Funktionaalisen lähi-infrapunaspektroskopian käyttö ihmisen kuulokorteksin plastisuuden ja monisensorisen integraation roolin tutkimiseen sisäkorvaistutteiden suorituskyvyssä yksipuolisen kuurouden jälkeen

Äkillinen, syvä yksipuolinen sensorineuraalinen kuulonmenetys tai yksipuolinen kuurous (SSD) on yleistä (60 000 vuodessa Yhdysvalloissa). Pysyvä SSD johtaa kuuntelijan vammaisuuteen ja pitkäaikaisiin haasteisiin äänen lokalisoinnissa ja puheen havaitsemisessa. Ainoa lopullinen kuulon kuntoutus SSD:lle on sisäkorvaistute (CI). CI:n optimaalisesta ajoituksesta SSD:n jälkeen on vain vähän tutkimusta, koska vakuutuslupa edellyttää tyypillisesti kahdenvälistä kuuroutta CI:n sijoittamiseen. Toiseksi on olemassa rajoitettu CI-yhteensopiva aivojen kuvantamistekniikka, joka tutkii muutoksia ennen CI:tä ja sen jälkeen SSD:ssä. Siten systemaattisen tutkimuksen puute johtaa satunnaiseen CI:n sijoitukseen SSD:llä ja epäjohdonmukaisella kuulotoiminnalla, mikä saattaa osittain johtua vaihtelevasta hermoaktivaatiosta ensisijaisessa kuulokuoressa (A1). Eläinmallit ja ihmiset, joilla on SSD, osoittavat tehostettuja A1 hermovasteita jäljellä olevan vain kuulevan korvan äänistimulaatiolla1,2. Myös crossmodaalinen plastisuus3 (lisääntyneet A1-hermostoreaktiot ei-auditorisiin sensorijärjestelmiin) johtaa ensisijaiseen A1-aktivoitumiseen somatosensorisiin ja visuaalisiin ärsykkeisiin4,5,6 SSD:ssä. Pohjimmiltaan ei-auditiiviset sensoriset järjestelmät "rekrytoivat" A1-hermosoluja tullakseen herkäksi uudelle ei-auditiiviselle stimulaatiolle. Tämä rajoittaa A1-neuronien kykyä reagoida kuulostimulaatioon, kun CI-kuntoutus on toteutettu. Tärkeää on, että herkkä aikaikkuna SSD:n jälkeen, kun nämä aivomuutokset tapahtuvat, voi vaikuttaa A1-hermokuuloreaktioihin ja lopulta CI:n suorituskykyyn ja puheen havaitsemiseen.

A1-neuronien aktivointivoimakkuus liittyy optimaaliseen CI-puheentunnistukseen ja suorituskykyyn7,8. Tutkijat ennustavat, että jos SSD:tä vastapäätä olevat A1-neuronit pidetään aktiivisina lisääntyneen herkkyyden vuoksi vain kuulokorvan stimulaatiolle SSD:n jälkeen, ne todennäköisesti "määrittäisiin uudelleen" ei-auditiiviseen crossmodaaliseen plastisuuteen. Vaihtoehtoisesti, jos vain kuulokorvatulot A1:een eivät riitä tai jos SSD:n jälkeen esiintyy enemmän somatosensorisia ja/tai visuaalisia tuloja, vähemmän A1-hermosoluja on käytettävissä vastaamaan CI-stimulaatioon ja puheen suorituskyky saattaa kärsiä. Näiden tutkimusten tavoitteena on ensinnäkin ymmärtää sekä A1-ristimodaalisen plastisuuden (herkkyys somatosensorisille ja/tai visuaalisille järjestelmille) että vain kuulokorvapolun tehostamisen ajoitusta ja luonnetta SSD:ssä. Toiseksi on tutkittava CI:n vaikutusta näiden muutosten kumoamiseen, jotka voivat vaikuttaa CI:n suorituskykyyn.

Ihmisten tutkimus SSD:stä ja CI:stä on vähäistä, koska aivojen kuvantamistekniikka ei pysty mittaamaan A1-hermotoimintaa, joka on myös CI-yhteensopiva. Toiminnallinen lähi-infrapunaspektroskopia (fNIRS) ja tapahtumaan liittyvät potentiaalit (ERP) ja elektroenkefalografia (EEG), kun niitä käytetään yhdessä, voivat kaapata A1-hermovasteiden (fNIRS) korrelaattien lokalisoinnin (fNIRS) ja ajoituksen (EEG) erottaakseen toisistaan crossmodaalisen ja vain kuulevan korvan stimulaation vaikutukset ennen ja jälkeen CI:n. SSD-aikuisten stimulaatio-/hiljaisuusblokki-tallennusolosuhteita käyttämällä mitataan A1-hemodynaamiset vasteet (hermotoiminnan korrelaatit) ja lepotilan toiminnallinen aivokuoren liitettävyys (RSFC; aivokuoren välisten yhteyksien indeksi) fNIRS:llä ja ERP:llä ja korreloidaan vain kuulevan korvan kanssa. ja transmodaalinen plastisuus9,10 ja CI-puheen suorituskyky11.

Erityinen tavoite 1: Määritä, milloin A1 hermoplastisuus tapahtuu SSD:n alkamisen jälkeen. Aivomuutosten ajoitusta, jotka voivat vaikuttaa kuulon kuntoutukseen ihmisen A1:ssä SSD:n jälkeen, ei tiedetä. Tämän tavoitteen tavoitteena on tunnistaa plastisuus, joka ilmenee, kun CI-interventiota ei ole, ja karakterisoida, kun A1-hermosoluihin vaikuttavat joko vain kuulokorva, somatosensoriset ja/tai visuaaliset syötteet SSD:n jälkeen. Koe 1. A1-hemodynaamiset vasteet (fNIRS korreloi hermotoiminnan kanssa) ja muutokset aivojen RSFC:ssä ja ERP:issä somatosensoriseen, visuaaliseen ja vain kuuloon liittyvään korvastimulaatioon kirjataan 1, 3, 6, 9 ja 12 kuukautta SSD:n alkamisen jälkeen. Tutkijat ennustavat crossmodaalista plastisuutta ja A1-vasteita vain kuulokorvan stimulaatioon SSD:n jälkeen.

Erityinen tavoite 2: Tunnista muutokset A1-hermoston plastisuudessa, jotka seuraavat CI-kuntoutusta.

Tämän tavoitteen tavoitteena on selvittää, miten ja milloin CI:n sijoitus vaikuttaa SSD:n A1-plastisuuteen. Sellaisenaan tutkijat määrittävät, milloin ja voidaanko aivomuutoksia estää, jotka voivat haitata mahdollista CI-suorituskykyä. Koe 2: Osallistujilta, jotka seuraavat CI-sijoitusta, joka on joko aikaisin (<6 kk), myöhässä (6-12 kk) tai myöhässä (> 12 kk-5 vuotta) SSD:n ja satunnaisen vakuutusluvan jälkeen, analysoidaan hemodynaamisten vasteiden, RSFC-muutosten ja ERP:t somatosensoriseen, visuaaliseen, CI- ja vain kuulokorvastimulaatioon 1-12 kuukautta CI:n jälkeen. Tutkijat ennustavat, että CI-puheen optimaalinen suorituskyky liittyy voimakkaampiin fNIRS/ERP-vasteisiin varhaiseen ja keskivaiheiseen CI:n sijoitteluun, mikä kääntää A1-vasteet ristikkäiseen stimulaatioon.

Erityinen tavoite 3: Tunnista SSD:n onnistuneen CI-kuntoutuksen neurokognitiiviset profiilit. A1-plastisuus ennen CI:tä ja sen jälkeen sekä sen suhde puheen suorituskykyyn SSD:llä mitataan. Koe 3: Suoritetaan CI-puheen suorituskyvyn testaus ja tulosten odotetaan korreloivan plastisuusasteiden/ajoitusten kanssa tavoitteista 1 ja 2. Tutkijat ennustavat, että ne, joilla on vähemmän A1-ristimodaalinen plastisuus ja suuremmat vasteet vain kuulevaan korvaan parempi CI-puheen suorituskyky, kun taas suuremmat A1-vasteet somatosensoriseen ja/tai visuaaliseen stimulaatioon toimivat huonommin CI:n kanssa.

Kliininen merkitys: Tutkijat ennustavat, että tämä projekti paljastaa kuuloaivojen keskeisen plastisuuden ajoituksen ja mekanismit, jotka seuraavat aikuisilla alkavaa SSD- ja CI-kuntoutusta. Tämä työ osoittaa myös, että fNIRS voi osoittautua ylivoimaiseksi A1-plastisuuden mittariksi, jota voitaisiin käyttää jatkossa parantamaan CI:n sijoittamisen ajoitusta SSD:lle puheen suorituskyvyn ja kuulon kuntoutuksen optimoimiseksi.