Hodnocení bio-inspirované kódovací strategie pro uživatele kochleárních implantátů (EBCS)

Strategie pokročilého kombinovaného kodéru (ACE), jedna z nejrozšířenějších strategií klinického zpracování řeči dostupná uživatelům kochleárních implantátů (CI), se pokouší optimalizovat přenos vstupních akustických signálů, ale výslovně nezohledňuje vlákna sluchového nervu (ANF) schopnost předávat tyto informace. Strategie ACE rozkládá časové rámce příchozího zvukového signálu do frekvenčních pásem pomocí banky pásmové propusti Fast Fourier Transform (FFT) filtrů. Časové obálky v každém pásmu jsou pak extrahovány a typicky je vybráno osm až deset pásem s nejvyšším energetickým obsahem pro amplitudovou modulaci dvoufázových pulzů. Tato selekce se provádí bez ohledu na reakce ANF na elektrickou stimulaci. Některé studie však ukázaly, že vlastnosti časové odezvy ANF představují omezení pro elektrickou stimulaci. Kromě toho může míra šíření neurální excitace, která je typicky větší než v akustickém případě, vést k reakcím, které mohou snižovat informace poskytované na jednotlivých kanálech. Pro uživatele CI by tedy mohla být prospěšná strategie kódování zohledňující časové vlastnosti ANF i prostorové šíření elektrického pole.

Jednou z prominentních časových charakteristik ANF v reakci na elektrickou stimulaci je refrakternost. Tento jev lze definovat jako snížení excitability ANF bezprostředně po akčním potenciálu a byl pozorován u příjemců CI prostřednictvím měření elektricky evokovaného akčního potenciálu sloučeniny (ECAP). Refrakterní periodu lze rozdělit na absolutní refrakterní periodu (ARP), během které sluchový nerv není schopen reagovat na následující puls, a relativní refrakterní periodu (RRP), během níž je za určitých okolností možná reakce neuronu. Refraktérnost může omezit maximální míru stimulace CI, protože ANF nemohou reagovat na stimul prezentovaný během ARP.

Nehledě na refrakternost, pokračující vysokofrekvenční pulzní sled vytváří adaptaci spike rate (SRA) v ANF, ve kterých neurony postupně ztrácejí svou schopnost reagovat na každý pulz. Tento pokles neurální dráždivosti je ještě větší, než lze vysvětlit refrakterností. Studie na zvířatech s ANF při vysokofrekvenčních pulsech ukázaly SRA a adaptace byla také pozorována u amplitudy ECAP u lidských uživatelů CI, u kterých se amplituda snižovala se zvyšující se rychlostí stimulace. Paralelně s adaptací špičky může akomodace přispět ke snížení rychlosti špiček. Akomodace snižuje excitabilitu pro odezvu druhého pulsu (sondy), když existuje podprahová odezva na první puls (masker) a interval maskovací sondy (MPI) je dostatečně velký, aby umožnil membránový potenciál klesnout zpět blízko nebo pod klidový potenciál . Akomodace navíc k SRA je považována za snížení excitability ANF a její účinek se kumuluje v průběhu sekvenčních odpovědí, které nejsou špičkou.

Elektrická stimulace ANF u zvířat pomocí párů pulzů také ukázala usnadnění, které je definováno jako zvýšení nervové dráždivosti způsobené podprahovou stimulací v krátkých intervalech. Kromě studií na zvířatech byl facilitační efekt pozorován také u lidských příjemců CI. Usnadnění nastává, když neuron nereaguje na první pulz, ale pokud membránový potenciál zůstane blízko prahové hodnoty dostatečně dlouho, druhý pulz může vyvolat odpověď. Ukázalo se, že facilitace je patrnější při nízkém MPI a u maskovače s intenzitou stejnou nebo menší než je intenzita sondy. I když byl u lidských uživatelů CI pozorován facilitační efekt, systematická měření ECAP ke kvantifikaci tohoto účinku dosud nebyla provedena. K určení nemonotónního chování facilitace a potvrzení předpovědí Cohena v jeho modelových simulacích je tedy třeba provést měření neurální odezvy telemetrie (NRT) s negativním posunem masky a krátkými MPI.

Kromě časových úvah o ANF se elektrický proud šíří široce podél kochley a excituje širokou škálu populací ANF, což vede ke snížení selektivity a počtu účinných kanálů. Prostorové šíření elektrického pole má tedy velký dopad na spektrální rozlišení uživatelů CI a snižuje excitabilitu postižené populace ANF.

V plánované studii bude nejprve z měření NRT s účastníky CI stanovena odolnost, prostorové šíření a facilitační efekty. Poté jsou všechny výše uvedené jevy integrovány do bio-inspirované kódovací strategie pro lepší výběr kanálů s nejvyšším energetickým obsahem. Tato nová strategie bude porovnána s konvenční strategií kódování ACE.