Ocena inspirowanej biologią strategii kodowania dla użytkowników implantów ślimakowych (EBCS)

Strategia zaawansowanego enkodera kombinowanego (ACE), jedna z najczęściej stosowanych strategii przetwarzania mowy klinicznej dostępna dla użytkowników implantów ślimakowych (CI), próbuje zoptymalizować transmisję wejściowych sygnałów akustycznych, ale nie uwzględnia bezpośrednio włókien nerwu słuchowego (ANF) zdolność do przekazywania tych informacji. Strategia ACE rozkłada klatki czasowe przychodzącego sygnału dźwiękowego na pasma częstotliwości za pomocą banku filtrów pasmowo-przepustowych szybkiej transformaty Fouriera (FFT). Obwiednie czasowe w każdym paśmie są następnie wyodrębniane i zwykle wybiera się od ośmiu do dziesięciu pasm o najwyższej zawartości energii w celu modulacji amplitudy impulsów dwufazowych. Wybór ten jest wykonywany niezależnie od odpowiedzi ANF na stymulację elektryczną. Jednak niektóre badania wykazały, że właściwości odpowiedzi czasowej ANF nakładają ograniczenia na stymulację elektryczną. Poza tym stopień rozproszenia pobudzenia neuronowego, który jest zazwyczaj większy niż w przypadku akustycznym, może skutkować reakcjami, które mogą zmniejszyć ilość informacji dostarczanych na poszczególnych kanałach. Zatem strategia kodowania uwzględniająca właściwości czasowe ANF, jak również przestrzenny rozkład pola elektrycznego może być korzystna dla użytkowników CI.

Jedną z głównych cech czasowych ANF w odpowiedzi na stymulację elektryczną jest refrakcja. Zjawisko to można zdefiniować jako zmniejszenie pobudliwości ANF natychmiast po potencjale czynnościowym i zaobserwowano je u biorców CI poprzez pomiar elektrycznie wywołanego złożonego potencjału czynnościowego (ECAP). Okres refrakcji można podzielić na okres refrakcji bezwzględnej (ARP), podczas którego nerw słuchowy nie jest w stanie odpowiedzieć na kolejny impuls oraz okres refrakcji względnej (RRP), podczas którego reakcja neuronu jest możliwa w określonych okolicznościach. Oporność może nakładać ograniczenia na maksymalną szybkość stymulacji CI, ponieważ ANF nie mogą reagować na bodziec prezentowany podczas ARP.

Oprócz refrakcji, trwający ciąg impulsów o dużej częstotliwości powoduje adaptację szybkości skoków (SRA) w ANF, w których neurony stopniowo tracą zdolność reagowania na każdy impuls. Ten spadek pobudliwości nerwowej jest nawet większy, niż można to wytłumaczyć refrakcją. Badania ANF na zwierzętach przy ciągach impulsów o dużej częstotliwości wykazały SRA, a adaptację zaobserwowano również w amplitudzie ECAP użytkowników ludzkich CI, u których amplituda zmniejszała się wraz ze wzrostem szybkości stymulacji. Równolegle z dostosowaniem się do gwałtownego wzrostu, akomodacja może przyczynić się do spadku wskaźnika gwałtownego wzrostu. Akomodacja zmniejsza pobudliwość dla odpowiedzi drugiego impulsu (sonda), gdy występuje odpowiedź podprogowa na pierwszy impuls (maska), a interwał maski-sonda (MPI) jest wystarczająco duży, aby umożliwić powrót potencjału błony w pobliżu lub poniżej potencjału spoczynkowego . Zakwaterowanie oprócz SRA jest uważane za zmniejszenie pobudliwości ANF, a jego efekt kumuluje się w sekwencyjnych odpowiedziach bez skoków.

Elektryczna stymulacja ANF u zwierząt parami impulsów również wykazała ułatwienie, które definiuje się jako wzrost pobudliwości nerwów spowodowany stymulacją podprogową w krótkich odstępach czasu. Poza badaniami na zwierzętach efekt facylitacji zaobserwowano również u biorców CI u ludzi. Facylitacja ma miejsce, gdy neuron nie reaguje na pierwszy impuls, ale jeśli potencjał błony pozostaje blisko progu wystarczająco długo, drugi impuls może wywołać odpowiedź. Wykazano, że facylitacja jest bardziej widoczna przy niskim MPI i dla maskera o intensywności równej lub mniejszej niż sonda. Chociaż efekt ułatwienia zaobserwowano u ludzi stosujących CI, nie przeprowadzono jeszcze systematycznego pomiaru ECAP w celu ilościowego określenia tego efektu. W związku z tym należy wykonać pomiary telemetrii odpowiedzi neuronalnej (NRT) z ujemnym przesunięciem maskera i krótkimi MPI, aby określić niemonotoniczne zachowanie ułatwienia i potwierdzić przewidywania Cohena w jego symulacjach modelowych.

Oprócz względów czasowych ANF, prąd elektryczny rozprzestrzenia się szeroko wzdłuż ślimaka i wzbudza szeroki zakres populacji ANF, co prowadzi do zmniejszenia selektywności i liczby efektywnych kanałów. Zatem przestrzenne rozprzestrzenianie się pola elektrycznego ma duży wpływ na rozdzielczość widmową użytkowników CI i zmniejsza pobudliwość dotkniętej populacji ANF.

W planowanym badaniu ogniotrwałość, rozmieszczenie przestrzenne i efekty facylitacji zostaną najpierw określone na podstawie pomiarów NRT z uczestnikami CI. Następnie wszystkie powyższe zjawiska są zintegrowane w inspirowanej biologią strategii kodowania w celu lepszego wyboru kanałów o najwyższej zawartości energii. Ta nowa strategia zostanie porównana z konwencjonalną strategią kodowania ACE.