als ein erhebliches Hindernis für die Schallübertragung in das aktuelle Gerät zu löschen.

"In einem intakten Ohr, die Haarzellen sind reichlich vorhanden und stehen in engem Kontakt mit den Nerven, die fundierte Informationen an das Gehirn übertragen", sagt Bhatti. "Die Herausforderung mit dem Implantat immer effiziente Kopplung zwischen den Elektroden und die Nerven."

Moderne Implantate enthalten zwischen 12 und 22 Wire Elektroden, von die jede ein Signal für eine andere Tonhöhe vermittelt. Die Idee ist mehr Elektroden, je klarer die Nachricht.

Also warum nicht das aktuelle Design mehr Draht Elektroden hinzu, und nennen ihn einen Tag?

Viel wie Wohnungssuche in New York City kommt das Problem auf einem gravierenden Mangel an verfügbaren Immobilien. Die Cochlea ist an seiner breitesten 2 Millimeter im Durchmesser, oder etwa der Dicke eines Nickel. Wie es Spulen, verjüngt es sich bis auf eine bloße 200 Mikrometer, über die Breite eines menschlichen Haares.

"Während wir in der Lage, die Anzahl der Elektroden erhöhen möchten, die Raum-Frage eine große Herausforderung aus Sicht der Technik", sagt Bhatti.

Mit Mitteln aus der National Science Foundation, entwickelten Bhatti und ihr Team eine neue, Dünnschicht-, Elektroden-Array, das bis zu drei Mal empfindlicher als traditionelle Draht Elektroden, ohne aufzutragen.

Im Gegensatz zu Draht Elektroden ist das neue Array auch flexibel, was bedeutet, dass es an der Innenwand der Cochlea näher kommen kann. Die Forscher glauben, dadurch bessere Kopplung zwischen Arrays und das Nervensystem entsteht ein klareres Signal führt.

Nach Bhatti ist eines der größten Probleme das Gerät tatsächlich in die spiralförmige Cochlea Implantation:

"Wir könnte das beste Array erstellt haben, in der Welt, aber es würde nicht ausgemacht haben, wenn es der Chirurg an der richtigen Stelle, konnte nicht", sagt Bhatti.

Um dieses Problem zu bekämpfen, hat das Team eine Einfügung Gerät erfunden, die das Array schützt und dient als Leitfaden für Chirurgen um die richtige Platzierung zu gewährleisten.

Bevor es zur Verwendung beim Menschen zugelassen ist, muss es durchlaufen strenge Tests um sicherzustellen, dass es sicher und wirksam ist; Bhatti ist allerdings schon darüber nachzudenken, was als nächstes kommt. Sie sieht vor, dass eines Tages die Elektroden nicht brauchen, um überhaupt in ein Array befestigt werden. Stattdessen werden sie direkt an die Cochlea mit einem biokompatiblen Material, die ihnen erlaubt, nahtlos mit dem Gehirn verankert werden.

Das wichtigste ist nach Bhatti, nicht um das große ganze aus den Augen verlieren.

"Wir sind immer mit dem Endbenutzer im Auge, entwerfen", sagt Bhatti. "Die menschliche Komponente ist das wichtigste zu berücksichtigen, wenn wir die Wissenschaft in die Praxis umzusetzen."

Anmerkung der Redaktion: Die Forschung in diesem Artikel dargestellt wurde unterstützt durch die National Science Foundation , die Bundesagentur mit der Finanzierung von Grundlagenforschung und Ausbildung in allen Bereichen der Wissenschaft und Technik beauftragt. Meinungen, Erkenntnisse und Schlussfolgerungen oder Empfehlungen ausgedrückt in diesem Material spiegeln nicht notwendigerweise die Ansichten von der National Science Foundation. Siehe die hinter die Kulissen-Archiv.