Využití funkční blízké infračervené spektroskopie ke zkoumání role plasticity lidské sluchové kůry a multismyslové integrace na výkon kochleárního implantátu po jednostranné hluchotě

Náhlý nástup, hluboká jednostranná senzorineurální ztráta sluchu nebo jednostranná hluchota (SSD) je běžná (60 000 ročně v USA). Permanentní SSD vede k postižení posluchače a dlouhodobým problémům s lokalizací zvuku a vnímáním řeči. Jedinou definitivní sluchovou rehabilitací u SSD je kochleární implantát (CI). Existuje omezený výzkum optimálního načasování pro CI po SSD, protože povolení pojištění obvykle vyžaduje oboustrannou hluchotu pro umístění CI. Za druhé, existuje omezená technologie zobrazování mozku kompatibilní s CI, která zkoumá změny před a po CI v SSD. Nedostatek systematického výzkumu tedy vede k náhodnému umístění CI do SSD s nekonzistentním sluchovým výkonem, který může být částečně způsoben proměnlivou neurální aktivací v primární sluchové kůře (A1). Zvířecí modely a lidé s SSD vykazují zvýšené neurální reakce A1 se zvukovou stimulací zbývajícího pouze slyšícího ucha1,2. Také crossmodální plasticita3 (zvýšené A1 neurální reakce na nesluchové senzorické systémy) vede k preferenční aktivaci A1 na somatosenzorické a vizuální podněty4,5,6 u SSD. Nesluchové senzorické systémy v podstatě „rekrutují“ neurony A1, aby reagovaly na novou nesluchovou stimulaci. To omezuje schopnost neuronů A1 reagovat na sluchovou stimulaci, jakmile je implementována CI rehabilitace. Důležité je, že citlivé časové okno po SSD, kdy nastanou tyto mozkové změny, může ovlivnit neurální sluchové reakce A1 a v konečném důsledku výkon CI a vnímání řeči.

Aktivační síla neuronů A1 je spojena s optimálním rozpoznáváním řeči a výkonem CI7,8. Vyšetřovatelé předpovídají, že pokud budou neurony A1 naproti SSD udržovány v činnosti zvýšenou citlivostí na stimulaci pouze slyšícího ucha po SSD, bude méně pravděpodobné, že budou „přeřazeny“ k nesluchové cross-modální plasticitě. Alternativně, pokud vstupy do A1 pouze pro sluch nepostačují, nebo pokud se po SSD objeví více somatosenzorických a/nebo vizuálních vstupů, bude k dispozici méně neuronů A1 pro reakci na stimulaci CI a může utrpět řečový výkon. Cílem těchto studií je zaprvé porozumět načasování a povaze jak A1 cross-modální plasticity (citlivost na somatosenzorické a/nebo vizuální systémy), tak zlepšení pouze sluchové dráhy u SSD. Za druhé, je prozkoumat dopad CI na zvrácení těchto změn, které mohou ovlivnit výkonnost CI.

Lidský výzkum SSD a CI je řídký kvůli nedostatečné technologii zobrazování mozku, která dokáže měřit neurální aktivitu A1, která je také kompatibilní s CI. Funkční infračervená spektroskopie (fNIRS) a potenciály související s událostmi (ERP) s elektroencefalografií (EEG), pokud jsou použity společně, mohou zachytit lokalizaci (fNIRS) a načasování (EEG) korelátů nervových odpovědí A1 (fNIRS) k rozlišení mezi účinky zkřížené modální a pouze slyšící stimulace ucha před a po CI. Pomocí podmínek záznamu stimulace/tichého bloku u dospělých se SSD budou měřeny hemodynamické reakce A1 (koreláty nervové aktivity) a funkční kortikální konektivita v klidovém stavu (RSFC; index interkortikálních spojení) pomocí fNIRS a ERP a korelovány s pouze slyšícím uchem a crossmodální plasticita9,10 a CI řečový výkon11.

Konkrétní cíl 1: Určit, kdy po nástupu SSD nastane neurální plasticita A1. Načasování mozkových změn, které mohou ovlivnit rehabilitaci sluchu u člověka A1 po SSD, není známo. Cílem tohoto cíle je identifikovat plasticitu, ke které dochází, když nedochází k zásahu CI, a charakterizovat, kdy jsou neurony A1 ovlivněny buď pouze slyšícím uchem, somatosenzorickými a/nebo vizuálními vstupy po SSD. Experiment 1. A1 hemodynamické odpovědi (fNIRS korelát neurální aktivity) a změny v RSFC a ERP mozku na somatosenzorickou, vizuální a pouze sluchovou stimulaci ucha budou zaznamenány 1, 3, 6, 9 a 12 měsíců po začátku SSD. Vyšetřovatelé předpovídají crossmodální plasticitu a reakce A1 na stimulaci pouze slyšícího ucha poté, co SSD bude mít specifické časové vzorce nástupu.

Specifický cíl 2: Identifikovat změny v neurální plasticitě A1, které následují po rehabilitaci CI.

Cílem tohoto cíle je zjistit, jak a kdy umístění CI ovlivňuje plasticitu A1 v SSD. Vyšetřovatelé jako takové určí, kdy a zda lze zabránit změnám mozku, které mohou bránit případnému výkonu CI. Experiment 2: Účastníci po umístění CI, které je buď brzy (<6 měsíců), opožděné (6-12 měsíců) nebo pozdě (>12 měsíců-5 let) po SSD a náhodném povolení pojištění, budou analyzováni na hemodynamické reakce, změny v RSFC a ERP k somatosenzorické, zrakové, CI a stimulaci pouze sluchu ucha 1-12 měsíců po CI. Vyšetřovatelé předpovídají, že optimální výkon řeči CI bude spojen se silnějšími reakcemi fNIRS/ERP na umístění v rané a střední CI, které zvrátijí reakce A1 na křížovou stimulaci.

Specifický cíl 3: Identifikovat neurokognitivní profily úspěšné CI rehabilitace SSD. Bude měřena plasticita A1 před a po CI a její vztah k řečovému výkonu na SSD. Experiment 3: Bude provedeno testování řečového výkonu CI a očekává se, že výsledky budou korelovat se stupni/načasováním plasticity z Cílů 1 a 2. Vyšetřovatelé předpovídají, že ti s nižší A1 cross-modální plasticitou a většími reakcemi na pouze slyšící ucho ukáží lepší výkon řeči CI, zatímco větší odpovědi A1 na somatosenzorickou a/nebo vizuální stimulaci budou s CI fungovat hůře.

Klinický význam: Výzkumníci předpokládají, že tento projekt odhalí načasování a mechanismy klíčové plasticity sluchového mozku, která následuje po rehabilitaci SSD a CI u dospělých. Tato práce také prokáže, že fNIRS se může ukázat jako vynikající měřítko plasticity A1, které by mohlo být v budoucnu použito ke zlepšení načasování umístění CI pro SSD pro optimalizaci řečového výkonu a sluchové rehabilitace.