Evaluering af en bio-inspireret kodningsstrategi for cochlear implantatbrugere (EBCS)

Den avancerede kombinationskoder (ACE) strategi, en af ​​de mest udbredte kliniske talebehandlingsstrategier, der er tilgængelige for cochlear implantat (CI) brugere, forsøger at optimere transmissionen af ​​input akustiske signaler, men tager ikke eksplicit hensyn til de auditive nervefibres (ANF'er) evne til at formidle denne information. ACE-strategien dekomponerer tidsmæssige rammer af det indkommende lydsignal i frekvensbånd med en bank af båndpas Fast Fourier Transform (FFT) filtre. De tidsmæssige hylstre i hvert bånd ekstraheres derefter, og typisk vælges otte til ti bånd med det højeste energiindhold til at amplitudemodulere de bifasiske impulser. Denne udvælgelse udføres uafhængigt af ANFs reaktioner på den elektriske stimulation. Nogle undersøgelser har dog vist, at ANF'ers tidsmæssige responsegenskaber pålægger begrænsninger for elektrisk stimulering. Bortset fra det kan spredningsgraden af ​​neural excitation, som typisk er større end i det akustiske tilfælde, resultere i reaktioner, som kan formindske informationen på de enkelte kanaler. En kodningsstrategi, der tager højde for tidsmæssige egenskaber af ANF'er samt rumlig spredning af det elektriske felt, kunne således være gavnlig for CI-brugere.

En af de fremtrædende tidsmæssige karakteristika ved ANF'er som reaktion på den elektriske stimulation er refraktæritet. Dette fænomen kan defineres som en reduktion i excitabiliteten af ​​ANF'er umiddelbart efter et aktionspotentiale og er blevet observeret hos CI-recipienter via måling af det elektrisk fremkaldte sammensatte aktionspotentiale (ECAP). Den refraktære periode kan opdeles i en absolut refraktær periode (ARP), hvor hørenerven ikke er i stand til at reagere på den følgende puls og en relativ refraktær periode (RRP), hvor en reaktion fra neuronen er mulig under specifikke omstændigheder. Refractoriness kan pålægge begrænsninger på den maksimale stimulationshastighed af CI'er, da ANF'er ikke kan reagere på en stimulus præsenteret under ARP'en.

Bortset fra modstandsdygtighed producerer et igangværende højhastighedspulstog spike rate adaptation (SRA) i ANF'er, hvor neuronerne gradvist mister deres evne til at reagere på hver puls. Dette fald i neural excitabilitet er endnu større, end det kan forklares ved refraktæritet. Dyreforsøg af ANF'er ved højhastighedspulstog har vist SRA, og tilpasning er også blevet observeret i ECAP-amplituden af ​​humane CI-brugere, hvor amplituden faldt, efterhånden som stimulationshastigheden steg. Parallelt med tilpasning af stigningshastigheden kan indkvartering bidrage til stigningen i hastighedsnedsættelsen. Accommodation reducerer excitabiliteten for den anden puls (probe)-respons, når der er en undertærskelrespons på den første puls (masker), og masker-probe-intervallet (MPI) er stort nok til at tillade membranpotentialet at falde tilbage nær eller under hvilepotentialet . Indkvartering ud over SRA betragtes som en reduktion i excitabiliteten af ​​ANF'er, og dens effekt akkumuleres over sekventielle ikke-spikende responser.

Elektrisk stimulering af ANF'er hos dyr med par af pulser har også vist facilitering, som defineres som en stigning i nerve excitabilitet forårsaget af sub-tærskel stimulation i korte intervaller. Ud over dyreforsøg er den faciliterende effekt også blevet observeret hos humane CI-recipienter. Facilitering sker, når neuronen ikke reagerer på den første puls, men hvis membranpotentialet forbliver tæt på tærsklen længe nok, kan den anden puls producere en reaktion. Det blev vist, at facilitering er mere tydelig ved en lav MPI og for en maskering med en intensitet lig med eller mindre end en probe. Selvom faciliteringseffekten blev observeret hos humane CI-brugere, blev systematisk ECAP-måling for at kvantificere denne effekt endnu ikke udført. Således skal neural respons telemetri (NRT) målinger med negativ maskeroffset og korte MPI'er udføres for at bestemme en ikke-monotonisk adfærd for facilitering og bekræfte Cohens forudsigelser i hans modelsimuleringer.

Bortset fra ANFs tidsmæssige overvejelser, spredes elektrisk strøm bredt ud langs cochlea og exciterer en bred vifte af populationer af ANF'er, hvilket fører til et fald i selektiviteten og antallet af effektive kanaler. Rumlig spredning af det elektriske felt har således en stor indflydelse på den spektrale opløsning af CI-brugere og reducerer excitabiliteten af ​​den berørte ANF-population.

I det planlagte studie vil refraktæritet, rumlig spredning og faciliteringseffekter først blive bestemt ud fra NRT-målinger med CI-deltagere. Derefter er alle de førnævnte fænomener integreret i en bio-inspireret kodningsstrategi for et bedre udvalg af kanaler med højeste energiindhold. Denne nye strategi vil blive sammenlignet med den konventionelle ACE-kodningsstrategi.