Evaluatie van een bio-geïnspireerde coderingsstrategie voor gebruikers van cochleaire implantaten (EBCS)

De geavanceerde combinatie-encoderstrategie (ACE), een van de meest gebruikte klinische spraakverwerkingsstrategieën die beschikbaar zijn voor gebruikers van cochleaire implantaten (CI), probeert de overdracht van akoestische invoersignalen te optimaliseren, maar houdt niet expliciet rekening met de gehoorzenuwvezels (ANF's) capaciteit om deze informatie over te brengen. De ACE-strategie ontleedt tijdelijke frames van het binnenkomende geluidssignaal in frequentiebanden met een reeks banddoorlatende Fast Fourier Transform (FFT)-filters. De temporele enveloppen in elke band worden vervolgens geëxtraheerd en typisch worden acht tot tien banden met de hoogste energie-inhoud geselecteerd om de bifasische pulsen in amplitude te moduleren. Deze selectie wordt uitgevoerd ongeacht de reacties van de ANF op de elektrische stimulatie. Sommige onderzoeken hebben echter aangetoond dat temporele responseigenschappen van ANF's beperkingen opleggen aan elektrische stimulatie. Afgezien daarvan kan de mate van spreiding van neurale excitatie, die typisch groter is dan in het akoestische geval, resulteren in reacties die de informatie die op de individuele kanalen wordt verschaft, kunnen verminderen. Een coderingsstrategie die rekening houdt met temporele eigenschappen van ANF's en ruimtelijke spreiding van het elektrische veld kan dus gunstig zijn voor CI-gebruikers.

Een van de prominente temporele kenmerken van ANF's als reactie op de elektrische stimulatie is ongevoeligheid. Dit fenomeen kan worden gedefinieerd als een vermindering van de prikkelbaarheid van ANF's onmiddellijk na een actiepotentiaal en is waargenomen bij CI-ontvangers via het meten van het elektrisch opgewekte samengestelde actiepotentiaal (ECAP). De refractaire periode kan worden onderverdeeld in een absolute refractaire periode (ARP) waarin de gehoorzenuw niet in staat is te reageren op de volgende puls en een relatieve refractaire periode (RRP) waarin onder bepaalde omstandigheden een reactie van het neuron mogelijk is. Ongevoeligheid kan beperkingen opleggen aan de maximale stimulatiesnelheid van CI's, aangezien ANF's niet kunnen reageren op een stimulus die tijdens de ARP wordt gepresenteerd.

Afgezien van refractairheid, produceert een voortdurende pulstrein met hoge snelheid spike-snelheidsaanpassing (SRA) in ANF's waarin de neuronen geleidelijk hun vermogen verliezen om op elke puls te reageren. Deze afname in neurale prikkelbaarheid is zelfs groter dan kan worden verklaard door ongevoeligheid. Dierstudies van ANF's met pulstreinen met hoge snelheid hebben SRA aangetoond en aanpassing is ook waargenomen in de ECAP-amplitude van menselijke CI-gebruikers, waarbij de amplitude afnam naarmate de stimulatiesnelheid toenam. Parallel aan aanpassing van de pieksnelheid kan accommodatie bijdragen aan de afname van de pieksnelheid. Accommodatie vermindert de prikkelbaarheid voor de respons van de tweede puls (sonde) wanneer er een subdrempelige respons is op de eerste puls (masker) en het masker-sonde-interval (MPI) groot genoeg is om het membraanpotentieel terug te laten vallen in de buurt van of onder het rustpotentiaal . Accommodatie naast SRA wordt beschouwd als een vermindering van de prikkelbaarheid van ANF's en het effect ervan stapelt zich op over sequentiële niet-spikende reacties.

Elektrische stimulatie van ANF's bij dieren met paren pulsen heeft ook facilitering aangetoond, wat wordt gedefinieerd als een toename van zenuwprikkelbaarheid veroorzaakt door stimulatie onder de drempel met korte tussenpozen. Afgezien van dierstudies is het faciliterende effect ook waargenomen bij menselijke CI-ontvangers. Facilitatie vindt plaats wanneer het neuron niet reageert op de eerste puls, maar als de membraanpotentiaal lang genoeg in de buurt van de drempel blijft, kan de tweede puls een reactie produceren. Er werd aangetoond dat facilitatie duidelijker is bij een lage MPI en voor een masker met een intensiteit die gelijk of lager is dan die van een sonde. Hoewel het faciliterende effect werd waargenomen bij menselijke CI-gebruikers, werden er nog geen systematische ECAP-metingen uitgevoerd om dit effect te kwantificeren. Er moeten dus metingen van neurale responstelemetrie (NRT) met negatieve maskeroffset en korte MPI's worden uitgevoerd om een ​​niet-monotoon faciliterend gedrag te bepalen en de voorspellingen van Cohen in zijn modelsimulaties te bevestigen.

Afgezien van ANF's tijdelijke overwegingen, verspreidt elektrische stroom zich wijd langs het slakkenhuis en wekt een breed scala aan populaties van ANF's op, wat leidt tot een afname van de selectiviteit en het aantal effectieve kanalen. Ruimtelijke spreiding van het elektrische veld heeft dus een grote invloed op de spectrale resolutie van CI-gebruikers en vermindert de prikkelbaarheid van de getroffen ANF-populatie.

In de geplande studie zullen eerst refractairheids-, ruimtelijke spreidings- en facilitatie-effecten worden bepaald uit NRT-metingen met CI-deelnemers. Vervolgens worden alle bovengenoemde fenomenen geïntegreerd in een bio-geïnspireerde coderingsstrategie voor een betere selectie van kanalen met de hoogste energie-inhoud. Deze nieuwe strategie zal worden vergeleken met de conventionele ACE-coderingsstrategie.