Стимуляция мозга улучшает работу кохлеарных имплантатов
Исследователи обнаружили, что стимуляция нейронов, связанных с бдительностью, помогает крысам с кохлеарными имплантатами научиться быстро распознавать мелодии. Результаты показывают, что активность определенной области мозга - так называемого голубого пятна (locus coeruleus — LC) - улучшает слуховое восприятие у глухих грызунов. Исследователи считают, что полученные данные важны для понимания того, как мозг обрабатывает звуки, но предупреждают, что этот подход далек от того, чтобы помочь людям.
В кохлеарных имплантатах используются электроды в области внутреннего уха, — так называемой улитке, которая повреждается у людей с тяжелой или полной потерей слуха. Устройство преобразует акустические сигналы в электрические, которые напрямую стимулируют слуховой нерв, и мозг учится обрабатывать эти сигналы.
Имплантаты внутреннего уха
Некоторые люди с кохлеарными имплантатами учатся распознавать речь в течение нескольких часов после имплантации устройства, в то время как другим могут потребоваться месяцы или годы. «Эта проблема существует с момента появления кохлеарных имплантатов, и нет никаких признаков ее решения», — сказал журналу Nature Джеральд Леб из Университета Южной Калифорнии в Лос-Анджелесе, который участвовал в разработке одного из первых кохлеарных имплантатов.
Исследователи говорят, что возраст человека, продолжительность потери слуха, тип процессора и электродов в имплантате не могут объяснить эту вариацию, но, вероятно, мозг является источником этих различий.
Чтобы изучить эту взаимосвязь, исследовательская группа обучила 16 крыс реагировать на мелодии. Услышав определенную мелодию, животные могли совать нос в коробку, чтобы получить лакомство. Когда они слышали другие мелодии, лакомство не давали, и крысы научились на них не реагировать.
Затем исследователи хирургическим путем «отключили» слух у крыс и поместили в уши животных кохлеарные имплантаты с восемью электродами, каждый из которых кодирует одну мелодию. Ученые повторили эксперимент, но заменили звук мелодии стимуляцией электрода: когда исследователи стимулировали электрод, связанный с лакомством, животное слышало «лакомую» мелодию и бежало за вознаграждением.
Настройка обучения
Через 15 дней все крысы научились различать мелодии, и те, которые предлагали вознаграждение, и те, которые не предлагали. Исследователи заметили, что активность нейронов голубого пятна (LC) увеличивалась, когда животные правильно реагировали на мелодии, и снижалась, когда они делали ошибки.
Хотя LC не является частью слуховой системы, оно снабжает эту систему нейротрансмиттером норадреналином, который повышает бдительность. LC также играет роль в познании, обучении, памяти и внимании. Когда LC высвобождает норадреналин по всей слуховой системе и нейросетям обучения и внимания мозга, это ускоряет и обработку слуховых сигналов.
В другом тесте авторы работы стимулировали LC в одной группе крыс и не стимулировали в другой группе. Животным, которые не подвергались стимуляции, требовалось до девяти дней, чтобы выполнить задание (научиться распознавать нужную мелодию), тогда как животные со стимулированным LC научились этому всего за три дня.
Путь к людям
Исследователи предупреждают, что стимуляция LC у людей может быть опасной. Эта область посылает сигналы во многие области мозга и регулирует реакцию «бей или беги». Стимуляция LC у людей «повысит артериальное давление и частоту сердечных сокращений, а также [вызовет] другие вегетативные реакции», — говорит Грэм Кларк, отоларинголог из Института Грэма Кларка в Мельбурнском университете, Австралия, который разработал один из первых кохлеарных имплантатов в 1970-х годах.
Но есть и другие способы стимулировать нейронные сети для работы с устройством, например, введение нейротрансмиттеров прямо в улитку, что намного безопаснее, говорит Кларк.
Исследование может объяснить, почему у одних людей кохлеарный имплантат начинает действовать мгновенно, а у других на это уходят годы