Wykorzystanie funkcjonalnej spektroskopii w bliskiej podczerwieni do zbadania roli plastyczności kory słuchowej człowieka i integracji wielozmysłowej na działanie implantu ślimakowego po jednostronnej głuchocie

Nagły początek, głęboka jednostronna niedosłuch czuciowo-nerwowy lub jednostronna głuchota (SSD) są powszechne (60 000 rocznie w USA). Trwały dysk SSD prowadzi do niepełnosprawności słuchacza i długotrwałych wyzwań związanych z lokalizacją dźwięku i percepcją mowy. Jedyną ostateczną rehabilitacją słuchową dla SSD jest implant ślimakowy (CI). Istnieją ograniczone badania dotyczące optymalnego czasu dla CI po SSD, ponieważ autoryzacja ubezpieczenia zazwyczaj wymaga obustronnej głuchoty do umieszczenia CI. Po drugie, istnieje ograniczona technologia obrazowania mózgu kompatybilna z CI w celu zbadania zmian przed i po CI w SSD. Tak więc brak systematycznych wyników badań w losowym umieszczaniu CI w SSD z niespójnymi wynikami słuchowymi, które mogą być częściowo spowodowane zmienną aktywacją neuronów w pierwotnej korze słuchowej (A1). Modele zwierzęce i ludzie z SSD wykazują wzmocnione reakcje nerwowe A1 ze stymulacją dźwiękową pozostałego tylko ucha słyszącego1,2. Również plastyczność międzymodalna3 (zwiększona odpowiedź neuronów A1 na niesłuchowe systemy sensoryczne) prowadzi do preferencyjnej aktywacji A1 na bodźce somatosensoryczne i wzrokowe4,5,6 w SSD. Zasadniczo niesłuchowe systemy czuciowe „rekrutują” neurony A1, aby zareagować na nową stymulację niesłuchową. Ogranicza to zdolność neuronów A1 do reagowania na stymulację słuchową po wdrożeniu rehabilitacji CI. Co ważne, wrażliwe okno czasowe po SSD, kiedy wystąpią te zmiany w mózgu, może wpłynąć na neuronalne reakcje słuchowe A1, a ostatecznie na wydajność CI i percepcję mowy.

Siła aktywacji neuronów A1 jest związana z optymalnym rozpoznawaniem mowy i wydajnością CI7,8. Badacze przewidują, że jeśli neurony A1 znajdujące się naprzeciwko SSD będą utrzymywane w stanie aktywnym dzięki zwiększonej wrażliwości na stymulację ucha tylko słyszącą po SSD, prawdopodobieństwo „przeniesienia” ich do niesłuchowej plastyczności międzymodalnej będzie mniejsze. Alternatywnie, jeśli bodźce słuchowe skierowane do A1 nie są wystarczające lub jeśli po SSD pojawi się więcej bodźców somatosensorycznych i/lub wzrokowych, mniej neuronów A1 będzie dostępnych do reagowania na stymulację CI, a wydajność mowy może ulec pogorszeniu. Celem tych badań jest, po pierwsze, zrozumienie czasu i natury zarówno plastyczności międzymodalnej A1 (wrażliwość na układy somatosensoryczne i/lub wzrokowe), jak i wzmocnienia drogi słuchowej tylko w uchu w SSD. Po drugie, jest zbadanie wpływu CI na odwrócenie tych zmian, które mogą mieć wpływ na wydajność CI.

Badania na ludziach nad SSD i CI są rzadkie ze względu na nieodpowiednią technologię obrazowania mózgu, która może mierzyć aktywność nerwową A1, która jest również kompatybilna z CI. Funkcjonalna spektroskopia w bliskiej podczerwieni (fNIRS) i potencjały związane ze zdarzeniami (ERP) z elektroencefalografią (EEG), stosowane razem, mogą rejestrować lokalizację (fNIRS) i synchronizację (EEG) korelatów odpowiedzi neuronalnych A1 (fNIRS) w celu rozróżnienia między efekty cross-modalnej i tylko słyszącej stymulacji ucha przed i po CI. Wykorzystując warunki rejestracji bloku stymulacji/ciszy u dorosłych z SSD, reakcje hemodynamiczne A1 (skorelowane z aktywnością neuronów) i funkcjonalną łączność korową w stanie spoczynku (RSFC; wskaźnik połączeń międzykorowych) zostaną zmierzone za pomocą fNIRS i ERP i skorelowane z uchem tylko słyszącym oraz intermodalna plastyczność9,10 i wydajność mowy CI11.

Cel szczegółowy 1: Określenie, kiedy pojawia się plastyczność nerwowa A1 po wystąpieniu SSD. Czas zmian w mózgu, które mogą wpływać na rehabilitację słuchu u człowieka A1 po SSD, nie jest znany. Celem tego celu jest zidentyfikowanie plastyczności, która występuje, gdy nie ma interwencji CI, i scharakteryzowanie, kiedy neurony A1 są pod wpływem ucha tylko słyszącego, bodźców somatosensorycznych i / lub wizualnych po SSD. Eksperyment 1. Reakcje hemodynamiczne A1 (korelacja fNIRS aktywności nerwowej) oraz zmiany RSFC i ERP mózgu na stymulację ucha somatosensorycznego, wzrokowego i słuchowego zostaną zarejestrowane 1, 3, 6, 9 i 12 miesięcy po wystąpieniu SSD. Badacze przewidują, że plastyczność międzymodalna i reakcje A1 na stymulację ucha tylko słyszącego po SSD będą miały określone wzorce czasowe początku.

Cel szczegółowy 2: Zidentyfikować zmiany w plastyczności nerwowej A1, które są następstwem rehabilitacji CI.

Celem tego celu jest określenie, w jaki sposób i kiedy umieszczenie CI wpływa na plastyczność A1 w SSD. W związku z tym badacze określą, kiedy i czy można zapobiec zmianom w mózgu, które mogą utrudniać ostateczną wydajność CI. Eksperyment 2: Uczestnicy po umieszczeniu CI wcześnie (<6 miesięcy), opóźnieniu (6-12 miesięcy) lub późnym (>12 miesięcy-5 lat) po SSD i losowej autoryzacji ubezpieczenia zostaną przeanalizowani pod kątem odpowiedzi hemodynamicznych, zmian w RSFC i ERP do stymulacji ucha somatosensorycznego, wzrokowego, CI i tylko słuchowego 1-12 miesięcy po CI. Badacze przewidują, że optymalna wydajność mowy CI będzie związana z silniejszymi reakcjami fNIRS/ERP na wczesne i średnie umieszczenie CI, co odwróci reakcje A1 na stymulację międzymodalną.

Cel szczegółowy 3: Identyfikacja profili neurokognitywnych udanej rehabilitacji CI w przypadku SSD. Mierzona będzie plastyczność A1 przed i po CI oraz jej związek z wydajnością mowy w SSD. Eksperyment 3: Test wydajności mowy CI zostanie przeprowadzony i oczekuje się, że wyniki będą skorelowane ze stopniem/czasem plastyczności z Celów 1 i 2. Badacze przewidują, że osoby z mniejszą plastycznością międzymodalną A1 i większymi reakcjami na jedyne słyszące ucho wykażą lepsza wydajność mowy CI, podczas gdy silniejsze reakcje A1 na stymulację somatosensoryczną i/lub wzrokową będą słabsze w przypadku CI.

Znaczenie kliniczne: Badacze przewidują, że ten projekt odkryje synchronizację i mechanizmy kluczowej plastyczności mózgu słuchowego, która następuje po rehabilitacji SSD i CI u dorosłych. Ta praca pokaże również, że fNIRS może okazać się lepszą miarą plastyczności A1, którą można wykorzystać w przyszłości do poprawy czasu umieszczenia CI dla SSD w celu optymalizacji wydajności mowy i rehabilitacji słuchowej.