機能的近赤外分光法を使用して、片耳難聴後の人工内耳のパフォーマンスに対する人間の聴覚皮質の可塑性と多感覚統合の役割を調査する

突然発症、深刻な片側性感音難聴、または片耳難聴 (SSD) が一般的です (米国では年間 60,000 件)。 永続的な SSD は、リスナーの障害と、音の定位と音声認識に関する長期的な課題につながります。 SSD の唯一の決定的な聴覚リハビリテーションは、人工内耳 (CI) です。 保険の承認には通常、CI の配置に両側の難聴が必要であるため、SSD 後の CI の最適なタイミングに関する研究は限られています。 第 2 に、SSD の CI 前後の変化を調査するために、限られた CI と互換性のある脳イメージング技術が存在します。 したがって、体系的な研究の欠如により、SSD にランダムな CI が配置され、一貫性のない聴覚パフォーマンスが得られます。これは、一次聴覚野の可変神経活性化が原因である可能性があります (A1)。 SSD を持つ動物モデルと人間は、残りの聴覚のみの耳の音刺激で強化された A1 神経応答を示します1,2。 また、クロス モーダル可塑性 (非聴覚感覚系に対する A1 神経応答の増加) は、SSD の体性感覚および視覚刺激に対する優先的な A1 活性化につながります。 本質的に、非聴覚感覚系は、新しい非聴覚刺激に反応するようになるために、A1ニューロンを「募集」します。 これにより、CI リハビリテーションが実装されると、A1 ニューロンが聴覚刺激に反応する能力が制限されます。 重要なことに、これらの脳の変化が発生した SSD 後の敏感な時間枠は、A1 神経聴覚応答、そして最終的には CI パフォーマンスと音声認識に影響を与える可能性があります。

A1 ニューロンの活性化強度は、最適な CI 音声認識とパフォーマンスに関連しています7,8。 研究者らは、SSD の反対側の A1 ニューロンが、SSD 後に聴覚のみの刺激に対する感度を高めて活動を維持すると、聴覚以外のクロスモーダル可塑性に「再割り当て」される可能性が低くなると予測しています。 あるいは、A1 への聴覚のみの入力では不十分な場合、または SSD の後に体性感覚および/または視覚入力が増えると、CI 刺激に応答するために使用できる A1 ニューロンが少なくなり、発話パフォーマンスが低下する可能性があります。 これらの研究の目的は、まず、SSD における A1 クロスモーダル可塑性 (体性感覚および/または視覚システムに対する感受性) と聴覚のみの耳経路強化の両方のタイミングと性質を理解することです。 次に、CI のパフォーマンスに影響を与える可能性のあるこれらの変更を元に戻す際の CI の影響を調べることです。

SSD と CI に関する人間の研究は、CI 互換でもある A1 神経活動を測定できる不十分な脳イメージング技術のためにまばらです。 機能的近赤外分光法 (fNIRS) とイベント関連電位 (ERP) と脳波 (EEG) を一緒に使用すると、A1 神経応答 (fNIRS) の相関の局在化 (fNIRS) とタイミング (EEG) をキャプチャして、 CI前後のクロスモーダルおよび聴覚のみの耳刺激の効果。 SSD 成人の刺激/沈黙ブロック記録条件を使用して、A1 血行動態反応 (神経活動の相関) および安静状態の機能的皮質接続 (RSFC; 皮質間接続の指標) を fNIRS および ERP で測定し、聴覚のみの耳と相関させます。およびクロスモーダル可塑性9,10 および CI 音声パフォーマンス11。

特定の目的 1: SSD の発症に続いて A1 神経可塑性がいつ発生するかを判断します。 SSD 後の人間の A1 内の聴覚リハビリテーションに影響を与える可能性のある脳の変化のタイミングは不明です。 この目的の目標は、CI 介入がない場合に発生する可塑性を特定し、SSD 後に A1 ニューロンが聴覚のみ、体性感覚、および/または視覚入力のいずれかによって影響を受ける場合を特徴付けることです。 実験 1. A1 血行動態反応 (神経活動の fNIRS 相関) と、体性感覚、視覚および聴覚のみの耳刺激に対する脳 RSFC および ERP の変化を、SSD 発症後 1、3、6、9、および 12 か月後に記録します。 研究者らは、SSD が開始の特定のタイミング パターンを持つようになった後、聴覚のみの耳刺激に対するクロスモーダル可塑性と A1 反応を予測しています。

特定の目的 2: CI リハビリテーション後の A1 神経可塑性の変化を特定します。

この目的の目標は、CI 配置が SSD の A1 可塑性にどのように、いつ影響するかを判断することです。 そのため、研究者は、最終的な CI パフォーマンスを妨げる可能性のある脳の変化をいつ、どのように防ぐことができるかを判断します。 実験 2: SSD およびランダムな保険認可後、早期 (<6 か月)、遅延 (6 ～ 12 か月)、または後期 (> 12 か月 - 5 年) のいずれかである CI 配置後の参加者は、血行動態反応、RSFC の変化について分析されます。 CI の 1 ～ 12 か月後の、体性感覚、視覚、CI、および聴覚のみの耳刺激に対する ERP。 研究者らは、最適な CI スピーチ パフォーマンスは、クロスモーダル刺激に対する A1 応答を逆転させる初期および中期 CI 配置に対するより強い fNIRS/ERP 応答に関連付けられると予測しています。

特定の目的 3: SSD の成功した CI リハビリテーションの神経認知プロファイルを特定します。 CI 前後の A1 可塑性と、SSD での音声パフォーマンスとの関係が測定されます。 実験 3: CI スピーチ パフォーマンス テストが実施され、結果は目的 1 および 2 からの可塑性の程度/タイミングと相関すると予想されます。体性感覚および/または視覚刺激に対するA1応答が大きいほど、CIでのパフォーマンスが低下します。

臨床的意義: 研究者らは、このプロジェクトによって、成人発症の SSD および CI リハビリテーションに続く重要な聴覚脳可塑性のタイミングとメカニズムが明らかになると予測しています。 この作業はまた、fNIRS が A1 可塑性の優れた尺度であることが証明される可能性があることを示します。これは、スピーチパフォーマンスと聴覚リハビリテーションを最適化するために SSD の CI の配置のタイミングを改善するために今後使用できる可能性があります。