211service.com
En protese til balance
Forestil dig en verden, hvor jorden bølgede for hvert skridt, hvor du ikke kunne se op og ned i et mørkt rum, eller hvor gang på et blødt tæppe fik dig ud af balance. Det er virkeligheden for mennesker, der har mistet funktion i det vestibulære system, en del af det indre øre, der styrer balancen.
Neurovidenskabsmænd ved Massachusetts Eye and Ear Infirmary i Boston er ved at forberede sig på at teste en ny protese, der kan hjælpe. Om en måned, Dan Merfeld vil dreje kontakten på en eksperimentel enhed implanteret i en rhesusabe, hvis eget vestibulære system er blevet deaktiveret. Merfeld og hans samarbejdspartner Richard Lewis håber, at enheden vil gøre for balancen, hvad cochlearimplantatet har gjort for hørelsen. Hvis vi kan vise, at vi kan forbedre balancen hos aber, ville det være en stimulans til at gå ind i kliniske forsøg, siger Lewis, en videnskabsmand og otoneurolog (en neurolog, der er specialiseret i øresygdomme).
Cochleaimplantatet – en kirurgisk implanteret elektronisk enhed, der giver døve en følelse af lyd – har været den mest succesrige neurale protese til dato. Merfeld, Lewis og andre udnytter teknologier udviklet til dette implantat for at skabe en lignende protese til det vestibulære system.
Det indre øre fungerer som et gyroskop. Tre ortogonalt orienterede strukturer, kaldet de halvcirkelformede kanaler, registrerer hovedets orientering via væskebevægelse i kanalerne. Nerver forbundet til disse strukturer sender et tog af neurale signaler til hjernen, som integrerer denne information med visuelle signaler og andre signaler for at opretholde balance og stabilisere synet - for eksempel for at holde vores øjne fokuseret på et punkt, mens vi går, hvilket eliminerer nervøsitet. , håndholdt kamera-effekt, vi ellers kunne opfatte. Når det vestibulære system udslettes, kan der opstå alvorlige balanceproblemer. En sådan lidelse er nogle gange en bivirkning af antibiotika. Det kan også være forårsaget af traumer, infektion og nogle sygdomme. For eksempel lider mere end 500.000 individer i USA af Menières sygdom, en særligt invaliderende sygdom i det indre øre.
Patienter kan forblive med symptomer på ubalance, som nogle gange er lammende, for evigt, siger Timothy E. Hullar , en otolaryngolog ved Washington University School of Medicine i St. Louis. Som kliniker med en række patienter med bilateralt vestibulært tab, er jeg meget begejstret for at tænke på, at proteser om nogle år kan være en behandlingsmulighed.
Den relative enkelhed af det vestibulære system gør det til et ideelt mål for proteser. Den vandret orienterede kanal registrerer for eksempel venstre-højre bevægelse, såsom en negativ rysten på hovedet. Neuroner, der forbinder til denne kanal, sender elektriske impulser til hjernen med en høj hastighed, når hovedet drejer til venstre, og en lav hastighed, når det drejer til højre. Merfelds protese efterligner dette signalsystem: en bevægelsessensor på hovedet måler rotation og sender den information til en mikroprocessor, der konverterer den til elektriske impulser, som overføres til en elektrode implanteret i det indre øre.
Tidligere forskning har vist, at enheden kan hjælpe egernaber, der har fået en del af deres vestibulære system gjort dysfunktionelle. Da enheden blev tændt, forbedredes abernes vestibulokulære refleks, hvilket betyder, at de bedre kunne holde deres øjne stabile, mens deres hoveder bevægede sig. (Indtil videre har forskerne kun målrettet en af kanalerne med deres protese. Andre forskere, der arbejder på området, har målrettet alle tre kanaler hos gnavere.)
Holdet ønsker nu at bestemme, hvor godt enheden kan behandle andre symptomer på vestibulære lidelser, såsom balance og perception. (Hjernen bruger information fra det vestibulære system til at kontrollere både de muskler, der bevæger vores øjne, og de posturale muskler, der holder os oprejst.)
Det har vist sig svært at måle disse sanser, selv hos mennesker. Vi styrer vores vestibulære system – i modsætning til syn eller hørelse – stort set ubevidst, hvilket gør det vanskeligt for folk kvantitativt at rapportere, hvad de opfatter, siger Christopher Platt, der fører tilsyn med balance og vestibulær forskning ved National Institute on Døvhed og andre kommunikationsforstyrrelser . Så Merfeld og Lewis vil teste deres protese i næseaben, som kan trænes til at udføre komplekse tests. For at teste balancen, for eksempel, bliver dyrene lært at stå med et lem på hver af fire små platforme, der individuelt bevæger sig rundt, hvilket giver illusionen af et jordskælv. Derefter måler forskerne dyrets evne til at opretholde balancen som reaktion på bevægelserne. For at måle perception bliver dyr lært at dreje et rat for at orientere en linje lodret på en computerskærm. Uden andre visuelle signaler vil en abe eller person uden vestibulær funktion orientere linjen i samme vinkel som hovedet.
Det er meget vigtigt, fordi det betyder, at de kan teste aberne med nøjagtig de samme tests, som de giver til mennesker, og få et bedre skøn over, hvor godt deres enhed klarer sig, med håbet om, at det kan overføres til mennesker, siger Platt.
Hvis alt går godt i de indledende eksperimenter, håber forskerne at øge kompleksiteten af enheden, rettet mod alle tre kanaler i det indre øre og i sidste ende andre strukturer. Hverken Merfelds gruppe eller andre, der arbejder i feltet, har endnu målrettet et andet sæt vestibulære strukturer, de otolitiske organer, som fornemmer hovedets lineære acceleration.