Uso de la espectroscopia funcional del infrarrojo cercano para investigar el papel de la plasticidad de la corteza auditiva humana y la integración multisensorial en el rendimiento del implante coclear después de la sordera unilateral

El inicio repentino, la pérdida auditiva neurosensorial unilateral profunda o la sordera unilateral (SSD) es común (60 000 anualmente en EE. UU.). SSD permanente conduce a la discapacidad del oyente y a desafíos a largo plazo con la localización del sonido y la percepción del habla. La única rehabilitación auditiva definitiva para SSD es un implante coclear (CI). Existe una investigación limitada sobre el momento óptimo para la IC después de SSD, ya que la autorización del seguro generalmente requiere sordera bilateral para la colocación de la IC. En segundo lugar, existe una tecnología limitada de imágenes cerebrales compatible con CI para investigar los cambios antes y después de la CI en SSD. Por lo tanto, la falta de investigación sistemática da como resultado la colocación aleatoria de IC en SSD con un rendimiento auditivo inconsistente que puede deberse, en parte, a la activación neuronal variable en la corteza auditiva primaria (A1). Los modelos animales y los humanos con SSD muestran respuestas neuronales A1 mejoradas con estimulación de sonido del oído restante que solo escucha1,2. Además, la plasticidad transmodal3 (aumento de las respuestas neuronales A1 a los sistemas sensoriales no auditivos) conduce a la activación preferencial de A1 a los estímulos somatosensoriales y visuales4,5,6 en SSD. Esencialmente, los sistemas sensoriales no auditivos "reclutan" las neuronas A1 para que respondan a la nueva estimulación no auditiva. Esto limita la capacidad de las neuronas A1 para responder a la estimulación auditiva una vez que se implementa la rehabilitación de IC. Es importante destacar que una ventana de tiempo sensible después de SSD cuando ocurren estos cambios cerebrales puede afectar las respuestas auditivas neuronales A1 y, en última instancia, el rendimiento de IC y la percepción del habla.

La fuerza de activación de las neuronas A1 se asocia con un rendimiento y un reconocimiento de voz de CI óptimos7,8. Los investigadores predicen que si las neuronas A1 opuestas a la SSD se mantienen activas mediante una mayor sensibilidad a la estimulación auditiva del oído después de la SSD, sería menos probable que fueran "reasignadas" a una plasticidad intermodal no auditiva. Alternativamente, si las entradas del oído de solo escuchar a A1 no son suficientes, o si se producen más entradas somatosensoriales y/o visuales después de SSD, menos neuronas A1 estarán disponibles para responder a la estimulación de IC y el rendimiento del habla puede verse afectado. El objetivo de estos estudios es, en primer lugar, comprender el momento y la naturaleza de la plasticidad transmodal A1 (sensibilidad a los sistemas somatosensorial y/o visual) y la mejora de la vía del oído de solo audición en SSD. En segundo lugar, es examinar el impacto de la IC en la reversión de estos cambios que pueden afectar el rendimiento de la IC.

La investigación humana sobre SSD y CI es escasa debido a una tecnología de imagen cerebral inadecuada que puede medir la actividad neuronal A1 que también es compatible con CI. La espectroscopia funcional de infrarrojo cercano (fNIRS) y los potenciales relacionados con eventos (ERP) con electroencefalografía (EEG), cuando se usan juntos, pueden capturar la localización (fNIRS) y el tiempo (EEG) de los correlatos de las respuestas neuronales A1 (fNIRS) para distinguir entre el Efectos de la estimulación auditiva intermodal y de solo audición antes y después de la IC. Mediante el uso de condiciones de registro de estimulación/bloqueo de silencio en adultos SSD, las respuestas hemodinámicas A1 (correlatos de la actividad neuronal) y la conectividad cortical funcional en estado de reposo (RSFC; índice de conexiones intercorticales) se medirán con fNIRS y ERP y se correlacionarán con el oído que solo escucha. y plasticidad intermodal9,10 y rendimiento del habla de IC11.

Objetivo específico 1: determinar cuándo se produce la plasticidad neuronal A1 después del inicio de SSD. Se desconoce el momento de los cambios cerebrales que pueden influir en la rehabilitación auditiva en humanos A1 después de SSD. El objetivo de este objetivo es identificar la plasticidad que se produce cuando no hay intervención de IC y caracterizar cuándo las neuronas A1 están influenciadas por entradas auditivas del oído, somatosensoriales y/o visuales después de SSD. Experimento 1. Se registrarán las respuestas hemodinámicas A1 (correlación fNIRS de la actividad neuronal) y los cambios en RSFC y ERP cerebrales a la estimulación auditiva somatosensorial, visual y solo auditiva 1, 3, 6, 9 y 12 meses después del inicio del SSD. Los investigadores predicen que la plasticidad intermodal y las respuestas A1 a la estimulación auditiva del oído después de SSD tendrán patrones de tiempo de inicio específicos.

Objetivo específico 2: Identificar los cambios en la plasticidad neuronal A1 que siguen a la rehabilitación de IC.

El objetivo de este objetivo es determinar cómo y cuándo la colocación de CI afecta la plasticidad A1 en SSD. Como tal, los investigadores determinarán cuándo y si se pueden prevenir los cambios en el cerebro que pueden dificultar el desempeño eventual de la IC. Experimento 2: Los participantes después de la colocación de CI que sea temprana (<6 meses), tardía (6-12 meses) o tardía (> 12 meses-5 años) después de SSD y autorización aleatoria del seguro serán analizados para las respuestas hemodinámicas, cambios en RSFC y ERP a la estimulación auditiva somatosensorial, visual, IC y solo auditiva 1-12 meses después de la IC. Los investigadores predicen que el rendimiento óptimo del habla de IC se asociará con respuestas de fNIRS/ERP más fuertes a la colocación temprana y media de IC que revertirá las respuestas de A1 a la estimulación intermodal.

Objetivo Específico 3: Identificar perfiles neurocognitivos de rehabilitación IC exitosa de SSD. Se medirá la plasticidad A1 pre y post-IC y su relación con el rendimiento del habla en SSD. Experimento 3: Se realizarán pruebas de rendimiento del habla de CI y se espera que los resultados se correlacionen con los grados/tiempo de plasticidad de los Objetivos 1 y 2. Los investigadores predicen que aquellos con menos plasticidad transmodal A1 y mayores respuestas al oído que solo escucha mostrarán mejor rendimiento del habla de CI, mientras que mayores respuestas A1 a la estimulación somatosensorial y/o visual tendrán un desempeño más pobre con CI.

Importancia clínica: los investigadores predicen que este proyecto descubrirá el momento y los mecanismos de la plasticidad cerebral auditiva clave que sigue a la rehabilitación de SSD y CI de inicio en adultos. Este trabajo también demostrará que fNIRS puede resultar una medida superior de la plasticidad A1 que podría usarse en el futuro para mejorar el momento de la colocación de IC para SSD para optimizar el rendimiento del habla y la rehabilitación auditiva.