211service.com
Een prothese voor balans
Stel je een wereld voor waar de aarde bij elke stap wankelde, waar je in een donkere kamer niet van boven naar beneden kon zien, of waar het lopen op een zacht tapijt je uit balans bracht. Dat is de realiteit voor mensen die hun functie in het vestibulaire systeem hebben verloren, een deel van het binnenoor dat de balans regelt.
Neurowetenschappers van de Massachusetts Eye and Ear Infirmary, in Boston, maken zich op om een nieuwe prothese te testen die zou kunnen helpen. Binnen een maand, Dan Merfeld zal de schakelaar omdraaien op een experimenteel apparaat dat is geïmplanteerd in een resusaap wiens eigen vestibulaire systeem is uitgeschakeld. Merfeld en zijn medewerker Richard Lewis hopen dat het apparaat voor het evenwicht zal doen wat het cochleaire implantaat voor het gehoor heeft gedaan. Als we kunnen aantonen dat we het evenwicht bij apen kunnen verbeteren, zou dat een stimulans zijn om klinische proeven te doen, zegt Lewis, een wetenschapper en otoneuroloog (een neuroloog die gespecialiseerd is in ooraandoeningen).
Het cochleaire implantaat - een chirurgisch geïmplanteerd elektronisch apparaat dat dove mensen een gevoel van geluid geeft - is de meest succesvolle neurale prothese tot nu toe. Merfeld, Lewis en anderen maken gebruik van technologieën die voor dat implantaat zijn ontwikkeld om een vergelijkbare prothese voor het vestibulaire systeem te creëren.
Het binnenoor functioneert als een gyroscoop. Drie orthogonaal georiënteerde structuren, de halfcirkelvormige kanalen genoemd, voelen de oriëntatie van het hoofd via beweging van vloeistof in de kanalen. Zenuwen die met deze structuren zijn verbonden, sturen een reeks neurale signalen naar de hersenen, die die informatie integreert met visuele signalen en andere signalen om het evenwicht te bewaren en het zicht te stabiliseren, bijvoorbeeld om onze ogen tijdens het lopen op één punt gefocust te houden, waardoor de zenuwachtigheid wordt geëlimineerd. , handheld-camera-effect dat we anders zouden kunnen waarnemen. Wanneer het vestibulaire systeem wordt weggevaagd, kunnen ernstige evenwichtsproblemen het gevolg zijn. Zo'n aandoening is soms een bijwerking van antibiotica. Het kan ook worden veroorzaakt door trauma, infectie en sommige ziekten. Zo lijden meer dan 500.000 mensen in de Verenigde Staten aan de ziekte van Menière, een bijzonder slopende ziekte van het binnenoor.
Patiënten kunnen symptomen van onbalans blijven houden, wat soms voor altijd verlammend is, zegt Timothy E. Hullar , een otolaryngoloog aan de Washington University School of Medicine, in St. Louis. Als clinicus met een aantal patiënten met bilateraal vestibulair verlies, ben ik erg opgewonden om te denken dat prothesen over een paar jaar een behandelingsoptie kunnen zijn.
De relatieve eenvoud van het vestibulaire systeem maakt het een ideaal doelwit voor protheses. Het horizontaal georiënteerde kanaal detecteert bijvoorbeeld links-rechtsbewegingen, zoals een negatief hoofdschudden. Neuronen die op dit kanaal zijn aangesloten, sturen met een hoge snelheid elektrische pulsen naar de hersenen wanneer het hoofd naar links draait, en een lage snelheid wanneer het naar rechts draait. De prothese van Merfeld bootst dit signaalsysteem na: een bewegingssensor op het hoofd meet de rotatie en stuurt die informatie naar een microprocessor die deze omzet in elektrische impulsen, die worden overgebracht naar een elektrode die in het binnenoor is geïmplanteerd.
Eerder onderzoek heeft aangetoond dat het apparaat eekhoornapen kan helpen bij wie een deel van hun vestibulaire systeem disfunctioneel is geworden. Toen het apparaat werd aangezet, verbeterde de vestibuloculaire reflex van de apen, wat betekent dat ze hun ogen beter stabiel konden houden terwijl hun hoofd bewoog. (Tot nu toe hebben de onderzoekers zich met hun prothese op slechts één van de kanalen gericht. Andere wetenschappers die in het veld werken, hebben zich op alle drie de kanalen bij knaagdieren gericht.)
Het team wil nu bepalen hoe goed het apparaat andere symptomen van vestibulaire stoornissen kan behandelen, zoals evenwicht en perceptie. (De hersenen gebruiken informatie van het vestibulaire systeem om zowel de spieren die onze ogen bewegen als de houdingsspieren die ons rechtop houden te controleren.)
Het meten van deze zintuigen is moeilijk gebleken, zelfs bij mensen. We beheren ons vestibulaire systeem – in tegenstelling tot zien of horen – grotendeels onbewust, waardoor het moeilijk wordt voor mensen om kwantitatief te rapporteren wat ze waarnemen, zegt Christopher Platt, die toezicht houdt op evenwichts- en vestibulair onderzoek aan de Nationaal Instituut voor doofheid en andere communicatiestoornissen . Dus gaan Merfeld en Lewis hun prothese testen bij de resusaap, die getraind kan worden om complexe tests uit te voeren. Om het evenwicht te testen, leren de dieren bijvoorbeeld om met één ledemaat op elk van de vier kleine platforms te staan die afzonderlijk bewegen, waardoor de illusie van een aardbeving wordt gewekt. Vervolgens meten de onderzoekers het vermogen van het dier om het evenwicht te bewaren als reactie op de bewegingen. Om waarneming te meten, wordt dieren geleerd om aan een stuur te draaien om een lijn op een computerscherm verticaal te oriënteren. Zonder andere visuele aanwijzingen zal een aap of persoon zonder vestibulaire functie de lijn in dezelfde hoek als het hoofd oriënteren.
Dat is erg belangrijk omdat het betekent dat ze de apen kunnen testen met precies dezelfde tests die ze aan mensen geven, en een betere schatting kunnen krijgen van hoe goed hun apparaat het doet, in de hoop dat het op mensen kan worden overgedragen, zegt Platt.
Als alles goed gaat in de eerste experimenten, hopen de onderzoekers de complexiteit van het apparaat te vergroten, gericht op alle drie de kanalen van het binnenoor en uiteindelijk op andere structuren. Noch de groep van Merfeld, noch anderen die in het veld werken, hebben zich tot nu toe gericht op een tweede reeks vestibulaire structuren, de otolitische organen, die de lineaire versnelling van het hoofd detecteren.