Elektriksel Seslere Alternatif Çözüm: Optik Koklear İmplantlar

Yağmur Tambova
8 Ara 2024
3 dakikada okunur

İşitme kaybı, Dünya nüfusunun yaklaşık %5’ ini etkileyen en yaygın duyu kaybıdır. Hepimizin bildiği üzere orta seviyelerdeki işitme kayıpları için işitme cihazı uygulamaları mevcut.

Koklear implantlar ise ileri-çok ileri derecede ve iç kulak kaynaklı işitme kaybı bulunan kişilerde, zarar görmüş periferik işitme organlarını bypass ederek doğrudan santral işitme organlarını elektriksel aktivite yoluyla uyaran elektronik cihazlar. Teknoloji ve sağlığı ortak paydada buluşturan ve birçok kişinin işitme kaybını ve dil gelişimini desteklemeye yarayan bu cihazlar, sesi ayrı frekans bantları halinde işlemek üzere programlanmıştır. 2023 yılı itibariyle dünya çapında 1 milyonu aşkın koklear implant kullanıcısı bulunmaktadır.

Koklear implantlar, iç kulakta bulunan ve işitmeyi sağlayan ancak hasarlanmış tüy hücrelerinin görevini üstlenerek spiral ganglion nöronlarını doğrudan uyarır. Teorik olarak bakıldığında her elektrot, iyi tanımlanmış bir nöral popülasyonu uyararak bağımsız bir bilgi sağlamalıdır ancak pratikte, nöral uyarım çok geniş bir alana yayılır ve kokleanın iletken yapısı nedeniyle aktivasyon alanları üst üste binerek buna engel olur. Bu durum da kokleanın her frekans bandına özelleşmiş bir uyarım sağlamasına yarayan tonotopik organizasyon özelliğini ekarte eder.

Bu kısıtlılıkların bir sonucu olarak koklear implantlar ile duyulan ses, normal işitmenin aksine daha çok elektronik olarak algılanır. Hatta kullanıcılar, gürültüde konuşmayla birlikte Farsça gibi perde vurgulu ve Mandarince gibi tonal diller için sessiz ortamlarda bile zayıf konuşma anlaşılabilirliği tablosuyla karşılaşır.

Koklear implant kullanıcılarının nasıl işittiğini anlayabilmemize yönelik olarak yapılan birçok çalışma mevcut. Bu çalışmalar, koklear implantların ses işlemleme mekanizmalarının normal işiten bireylerce duyulan ses üzerine uygulanması ile yeni bir ton elde etmeyi amaçlar. Koklear implant kullanıcılarının sesi nasıl işittiğini anlamak isterseniz Kasdan ve arkadaşlarının 2024 yılında yaptıkları çalışmayı inceleyebilirsiniz.

Görsel 1

Peki Bu Durum Nasıl Aşılabilir?

Akım yayılımında karşılaşılması olası sorunlar nedeniyle kontrolsüz ses yüksekliğine ve sinyalin bozulmasına yol açacak kanal etkileşimlerinden kaçınmak için koklear implant elektrotları, eşzamanlı olarak değil sırayla uyarılmalıdır. Araştırmacılar tarafından bu şekilde daha odaklı bir uyarım sağlanmasının konuşma anlaşılabilirliğini ve perde algısını geliştirebileceği düşünülüyor. Bu noktada da ışık enerjisi ile uyarım sağlayan optik koklear implantlar devreye giriyor.

Işık, elektrik akımına kıyasla daha spesifik olarak uyarım sağladığından optik koklear implantlar, spektral seçiciliği ve bağımsız kanal sayısını arttırır. Bu alternatif yaklaşım sayesinde koklear implantların akustik sese yakın bir ses üretebileceği düşünülüyor.

Görsel 2

Alandaki Çalışmalar Neler?

Çalışmalar genellikle transgenik kemirgenler üzerinden ilerliyor. Örneğin Azees ve arkadaşlarının 2023 yılında yürüttükleri bir çalışma kapsamında, sprial ganglion nöronlarında ChR2-H134R-EYFP opsin proteinini eksprese eden transgenik fare hattı kullanılmış. Koklear aktivasyon, akut olarak sağırlaştırılan farelerin inferior kollikulusundaki spiking aktivitesi ile ölçülmüş. Nöral spiking aktivitesi elektriksel uyarım sırasında akım az olsa dahi neredeyse inferior kollikulustaki tüm kayıt bölgelerinde görülürken optik uyarım sırasında, uyarım yoğunluğu artsa bile daha kısıtlı olduğu görülmüş. Buna karşın optik uyarım sırasında gerçekleşen nöral aktivasyonun elektriksel aktivasyona kıyasla önemli ölçüde daha kısıtlı ve akustik uyarım ile benzer olduğu gözlenmiş. Kanal etkileşimi ise optik uyarımda elektriksel uyarıma kıyasla önemli ölçüde düşükmüş.

Kısacası, yakın zamanda gerçekleştirilen bu çalışma sonucunda, optik uyarımın elektriksel uyarıma kıyasla çok daha kaliteli bir ses sunabileceği görülmüş. Ancak tabii ki optik uyarımın da bazı kısıtlılıkları mevcut. Örneğin optik uyarım sağlayan mekanizmanın koklear implantın iç parçasına entegre edileceğini düşünürsek yoğun enerji akışı sebebiyle çevre dokuların hasarlanması ihtimali oldukça yüksek. Ayrıca elektriksel uyaran yıllardır koklear implantların temelini oluşturuyor, ancak optik uyarımın uzun vadeli etkisini maalesef mevcut çalışmalar dahilinde tam olarak tahmin etmek oldukça zor. Optik uyaranlar, koklear implantlar için belki yakın gelecekte bir seçenek olmayabilir ancak bu tarz yaklaşımlar sayesinde kullanıcıların müzik ve gürültüde konuşma algısının iyileştirilebileceği aşikâr.

Görsel 3

Normal işiten bireyler olarak müziğin ne kadar karmaşık bir bütünlüğe sahip olduğunu çoğunlukla fark edemiyoruz. Ancak koklear implant kullanıcıları, ritimsel sesler dışında müziği algılamakta oldukça zorlanıyorlar. Ayrıca gürültülü ortamlarda konuşmaları anlamak ve ayırt etmek ne kadar hepimiz için zor olsa da koklear implant kullanıcıları için neredeyse imkânsız. Nöral plastisitenin korunmasında da oldukça önemli bir yere sahip olan işitmenin koklear implant kullanıcıları için çok daha iyi bir hale getirilmesine yönelik çalışmalar tam da bu sebepten büyük bir öneme sahip.

Tarihi çok da eskiye dayanmayan bu teknolojinin uzun vadeli sonuçlarını görmek zor. Örneğin bu kadar bozuk bir ses, yeterli nöroplastisiteyi sağlayabiliyor mu sorusu bir odyolog olarak benim aklımı sıklıkla kurcalıyor. Belki ilerleyen dönemlerde bu sorunun cevabını daha net bir şekilde alabiliriz ancak o zamana kadar optik koklear implantlar gibi devrim niteliğindeki çalışmaların yürütülmesi oldukça umut vadedici.

Yağmur Tambova

KAYNAKÇA

Azees, A. A., Thompson, A. C., Thomas, R., Zhou, J., Ruther, P., Wise, A. K., ... & Richardson, R. T. (2023). Spread of activation and interaction between channels with multi-channel optogenetic stimulation in the mouse cochlea. Hearing Research, 440, 108911.

Jeschke, M., & Moser, T. (2015). Considering optogenetic stimulation for cochlear implants. Hearing research, 322, 224-234.

Khurana, L., Keppeler, D., Jablonski, L., & Moser, T. (2022). Model-based prediction of optogenetic sound encoding in the human cochlea by future optical cochlear implants. Computational and Structural Biotechnology Journal, 20, 3621-3629.

Kasdan, A. V., Butera, I. M., DeFreese, A. J., Rowland, J., Leich Hilbun, A., Gordon, R. L., ... & Gifford, R. H. (2024). Cochlear Implant Users Experience the Sound-To-Music Effect. Auditory Perception & Cognition, 1-24.