211service.com
En protes för balans
Föreställ dig en värld där jorden vacklade för varje steg, där du inte kunde se upp och ner i ett mörkt rum, eller där att gå på en mjuk matta fick dig ur balans. Det är verkligheten för människor som har tappat funktionen i det vestibulära systemet, en del av innerörat som styr balansen.
Neuroforskare vid Massachusetts Eye and Ear Infirmary, i Boston, rustar upp för att testa en ny protes som kan hjälpa. Om en månad, Dan Merfeld kommer att vända strömbrytaren på en experimentell enhet implanterad i en rhesusapa vars eget vestibulära system har inaktiverats. Merfeld och hans medarbetare Richard Lewis hoppas att enheten kommer att göra för balansen vad cochleaimplantatet har gjort för hörseln. Om vi kan visa att vi kan förbättra balansen hos apor, skulle det vara en stimulans för att gå in i kliniska prövningar, säger Lewis, en vetenskapsman och otoneurolog (en neurolog som är specialiserad på öronsjukdomar).
Cochleaimplantatet – en kirurgiskt implanterad elektronisk enhet som ger döva en känsla av ljud – har varit den mest framgångsrika neurala protesen hittills. Merfeld, Lewis och andra utnyttjar teknologier som utvecklats för det implantatet för att skapa en liknande protes för det vestibulära systemet.
Innerörat fungerar som ett gyroskop. Tre ortogonalt orienterade strukturer, kallade halvcirkelformade kanaler, känner av huvudets orientering via vätskans rörelse i kanalerna. Nerver kopplade till dessa strukturer skickar ett tåg av neurala signaler till hjärnan, som integrerar den informationen med visuella signaler och andra ledtrådar för att upprätthålla balans och stabilisera synen - till exempel för att hålla ögonen fokuserade på en punkt när vi går, vilket eliminerar oroligheterna , handhållen kameraeffekt som vi annars skulle kunna uppfatta. När det vestibulära systemet utplånas kan allvarliga balansproblem uppstå. En sådan störning är ibland en biverkning av antibiotika. Det kan också orsakas av trauma, infektion och vissa sjukdomar. Till exempel lider mer än 500 000 individer i USA av Menières sjukdom, en särskilt försvagande sjukdom i innerörat.
Patienter kan förbli med symtom på obalans, som ibland är förlamande, för alltid, säger Timothy E. Hullar , en otolaryngologist vid Washington University School of Medicine, i St. Louis. Som läkare med ett antal patienter med bilateral vestibulär förlust är jag mycket glad över att tänka på att om några år kan proteser vara ett behandlingsalternativ.
Den relativa enkelheten hos det vestibulära systemet gör det till ett idealiskt mål för proteser. Den horisontellt orienterade kanalen, till exempel, upptäcker vänster-högerrörelse, såsom en negativ skakning av huvudet. Neuroner som ansluter till denna kanal skickar elektriska pulser till hjärnan med hög hastighet när huvudet vrids åt vänster och låg hastighet när det vänder sig åt höger. Merfelds protes efterliknar detta signalsystem: en rörelsesensor på huvudet mäter rotation och skickar den informationen till en mikroprocessor som omvandlar den till elektriska impulser, som överförs till en elektrod som implanteras i innerörat.
Tidigare forskning har visat att enheten kan hjälpa ekorrapor som fått en del av sitt vestibulära system att bli dysfunktionellt. När enheten slogs på förbättrades apornas vestibulokulära reflex, vilket innebar att de bättre kunde hålla ögonen stabila medan deras huvuden rörde sig. (Hittills har forskarna bara riktat in sig på en av kanalerna med sin protes. Andra forskare som arbetar på området har riktat in sig på alla tre kanalerna hos gnagare.)
Teamet vill nu avgöra hur väl enheten kan behandla andra symtom på vestibulära störningar, såsom balans och perception. (Hjärnan använder information från det vestibulära systemet för att kontrollera både musklerna som rör våra ögon och de posturala musklerna som håller oss upprätt.)
Att mäta dessa sinnen har visat sig svårt att göra, även hos människor. Vi hanterar vårt vestibulära system – till skillnad från syn eller hörsel – till stor del omedvetet, vilket gör det svårt för människor att kvantitativt rapportera vad de uppfattar, säger Christopher Platt, som övervakar balans och vestibulär forskning vid National Institute on Deafness and Other Communication Disorders . Så Merfeld och Lewis kommer att testa sin protes i rhesusapan, som kan tränas för att utföra komplexa tester. För att testa balansen, till exempel, lärs djuren att stå med en lem på var och en av fyra små plattformar som individuellt rör sig runt, vilket ger en illusion av en jordbävning. Sedan mäter forskarna djurets förmåga att upprätthålla balans som svar på rörelserna. För att mäta perception lär man djur att vrida på en ratt för att vertikalt orientera en linje på en datorskärm. Utan andra visuella ledtrådar kommer en apa eller person utan vestibulär funktion att orientera linjen i samma vinkel som huvudet.
Det är väldigt viktigt eftersom det betyder att de kan testa aporna med exakt samma tester som de ger till människor och få en bättre uppskattning av hur bra deras enhet klarar sig, med hopp om att den kan överföras till människor, säger Platt.
Om allt går bra i de första experimenten, hoppas forskarna kunna öka komplexiteten hos enheten, inriktad på alla tre kanalerna i innerörat och så småningom andra strukturer. Varken Merfelds grupp eller andra som arbetar på fältet har ännu riktat in sig på en andra uppsättning vestibulära strukturer, de otolitiska organen, som känner av huvudets linjära acceleration.