Implant auditiv cerebral moale pentru restabilirea auzului: o nouă generație de neuroproteze testată cu succes la primate

Într-o lume în care pierderea auzului afectează din ce în ce mai multe persoane, progresul în domeniul neurotehnologiilor reprezintă o speranță majoră. În contextul în care implanturile cochleare nu pot fi utilizate în toate cazurile – în special atunci când nervul cohlear este absent sau deteriorat –, o echipă de cercetători a dezvoltat și testat un implant auditiv cerebral (IAC) moale, destinat stimulării directe a nucleului cohlear din trunchiul cerebral. Studiul publicat în Nature Biomedical Engineering demonstrează pentru prima dată la primate non-umane că acest dispozitiv poate oferi percepții auditive fine și stabile, fără efecte secundare nedorite.
Aproximativ 700 de milioane de oameni vor avea nevoie de reabilitare auditivă până în 2050, potrivit Organizației Mondiale a Sănătății. În timp ce implanturile cochleare oferă rezultate excelente pentru multe forme de surditate neurosenzorială, ele nu funcționează în absența nervului auditiv – o realitate în boli rare precum neurofibromatoza de tip 2 (NF2), unde tumori bilaterale distrug structurile auditive periferice.

Implanturile auditive cerebrale (IAC), aprobate pentru utilizare clinică în anii 2000, oferă o soluție în astfel de cazuri. Totuși, eficiența lor este limitată: majoritatea utilizatorilor IAC percep doar zgomote nediferențiate și obțin rareori înțelegerea vorbirii, în principal din cauza stimulării neprecise și efectelor adverse generate de răspândirea curentului electric către nucleii învecinați. Rigiditatea și dimensiunile mari ale dispozitivelor actuale contribuie la această problemă. În plus, implantarea IAC presupune o intervenție neurochirurgicală complexă, iar poziționarea exactă este dificilă, neexistând o vizualizare directă a nucleului cohlear.

Despre noul implant și modelul de testare

Pentru a depăși aceste limitări, cercetătorii au conceput un nou tip de IAC, bazat pe tehnologii moi, microfabricate, integrate într-un sistem dual care permite atât stimularea, cât și înregistrarea activității neuronale. Dispozitivul a fost testat într-un model cronic de primate non-umane (maimuțe Macaca), ale cărui caracteristici anatomice și funcționale sunt similare cu cele umane.

Caracteristici tehnice ale implantului IAC moale

• Electrod moale cu 11 canale de 100 µm diametru fiecare, încorporate într-un strat flexibil de silicon de doar 150 µm grosime.
• Design adaptat la curbura trunchiului cerebral, cu materiale și geometrii care permit contact strâns cu nucleul cohlear.
• Electrod acoperit cu compozit platină-silicon pentru injecție eficientă de sarcină și compatibilitate tisulară pe termen lung.
• Conectivitate printr-un sistem FlexComb ce leagă implantul moale de o placă de circuit imprimat flexibil.

Pentru evaluarea răspunsului cortical, a fost implantată o rețea de 29 de electrozi pe cortexul auditiv al animalelor (ECoG moale), iar stimulările au fost înregistrate și corelate cu comportamentele percepute.

Implantare și validare chirurgicală

Procedura chirurgicală a fost efectuată printr-o craniectomie retrosigmoidiană asistată endoscopic, cu plasarea IAC în vecinătatea nucleului cohlear prin foramenul Luschka. Un spine bioresorbabil a fost utilizat pentru inserție, dizolvându-se ulterior în lichidul cefalorahidian. Poziționarea a fost validată în timp real prin potențiale auditive evocate electric (eABR) și electromiografie facială.

Imaginile postoperatorii (CT și RMN) au confirmat plasarea precisă și stabilitatea implantului în decurs de 17 luni, fără semne de migrație sau deteriorare tisulară.

Rezultate

Răspunsuri neuronale la stimularea electrică

Potențiale corticale evocate (eAEP) au fost înregistrate la nivelul cortexului auditiv în urma stimulării IAC. Pragurile de activare erau reduse (0,3 mA) și răspunsurile variabile în funcție de electrozii activați, sugerând discriminare tonotopică similară stimulării acustice. Introducerea de zgomot alb a diminuat semnificativ eAEP, confirmând natura auditivă a stimulului.

Tonotopia neuroprotetică

Stimularea diferiților electrozi IAC a generat modele spațiale distincte de activare corticală, similare cu hărțile tonotopice induse de sunete de frecvențe diferite. De asemenea, corelațiile între răspunsuri corticale au fost comparabile între stimularea electrică și cea acustică, subliniind specificitatea funcțională a implantului.

Răspunsuri comportamentale

Unul dintre subiecți a fost antrenat într-un task auditiv Go/NoGo bazat pe discriminarea frecvențelor. După implantare:

• Animalul a perceput diferențele între stimulii electrici generați de electrozi diferiți, fără necesitatea unui antrenament suplimentar.
• Combinația dintre stimularea electrică și sunetele acustice a dus la un schimb de percepție auditivă, similar variațiilor de 2 Hz în stimuli pur acustici.
• Stimulările IAC nu au produs durere, disconfort sau efecte adverse comportamentale – un aspect important în comparație cu implanturile clinice actuale, care necesită dezactivarea mai multor electrozi din cauza efectelor colaterale.

Discuție și implicații clinice

Acest studiu demonstrează fezabilitatea unui IAC moale, miniaturizat, cu contact eficient cu nucleul cohlear, stimulare focală și compatibilitate pe termen lung. Comparativ cu IAC-urile rigide clinice, noul dispozitiv:

• Are o conformabilitate superioară și se potrivește mai bine anatomiei cerebrale;
• Oferă o rezoluție auditivă mai mare datorită electrozilor mici și dens distribuiți;
• Nu necesită dezactivarea electrozilor, crescând astfel acuratețea stimulării tonotopice;
• Este compatibil cu investigațiile imagistice (inclusiv RMN), esențiale la pacienții cu NF2.

Perspective

Deși testat doar pe animale, acest IAC moale deschide calea către o nouă generație de neuroprotezare auditivă centrală, destinată persoanelor care nu pot beneficia de implanturi cochleare. Pașii următori includ:

• Miniaturizarea suplimentară și creșterea densității electrozilor prin tehnici avansate de microfabricare;
• Optimizarea manipulării chirurgicale prin design ergonomic și componente resorbabile;
• Integrarea cu platforme electronice clinice pentru control și programare personalizată;
• Validarea funcționalității pe termen lung prin dezvoltarea de bariere hermetice împotriva coroziunii și scurtcircuitelor.

Concluzii

Studiul oferă dovezi solide că un implant auditiv cerebral moale, realizat cu tehnologii avansate și testat în model primat, poate produce percepții auditive distincte, stabile și sigure, fără efecte secundare. Acest progres major în domeniul neuroprotezelor centrale ar putea transforma tratamentul pierderii de auz în cazuri severe și reprezintă un pas esențial către reabilitarea auditivă personalizată, de înaltă rezoluție.