Alexander Vitkovski (alev_biz) wrote,
Alexander Vitkovski
alev_biz

Category:

Светодиодная лента заменила глухим крысам слуховой аппарат

Ученые разработали кохлеарный имплантат, который оптогенетически стимулирует слуховой нерв крыс. В результате глухие животные смогли услышать звук.

Светодиодная лента заменила глухим крысам слуховой аппарат

Световая стимуляция привела к возбуждению слуховых центров ствола мозга и поведенческой реакции. Пространственное и частотное разрешение оптического имплантата выше, чем у обычного электродного. Статья опубликована в журнале Science Translational Medicine.



Около пяти процентов населения планеты живет с нарушением слуха. Причину самой распространенной формы — нейросенсорной тугоухости — устранять пока не научились, поэтому у сотен тысяч человек в улитке внутреннего уха установлены кохлеарные имплантаты.

Сенсорная часть улитки — это мембрана, свернута в спираль; разные участки мембраны резонируют при колебаниях разной частоты и передают сигнал слуховому нерву (он идет параллельно мембране), а тот — в мозг. Основа кохлеарных имплантатов — электродная цепочка, которую вживляют вдоль мембраны улитки. Электроды стимулируют разные участки слухового нерва в зависимости от частоты звука и позволяют людям с нарушениями слуха воспринимать речь в тишине.

Недостаток современных имплантатов — в низком пространственном (и, соответственно, частотном) разрешении. Один электрод возбуждает широкий участок слухового нерва, и всего устанавливают от 12 до 24 электродов — на соответствующее число отрезков делится весь диапазон звуковых частот. Аналогом может стать оптогенетическая стимуляция: вместо электродов можно использовать светодиоды, если в мембрану нервных волокон вставить светочувствительные каналы. Таким образом получается стимулировать меньшие участки слухового нерва и сигнализировать мозгу о более узком диапазоне частот.

Исследователи из Германии под руководством Патрика Рутера (Patrick Ruther) из Фрайбургского университета и Тобиаса Мозера (Tobias Moser) из Гёттингенского университета разработали оптический кохлеарный имплантат для грызунов — полиимидную ленту с 10 сведодиодами на конце. Светодиодную ленту помещали в улитку трансгенных крыс, в нейронах которых экспрессировались светочувствительные каналы.



Включение светодиодов на четыре секунды вызывало активацию слуховых центров ствола мозга, схожую с возбуждением в ответ на щелкающий звук. Амплитуда сигнала повышалась при увеличении интенсивности света и длительности стимула и уменьшалась с повышением частоты стимуляции.

Теоретическое преимущество оптических имплантатов — в лучшем пространственном разрешении. В созданном образце лишь 10 довольно крупных светодиодов, поэтому его разрешение далеко от оптимального, однако целью этого прототипа было исследовать общие возможности технологии. Этим исследователи и занялись — они записали ответ верхнего двухолмия среднего мозга когтистых песчанок (их улитка больше, чем у крыс, и в нее лучше помещается диодная лента) на включение диодов в разных частях улитки. Верхние холмики тонотопичны — нейроны, реагирующие на звуки разных частот, располагаются в разных частях структуры, и по широте их возбуждения можно судить, какие части слухового нерва активировались. Чтобы понять, активация каких нейронов соответствовала тем или иным звуковым частотам, сначала выполнили «калибровку» — регистрировали активацию верхнего двухолмия в ответ на звуки разной частоты.

При слабой силе импульса (и, соответственно, нейронного ответа) возбуждение в ответ на свет распространялось в верхних холмиках на такой же диапазон частот, что и при использовании электродов. Зато при большей силе импульса активация верхнего двухолмия была значительно уже с оптическим имплантатом, чем с электрическим (избирательность воздействия была до 1,7 раз выше).

Наконец, ученые присоединили к оптическому кохлеарному имплантату звуковой процессор, который преобразовывал записываемые через микрофон звуки в сигнал для светодиодов. Процессор (вместе с пластиковым футляром он весил всего восемь граммов) приклеили к голове крысам, которым перед этим вставили оптический имплантат и одновременно ввели ототоксичный препарат канамицин, нарушающий функции внутреннего уха. До операции крыс научили бояться звукового сигнала — услышав его, животные переходили в другой отсек экспериментальной камеры или получали удар током.

Светодиодная лента заменила глухим крысам слуховой аппарат

Когда глухих крыс с оптическим имплантатом помещали в экспериментальную камеру и включали светодиоды либо напрямую, либо звуковым сигналом через процессор, животные перебегали в другой отсек в 80 процентах случаев; реакция сохранялась в течение месяца. Контрольные животные (крысы без имплантатов, без светочувствительных каналов или с отключенным процессором) не реагировали на сигнал. Получается, имплантат помог глухим крысам услышать звук.

С помощью оптогенетики ученые помогали «услышать» звуки и птицам — правда, активировали не слуховой нерв, а отделы мозга, участвующие в производстве песен. Таким образом исследователи научили зебровых амадин петь — песни при этом получились необычные.

Автор: Алиса Бахарева





Ссылка на источник

Tags: восприятие, инструменты и методы, медицина, нейрофизиология, слух, технологии
Subscribe

Posts from This Journal “нейрофизиология” Tag

Buy for 30 tokens
Беда не приходит одна Если кто ещё помнит одного из самых ярких блогеров Живого Журнала Рому Петрова romapetrov, то этот пост для вас. Ромы с нами уже нет, однако в его семье продолжают происходить неприятные вещи, так год назад папа Ромы перенес инсульт и мы с вами помогли ему…
  • Post a new comment

    Error

    Anonymous comments are disabled in this journal

    default userpic

    Your IP address will be recorded 

  • 1 comment