Стимуляция мозга улучшает слух у крыс с кохлеарными имплантами

Мирьям Наддаф, Nature
25 декабря 2022 г. · 6 минут чтения

Ученые выяснили, что стимуляция нейронов, связанных с бдительностью, помогает крысам с кохлеарными имплантами научиться быстро распознавать мелодии [1]. Активность в области мозга, так называемое голубое пятно (LC), улучшает слуховое восприятие у глухих грызунов. Ученые считают, что полученные данные необходимы для понимания того, как мозг обрабатывает звук, но этого все еще недостаточно, чтобы помочь людям.

В кохлеарных имплантах используются электроды в области внутреннего уха, называемой улиткой, которая повреждается у людей с тяжелой или полной потерей слуха. Устройство преобразует акустические звуки в электрические сигналы, которые стимулируют слуховой нерв. В результате, мозг учится обрабатывать эти сигналы, чтобы понимать окружающий мир.

Кохлеарный имплант

Некоторые люди в течении нескольких часов после имплантации устройства уже пытаются распознавать речь, в то время как другим могут потребоваться месяцы или годы. «Эта проблема существует с начала появления кохлеарных имплантов, и мы до сих пор не можем ее решить», — говорит Джеральд Леб из Университета Южной Калифорнии в Лос-Анджелесе, участвовавший в разработке первых кохлеарных имплантов.

Ученые убеждены, что возраст человека, продолжительность потери слуха, тип процессора и электродов в имплантате не учитывают это, но предполагают, что мозг может быть источником различий. «Это что-то вроде черного ящика», — говорит Дэниел Полли, слуховой нейробиолог из Гарвардской медицинской школы в Бостоне, штат Массачусетс. Многочисленные исследования до сих пор были сосредоточены на совершенствовании кохлеарного устройства и процедуры имплантации. По словам Полли, чтобы улучшить связь между ухом и мозгом, необходимо сконцентрироваться на способностях мозга в использовании данного устройства.

Для изучения этой взаимосвязи, исследовательская группа обучила 16 крыс реагировать на мелодии. Услышав определенную мелодию, крысы засовывали нос в коробку, чтобы получить лакомство. В случае когда звучали другие мелодии и лакомства в коробке не было – крысы научились никак не реагировать.

После ученые хирургическим путем оглушили крыс и поместили в их уши кохлеарный имплантат с восемью электродами, каждый из которых кодирует мелодию. После чего повторили задачу, но на этот раз, когда исследователи стимулировали электрод, крысы слышали только ту мелодию, которая сопровождалась пищевым вознаграждением.

Пробные попытки

Ученые сообщили, что через 15 дней крысы научились различать все мелодии, неважно подразумевали они вознаграждение или нет. Было замечено, что активность нейронов в LC увеличивалась, когда крысы правильно реагировали на мелодии, и снижалась, когда они совершали ошибки.

Хотя LC не является частью слуховой системы, оно снабжает эту систему нейротрансмиттером норадреналином, который, как известно, повышает бдительность. Также LC играет важную роль в обучении. Когда LC высвобождает норадреналин по всей слуховой системе и нейронным цепям, это ускоряет обучение и обработку слуховых сигналов.

В другом исследовании ученые стимулировали LC в одной группе крыс и не стимулировали в другой группе. Крысам, которые не подвергались стимуляции, требовалось до девяти дней, чтобы выполнить задание, тогда как крысы со стимулированным LC научились этому всего за три дня. Фромке был удивлен тем, насколько хорошо LC помогает крысам использовать кохлеарные импланты. «Все крысы с имплантатами очень хорошо себя чувствовали», – говорит он.

Что на счет людей?

Исследователи предупреждают, что стимуляция LC у людей может быть опасной процедурой. Стимуляция LC посылает сигналы во многие области мозга и регулирует реакцию «бей или беги». Также «она повышает артериальное давление, частоту сердечных сокращений, и может повлечь другие вегетативные реакции», — говорит Грэм Кларк, отоларинголог из Института Грэма Кларка в Мельбурнском университете, Австралия. Еще в 1970-х годах Грэм разработал первый кохлеарный имплантат. По его словам, есть другие способы взаимодействия мозга с устройством, например, введение нейротрансмиттеров в кохлеарный имплант, что намного безопаснее.

Фромке считает, что в будущем кохлеарный имплант будет оснащаться новейшими технологическими разработками, что позволит людям самостоятельно обучаться в процессе жизни.

Использованная литература

1. Активность голубого пятна головного мозга улучшает работу кохлеарного импланта DOI: 10.5281/zenodo.7226424