Komputerowy model ucha może pomóc w udoskonaleniu implantów ślimakowych

Profesor Pavel Jungwirth wraz ze współpracownikami z Instytutu Chemii Organicznej i Biochemii Czeskiej Akademii Nauk (IOCB Praga) oraz austriackiej firmy produkującej implanty ślimakowe MED-EL opracowali kompletny model komputerowy ucha. Można go używać do symulacji słuchu ssaków, w tym ludzi, od ucha zewnętrznego aż do nerwu słuchowego.

Wyniki ich badań były opublikowany W magazynie Badania słuchu nowo. Model ten nie tylko ułatwi dalsze badania nad ludzkim uchem, ale może także pomóc w udoskonaleniu i udoskonaleniu urządzeń kompensacyjnych dla osób z ubytkiem słuchu, w tym implantów ślimakowych.

Ten szczegółowy model obliczeniowy ucha, oparty na najnowszej wiedzy z fizjologii i molekularnych podstawach słuchu, umożliwi badanie zaburzeń słuchu, niezależnie od tego, czy są one spowodowane czynnikami genetycznymi, czy zewnętrznymi. Pozwoli także ekspertom dowiedzieć się więcej na temat szczegółowych mechanizmów różnych form ubytku słuchu i może otworzyć sposoby na ulepszenie aparatów słuchowych i implantów ślimakowych.

Dzieje się tak również dlatego, że obecny paradygmat komputerowy umożliwia uzyskanie danych trudnych do uzyskania eksperymentalnie. Trudno jest dokonać inwazyjnych pomiarów na uchu ludzkim, a jedyną alternatywą są modele zwierzęce. Jest to kolejny dowód na to, że modelowanie obliczeniowe może zapewnić wgląd w konkretne problemy, których nie można rozwiązać w drodze eksperymentów, oraz że może poprawić naszą wiedzę o systemach jako całości.

Nowy model komputerowy obwodowego układu słuchowego szczegółowo odwzorowuje sposób, w jaki dźwięk przekształca się w wibracje mechaniczne w uchu środkowym i wewnętrznym. Następnie symuluje, w jaki sposób te wibracje wyzwalają sygnały elektryczne w zewnętrznych i wewnętrznych komórkach słuchowych ślimaka oraz w jaki sposób sygnały te przekształcają się poprzez działanie neuroprzekaźników w impulsy elektryczne w nerwie ślimakowym. Sygnały te są następnie przekazywane do centralnego układu nerwowego.

Dlaczego Pavel Jungwirth rozpoczął badania, które na pierwszy rzut oka nie wpisywały się tematycznie w zakres naukowy jego grupy badawczej? „To połączenie szaleństwa i powodów osobistych” – mówi. „Mój najmłodszy syn Matej ma znaczny ubytek słuchu, a ja chciałam lepiej zrozumieć zasady słyszenia. Poza tym uświadomiłam sobie, że przekazywanie informacji w uchu odbywa się poprzez przepływ jonów wapnia i potasu, co jest dokładnie tym, co wynika z moich badań. grupa nad czym pracowała.”

Pavel Jungwirth przyznaje, że rozpoczynając pracę nad tym projektem w 2011 roku, naiwnie myślał, że będzie to praca maksymalnie na dwa, trzy lata. Wszystko zaczęło się od nawiązania współpracy z Pavelem Misríkiem z firmy MED-EL, która wykorzystuje modele komputerowe przy opracowywaniu implantów ślimakowych. Ostatecznie badania udało się zakończyć sukcesem dopiero 12 lat później, dzięki dużemu wkładowi Ondreja Tychacka, jak twierdzi Jungwirth, wyjątkowo utalentowany i pracowity student.

Nowo opublikowany model obliczeniowy ucha, zaimplementowany przy użyciu języka programowania MATLAB i cyfrowego środowiska obliczeniowego, jest już dostępny dla szerokiej społeczności naukowej. Oznacza to, że może z niego korzystać każdy, kto interesuje się modelowaniem różnych typów zaburzeń słuchu lub szuka sposobów na lepszą ich kompensację za pomocą aparatów słuchowych lub implantów ślimakowych.