Avaliação de uma estratégia de codificação bioinspirada para usuários de implante coclear (EBCS)

A estratégia do codificador de combinação avançada (ACE), uma das estratégias clínicas de processamento de fala mais amplamente utilizadas disponíveis para usuários de implante coclear (IC), tenta otimizar a transmissão de sinais acústicos de entrada, mas não considera explicitamente as fibras do nervo auditivo (ANFs) capacidade de transmitir essas informações. A estratégia ACE decompõe quadros temporais do sinal de som de entrada em bandas de frequência com um banco de filtros Fast Fourier Transform (FFT) de passagem de banda. Os envelopes temporais em cada banda são então extraídos e tipicamente oito a dez bandas com o maior conteúdo de energia são selecionadas para modular a amplitude dos pulsos bifásicos. Esta seleção é realizada independentemente das respostas dos ANFs à estimulação elétrica. No entanto, alguns estudos mostraram que as propriedades de resposta temporal dos ANFs impõem limitações para a estimulação elétrica. Além disso, o grau de propagação da excitação neural que é tipicamente maior do que no caso acústico, pode resultar em respostas que podem diminuir a informação fornecida nos canais individuais. Assim, uma estratégia de codificação levando em consideração as propriedades temporais dos ANFs, bem como a propagação espacial do campo elétrico, pode ser benéfica para usuários de IC.

Uma das características temporais proeminentes dos ANFs em resposta à estimulação elétrica é a refratariedade. Esse fenômeno pode ser definido como uma redução na excitabilidade dos ANFs imediatamente após um potencial de ação e foi observado em receptores de IC por meio da medição do potencial de ação composto evocado eletricamente (ECAP). O período refratário pode ser dividido em um período refratário absoluto (ARP) durante o qual o nervo auditivo é incapaz de responder ao pulso seguinte e um período refratário relativo (RRP) durante o qual uma resposta do neurônio é possível em circunstâncias específicas. A refratariedade pode impor limitações na taxa máxima de estimulação dos ICs, uma vez que os ANFs não podem responder a um estímulo apresentado durante o ARP.

Além da refratariedade, um trem de pulso de alta taxa em andamento produz adaptação de taxa de pico (SRA) em ANFs em que os neurônios perdem progressivamente sua capacidade de responder a cada pulso. Esse decréscimo na excitabilidade neural é ainda maior do que pode ser explicado pela refratariedade. Estudos em animais de ANFs em trens de pulso de alta frequência mostraram SRA e adaptação também foi observada na amplitude ECAP de usuários de IC humanos, nos quais a amplitude diminuiu à medida que a taxa de estimulação aumentou. Paralelamente à adaptação da taxa de pico, a acomodação pode contribuir para a diminuição da taxa de pico. A acomodação reduz a excitabilidade para a resposta do segundo pulso (sonda) quando há uma resposta abaixo do limiar para o primeiro pulso (mascarador) e o intervalo máscara-sonda (MPI) é grande o suficiente para permitir que o potencial de membrana decaia próximo ou abaixo do potencial de repouso . A acomodação, além da SRA, é considerada como redução na excitabilidade dos ANFs e seu efeito se acumula ao longo de respostas sequenciais sem picos.

A estimulação elétrica de ANFs em animais com pares de pulsos também mostrou facilitação que é definida como um aumento na excitabilidade nervosa causada por estimulação sublimiar em intervalos curtos. Além de estudos em animais, o efeito de facilitação também foi observado em receptores humanos de IC. A facilitação acontece quando o neurônio não responde ao primeiro pulso, mas se o potencial de membrana permanecer próximo ao limiar por tempo suficiente, o segundo pulso pode produzir uma resposta. Foi demonstrado que a facilitação é mais evidente em baixo MPI e para um mascarador com intensidade igual ou menor que a de uma sonda. Embora o efeito de facilitação tenha sido observado em usuários humanos de IC, a medição sistemática de ECAP para quantificar esse efeito ainda não foi realizada. Assim, medições de telemetria de resposta neural (NRT) com deslocamento de máscara negativo e MPIs curtos precisam ser feitas para determinar um comportamento não monotônico de facilitação e confirmar as previsões de Cohen em suas simulações de modelo.

Além das considerações temporais dos ANFs, a corrente elétrica se espalha amplamente ao longo da cóclea e excita uma ampla gama de populações de ANFs, o que leva a uma diminuição na seletividade e no número de canais efetivos. Assim, a propagação espacial do campo elétrico tem um grande impacto na resolução espectral de usuários de IC e diminui a excitabilidade da população de FNA afetada.

No estudo planejado, a refratariedade, a dispersão espacial e os efeitos de facilitação serão determinados primeiro a partir de medições de NRT com participantes de IC. Em seguida, todos os fenômenos mencionados são integrados em uma estratégia de codificação bioinspirada para uma melhor seleção de canais com maior conteúdo energético. Essa nova estratégia será comparada à estratégia de codificação ACE convencional.