Funkcionális közeli infravörös spektroszkópia alkalmazása az emberi hallókéreg plaszticitásának és a multiszenzoros integrációnak a cochlearis implantátum teljesítményére gyakorolt ​​szerepének vizsgálatára egyoldali süketség után

A hirtelen fellépő, súlyos, egyoldalú szenzorineurális hallásvesztés vagy egyoldali süketség (SSD) gyakori (évente 60 000 az Egyesült Államokban). Az állandó SSD a hallgató fogyatékosságához és hosszú távú kihívásokhoz vezet a hang lokalizációjával és a beszédészleléssel. Az SSD egyetlen végleges hallási rehabilitációja a cochlearis implantátum (CI). Korlátozott kutatások állnak rendelkezésre az SSD utáni CI optimális időzítéséről, mivel a biztosítási engedélyhez általában kétoldalú süketség szükséges a CI elhelyezéséhez. Másodszor, korlátozott CI-kompatibilis agyi képalkotó technológia létezik az SSD CI előtti és utáni változásainak vizsgálatára. Így a szisztematikus kutatások hiánya véletlenszerű CI-elhelyezést eredményez SSD-ben, inkonzisztens hallási teljesítmény mellett, ami részben az elsődleges hallókéregben (A1) előforduló változó neurális aktivációnak tudható be. Az állatmodellek és az SSD-vel rendelkező emberek fokozott A1 idegi válaszokat mutatnak a fennmaradó, csak halló fül hangstimulációjával1,2. Ezenkívül a keresztmodális plaszticitás3 (fokozott A1 neurális válaszok a nem hallási szenzoros rendszerekre) a szomatoszenzoros és vizuális ingerek preferenciális A1 aktiválásához vezet4,5,6 SSD-ben. Lényegében a nem hallási szenzoros rendszerek "toborozzák" az A1 neuronokat, hogy reagáljanak az új, nem hallási stimulációra. Ez korlátozza az A1 neuronok azon képességét, hogy reagáljanak a hallási stimulációra a CI rehabilitáció végrehajtása után. Fontos, hogy az SSD utáni érzékeny időablak, amikor ezek az agyi változások bekövetkeznek, hatással lehet az A1 neurális hallási reakciókra, és végső soron a CI teljesítményére és a beszédészlelésre.

Az A1 neuronok aktivációs erőssége az optimális CI beszédfelismeréssel és teljesítménnyel függ össze7,8. A kutatók azt jósolják, hogy ha az SSD-vel szemben lévő A1 neuronokat az SSD utáni fokozott érzékenység a csak halló fül stimulációjára tartja aktívan, kevésbé valószínű, hogy „átsorolják” a nem hallási kereszt-modális plaszticitáshoz. Alternatív megoldásként, ha az A1-hez csak a hallófül bemenetei nem elegendőek, vagy ha több szomatoszenzoros és/vagy vizuális bemenet következik be az SSD után, kevesebb A1 neuron lesz elérhető a CI-stimulációra való reagáláshoz, és a beszédteljesítmény csökkenhet. E tanulmányok célja először is az A1 keresztmodális plaszticitás (szomatoszenzoros és/vagy vizuális rendszerekkel szembeni érzékenység), valamint a csak hallófül-útvonal-javítás időzítésének és természetének megértése SSD-ben. Másodszor, meg kell vizsgálni a CI hatását ezen változások visszafordítására, amelyek befolyásolhatják a CI teljesítményét.

Az SSD-vel és a CI-vel kapcsolatos emberi kutatások ritkák a nem megfelelő agyi képalkotó technológia miatt, amely képes mérni az A1 idegi aktivitást, amely szintén CI-kompatibilis. A funkcionális közeli infravörös spektroszkópia (fNIRS) és az eseményfüggő potenciálok (ERP) elektroencefalográfiával (EEG), ha együtt használják, rögzíteni tudják az A1 neurális válaszok (fNIRS) korrelációinak lokalizációját (fNIRS) és időzítését (EEG), hogy megkülönböztessék a keresztmodális és csak halló fülstimuláció hatásai a CI előtt és után. SSD-felnőtteknél a stimulációs/csendblokk rögzítési körülményeit használva az A1 hemodinamikai válaszokat (az idegi aktivitás korrelációit) és a nyugalmi állapot funkcionális kérgi konnektivitását (RSFC; inter-corticalis kapcsolatok indexe) mérjük az fNIRS-sel és ERP-vel, és korreláljuk a csak halló füllel. és a keresztmodális plaszticitás9,10 és a CI beszédteljesítmény11.

1. konkrét cél: Határozza meg, mikor következik be A1 neurális plaszticitás az SSD megjelenése után. Nem ismert az agyi változások időzítése, amelyek befolyásolhatják az emberi A1 hallásrehabilitációt az SSD után. Ennek a célnak az a célja, hogy azonosítsa a plaszticitást, amely akkor fordul elő, ha nincs CI beavatkozás, és jellemezze, amikor az A1 neuronokat vagy csak halló fül, szomatoszenzoros és/vagy vizuális bemenetek befolyásolják SSD után. 1. Kísérlet: Az A1 hemodinamikai válaszokat (fNIRS korrelálja az idegi aktivitással) és az agyi RSFC-ben és ERP-ben bekövetkező változásokat szomatoszenzoros, vizuális és csak halló fülstimulációra 1, 3, 6, 9 és 12 hónappal az SSD kezdete után rögzítjük. A kutatók előrejelzése szerint a keresztmodális plaszticitás és az A1 válaszok csak halló fülstimulációra az SSD után meghatározott időzítési mintázatúak lesznek.

2. specifikus cél: Az A1 idegi plaszticitás változásainak azonosítása a CI rehabilitációt követően.

E cél célja annak meghatározása, hogy a CI elhelyezése hogyan és mikor befolyásolja az SSD A1 plaszticitását. Ennek megfelelően a kutatók meg fogják határozni, hogy mikor és megelőzhetőek-e olyan agyi változások, amelyek hátráltathatják az esetleges CI teljesítményt. 2. kísérlet: Az SSD és véletlenszerű biztosítási engedély után korai (<6 hónap), késleltetett (6-12 hónap) vagy késői (>12 hónap-5 év) CI-elhelyezést követő résztvevőknél elemzik a hemodinamikai válaszokat, az RSFC változásait és ERP-k szomatoszenzoros, vizuális, CI és csak halló fül stimulációig 1-12 hónappal a CI után. A kutatók azt jósolják, hogy az optimális CI-beszédteljesítmény erősebb fNIRS/ERP-válaszokkal jár a korai és középső CI-elhelyezésre, ami megfordítja az A1 válaszokat a keresztmodális stimulációra.

3. specifikus cél: Az SSD sikeres CI rehabilitációjának neurokognitív profiljainak azonosítása. Mérni fogják az A1 plaszticitását a CI előtt és után, valamint annak kapcsolatát az SSD beszédteljesítményével. 3. kísérlet: CI beszédteljesítmény-tesztet fognak végezni, és az eredmények várhatóan korrelálni fognak az 1. és 2. célból származó plaszticitás fokával/időzítésével. A vizsgálók azt jósolják, hogy azok, akiknek kisebb az A1 keresztmodális plaszticitásuk és jobban reagálnak az egyetlen halló fülre jobb CI beszédteljesítmény, míg a szomatoszenzoros és/vagy vizuális stimulációra adott nagyobb A1 válaszok gyengébbek CI esetén.

Klinikai jelentősége: A kutatók azt jósolják, hogy ez a projekt feltárja a kulcsfontosságú hallási agy plaszticitásának időzítését és mechanizmusait, amelyek a felnőttkori SSD és CI rehabilitációt követik. Ez a munka azt is bemutatja, hogy az fNIRS az A1 plaszticitás kiváló mérőszámának bizonyulhat, amely a jövőben felhasználható a CI SSD-hez való elhelyezésének időzítésének javítására a beszédteljesítmény és a hallás rehabilitációjának optimalizálása érdekében.