Uso da espectroscopia funcional de infravermelho próximo para investigar o papel da plasticidade do córtex auditivo humano e da integração multissensorial no desempenho do implante coclear após surdez unilateral

O início súbito, perda auditiva neurossensorial profunda unilateral ou surdez unilateral (SSD) é comum (60.000 anualmente nos EUA). O SSD permanente leva à deficiência do ouvinte e a desafios de longo prazo com a localização do som e a percepção da fala. A única reabilitação auditiva definitiva para SSD é o implante coclear (IC). Existem pesquisas limitadas sobre o momento ideal para IC após SSD, uma vez que a autorização de seguro geralmente requer surdez bilateral para colocação de IC. Em segundo lugar, existe tecnologia limitada de imagem cerebral compatível com IC para investigar alterações pré e pós-IC no SSD. Assim, a falta de resultados de pesquisa sistemática na colocação aleatória de IC em SSD com desempenho auditivo inconsistente pode ser devido, em parte, à ativação neural variável no córtex auditivo primário (A1). Modelos animais e humanos com SSD mostram respostas neurais A1 aprimoradas com estimulação sonora do ouvido remanescente apenas auditivo1,2. Além disso, a plasticidade modal cruzada3 (aumento das respostas neurais A1 a sistemas sensoriais não auditivos) leva à ativação preferencial de A1 a estímulos somatossensoriais e visuais4,5,6 no SSD. Essencialmente, os sistemas sensoriais não auditivos "recrutam" os neurônios A1 para se tornarem responsivos a novos estímulos não auditivos. Isso limita a capacidade dos neurônios A1 de responder à estimulação auditiva após a implementação da reabilitação com IC. É importante ressaltar que uma janela de tempo sensível após o SSD, quando essas alterações cerebrais ocorrem, pode afetar as respostas auditivas neurais A1 e, finalmente, o desempenho do IC e a percepção da fala.

A força de ativação dos neurônios A1 está associada ao desempenho e reconhecimento de fala do IC ideal7,8. Os pesquisadores preveem que, se os neurônios A1 opostos ao SSD forem mantidos ativos pelo aumento da sensibilidade à estimulação auditiva apenas auditiva após o SSD, eles seriam menos propensos a serem "reatribuídos" à plasticidade modal cruzada não auditiva. Alternativamente, se as entradas auditivas apenas para A1 não forem suficientes, ou se mais entradas somatossensoriais e/ou visuais ocorrerem após o SSD, menos neurônios A1 estarão disponíveis para responder à estimulação do IC e o desempenho da fala pode ser prejudicado. O objetivo desses estudos é, em primeiro lugar, entender o tempo e a natureza da plasticidade cruzada A1 (sensibilidade aos sistemas somatossensoriais e/ou visuais) e o aprimoramento da via auditiva apenas auditiva no SSD. Em segundo lugar, é examinar o impacto do IC na reversão dessas mudanças que podem afetar o desempenho do IC.

A pesquisa humana sobre SSD e IC é escassa devido à tecnologia de imagem cerebral inadequada que pode medir a atividade neural A1 que também é compatível com CI. A espectroscopia funcional de infravermelho próximo (fNIRS) e os potenciais relacionados a eventos (ERPs) com eletroencefalografia (EEG), quando usados ​​juntos, podem capturar a localização (fNIRS) e o tempo (EEG) de correlatos de respostas neurais A1 (fNIRS) para distinguir entre o efeitos da estimulação auditiva modal cruzada e apenas auditiva pré e pós-IC. Usando condições de gravação de bloco de estimulação/silêncio em adultos com SSD, as respostas hemodinâmicas A1 (correlatas da atividade neural) e a conectividade cortical funcional em estado de repouso (RSFC; índice de conexões intercorticais) serão medidas com fNIRS e ERPs e correlacionadas com apenas audição auditiva e plasticidade cross-modal9,10 e desempenho de fala do IC11.

Objetivo Específico 1: Determinar quando a plasticidade neural A1 ocorre após o início do SSD. O momento das mudanças cerebrais que podem influenciar a reabilitação auditiva em humanos A1 após SSD não é conhecido. O objetivo deste objetivo é identificar a plasticidade que ocorre quando não há intervenção do IC e caracterizar quando os neurônios A1 são influenciados por entradas auditivas, somatossensoriais e/ou visuais após o SSD. Experimento 1. As respostas hemodinâmicas A1 (fNIRS correlato da atividade neural) e mudanças no cérebro RSFC e ERPs à estimulação somatossensorial, visual e apenas auditiva serão registradas 1, 3, 6, 9 e 12 meses após o início do SSD. Os pesquisadores preveem que a plasticidade modal cruzada e as respostas A1 à estimulação auditiva apenas após o SSD terão padrões de tempo específicos de início.

Objetivo Específico 2: Identificar alterações na plasticidade neural A1 após a reabilitação do IC.

O objetivo deste objetivo é determinar como e quando a colocação do CI afeta a plasticidade A1 no SSD. Como tal, os investigadores determinarão quando e se as alterações cerebrais podem ser evitadas, o que pode prejudicar o desempenho eventual do IC. Experimento 2: Os participantes após a colocação de IC precoce (<6 meses), atrasado (6 a 12 meses) ou tardio (> 12 meses a 5 anos) após SSD e autorização de seguro aleatória serão analisados ​​quanto a respostas hemodinâmicas, alterações em RSFC e ERPs para estimulação auditiva somatossensorial, visual, IC e apenas auditiva 1-12 meses após o IC. Os pesquisadores preveem que o desempenho ideal da fala do IC estará associado a respostas fNIRS/ERP mais fortes para a colocação precoce e intermediária do IC que reverterá as respostas A1 à estimulação modal cruzada.

Objetivo Específico 3: Identificar perfis neurocognitivos de sucesso na reabilitação de IC de SSD. A plasticidade A1 pré e pós-IC e sua relação com o desempenho da fala no SSD serão medidas. Experimento 3: O teste de desempenho de fala do IC será conduzido e os resultados deverão se correlacionar com os graus/tempo de plasticidade dos Objetivos 1 e 2. Os investigadores preveem que aqueles com menos plasticidade A1 cross-modal e maiores respostas para o único ouvido ouvinte irão mostrar melhor desempenho de fala do CI, enquanto maiores respostas A1 à estimulação somatossensorial e/ou visual terão um desempenho pior com o IC.

Significado clínico: Os pesquisadores preveem que este projeto revelará o tempo e os mecanismos da plasticidade cerebral auditiva chave que segue a reabilitação de SSD e CI de início adulto. Este trabalho também demonstrará que o fNIRS pode ser uma medida superior da plasticidade A1 que pode ser usada daqui para frente para melhorar o tempo de colocação do IC para SSD para otimizar o desempenho da fala e a reabilitação auditiva.