Оценка биотехнологической стратегии кодирования для пользователей кохлеарных имплантов (EBCS)

Стратегия усовершенствованного комбинированного кодировщика (ACE), одна из наиболее широко используемых клинических стратегий обработки речи, доступных пользователям кохлеарных имплантов (CI), пытается оптимизировать передачу входных акустических сигналов, но явно не учитывает волокна слухового нерва (ANF). возможность передачи этой информации. Стратегия ACE разлагает временные кадры входящего звукового сигнала на полосы частот с помощью набора полосовых фильтров быстрого преобразования Фурье (БПФ). Затем извлекаются временные огибающие в каждой полосе, и обычно выбираются от восьми до десяти полос с наибольшим содержанием энергии для амплитудной модуляции двухфазных импульсов. Этот отбор осуществляется независимо от ответов ANF на электрическую стимуляцию. Однако некоторые исследования показали, что свойства временного отклика ANF накладывают ограничения на электрическую стимуляцию. Кроме того, степень распространения нервного возбуждения, которая обычно больше, чем в акустическом случае, может привести к реакциям, которые могут уменьшить информацию, поступающую по отдельным каналам. Таким образом, стратегия кодирования, учитывающая временные свойства ANF, а также пространственное распространение электрического поля, может быть полезной для пользователей CI.

Одной из характерных временных характеристик ANF в ответ на электрическую стимуляцию является рефрактерность. Это явление может быть определено как снижение возбудимости ANF сразу после потенциала действия и наблюдалось у реципиентов КИ посредством измерения электрически вызванного сложного потенциала действия (ECAP). Рефрактерный период можно разделить на период абсолютной рефрактерности (ARP), в течение которого слуховой нерв не способен реагировать на следующий импульс, и период относительной рефрактерности (RRP), в течение которого при определенных обстоятельствах возможен ответ нейрона. Рефрактерность может накладывать ограничения на максимальную скорость стимуляции КИ, поскольку ANF не могут реагировать на стимул, предъявляемый во время ARP.

Помимо рефрактерности, продолжающаяся высокочастотная последовательность импульсов вызывает адаптацию к частоте спайков (SRA) в ANF, при которой нейроны постепенно теряют способность реагировать на каждый импульс. Это снижение нервной возбудимости даже больше, чем можно объяснить рефрактерностью. Исследования ANF на животных при высокочастотных сериях импульсов показали SRA, и адаптация также наблюдалась в амплитуде ECAP у людей, использующих КИ, в которых амплитуда уменьшалась по мере увеличения скорости стимуляции. Параллельно с адаптацией к частоте спайков аккомодация может способствовать снижению частоты спайков. Аккомодация снижает возбудимость для ответа на второй импульс (зонд), когда есть подпороговый ответ на первый импульс (маскер), а интервал маскирования-зонда (MPI) достаточно велик, чтобы позволить мембранному потенциалу снова затухать вблизи или ниже потенциала покоя. . Аккомодация в дополнение к SRA рассматривается как снижение возбудимости ANF, и его эффект накапливается в течение последовательных ответов без спайков.

Электрическая стимуляция АНФ у животных парными импульсами также показала облегчение, которое определяется как повышение возбудимости нерва, вызванное подпороговой стимуляцией в короткие промежутки времени. Помимо исследований на животных, эффект облегчения также наблюдался у реципиентов КИ человека. Облегчение происходит, когда нейрон не отвечает на первый импульс, но если мембранный потенциал остается около порога достаточно долго, второй импульс может вызвать ответ. Было показано, что фасилитация более выражена при низком MPI и для маскирующего средства с интенсивностью, равной или меньшей, чем у пробы. Хотя эффект облегчения наблюдался у людей, использующих КИ, систематические измерения ECAP для количественной оценки этого эффекта еще не проводились. Таким образом, необходимо провести измерения телеметрии нейронных ответов (NRT) с отрицательным смещением маскирующего устройства и короткими MPI, чтобы определить немонотонное поведение облегчения и подтвердить предсказания Коэна в его моделировании.

Помимо временных соображений АНФ, электрический ток широко распространяется по улитке и возбуждает широкий круг популяций АНФ, что приводит к снижению селективности и числа эффективных каналов. Таким образом, пространственное распространение электрического поля оказывает большое влияние на спектральное разрешение пользователей КИ и снижает возбудимость пораженной популяции ANF.

В запланированном исследовании рефрактерность, пространственное распространение и эффекты облегчения сначала будут определяться по измерениям НЗТ у участников КИ. Затем все вышеупомянутые явления объединяются в стратегию биоинспирированного кодирования для лучшего выбора каналов с наивысшим содержанием энергии. Эта новая стратегия будет сравниваться с традиционной стратегией кодирования ACE.