Optogenetica kan de ontwikkeling van cochleair implantaten (CI’s) in de toekomst een flinke boost geven en er zo voor zorgen dat het geluid van CI’s kwalitatief veel beter wordt dan dat van de CI’s die vandaag de dag door doven in gebruik zijn.
Onderzoekers van het Universitair Medisch Centrum Göttingen in Duitsland zijn van plan een cochleair implantaat te ontwikkelen met 100 kanalen door gebruik te maken van micro-LED’s als lichtbron. Door daarnaast de zenuwcellen via gentherapie gevoeliger te maken voor licht, hopen de onderzoekers veel geavanceerdere en betere cochleair implantaten te maken. Waarschijnlijk gaat het nog wel vele jaren duren voordat het eerste optogenetisch cochleair implantaat kan worden geplaatst.
Optogenetica
Optogenetica is een biologische techniek waarbij licht wordt gebruikt om invloed uit te oefenen op cellen in levend materiaal. In de meeste gevallen gaat het om neuronen die zodanig genetisch beïnvloedt worden dat ze lichtgevoelige ion-kanalen bevatten. Het is een techniek die gebruikt maakt van zowel kennis van neuromodulatie afkomstig uit de neurowetenschappen als van technieken uit de optica. Licht gevoelige proteïnen zijn een belangrijk onderdeel hierbij.
Geluidskwaliteit CI’s laat te wensen over
Terwijl ons oor duizenden verschillende frequenties kan onderscheiden, worden er bij de huidige cochleair implantaten maximaal 22 elektroden in het slakkenhuis aangebracht. Hierdoor laat de geluidskwaliteit van de huidige CI’s te wensen over. Dat wordt vooral duidelijk voor gebruikers van CI’s wanneer zij naar muziek willen luisteren.
Ondanks dat het aantal elektroden beperkt is, zijn er overigens wel goede resultaten met het verstaan van spraak te bereiken. Dit komt vooral door de flexibiliteit van onze hersenen die zeer goed in staat zijn ontbrekende informatie deels op te vullen en zo uit de beperkte informatie toch betekenisvolle woorden en zinnen te vormen. Het kunnen volgen van muzieklijnen en het onderscheiden van een groot aantal instrumenten is een veel ingewikkelder proces dan het verstaan van spraak van een enkele spreker zo blijkt.
Het vergroten van het aantal elektroden lijkt een voor de hand liggende oplossing om de kwaliteit te verbeteren, maar in de praktijk blijkt dat geen meerwaarde op te leveren. Een enkele elektrode stimuleert een te groot deel van de cochlea (slakkenhuis) tegelijkertijd en werkt daarmee niet fijnmazig genoeg. Elektriciteit kan zich immers makkelijk verspreiden door levend weefsel, waardoor de signalen afkomstig van elektroden die dicht bij elkaar liggen makkelijk met elkaar mixen. Meer elektroden blijken ook in de praktijk niet tot een beter verstaan van spraak te leiden. Naast de flexibiliteit van de hersenen is de toegepaste coderingstrategie bij de huidige CI’s bepalend voor het resultaat. Deze coderingsstrategie bepaalt wanneer er één of juist meerdere elektroden tegelijkertijd aangestuurd worden bij een bepaald ingangssignaal.
Een voordeel van licht zoals de onderzoekers dit toepassen met de LED’s bij het optogenetisch cochleair implantaat, is dat het zich niet zoals elektriciteit door weefsel verspreid. Hierdoor kunnen zenuwcellen met een dergelijk implantaat veel specifieker worden gestimuleerd.
Onderzoek bij muizen en ratten
De onderzoekers hebben inmiddels laten zien dat de aanpak werkt bij muizen met een één-kanaals optogenetisch cochleair implantaat. Begin juli 2016 hebben de onderzoekers bij de Federation of European Neuroscience Societies in Kopenhagen aangegeven dat zij het gehoor van doven ratten hebben weten te herstellen met een tienkanaals versie van het optisch cochleair implantaat.
Vier weken voordat het optisch cochleair implantaat werd geplaatst hebben de muizen en ratten wel eerst gentherapie ondergaan. Via een ongevaarlijk virus werd de ratten een gen toegediend waardoor hun auditieve zenuw actief wordt wanneer blootgesteld aan licht.
Test optogenetisch cochleair implantaat op mensen
De onderzoekers geven aan dat zij nog wel een aantal jaar verwijderd zijn van de eerste testen op mensen. Wel hebben ze al verzoeken gekregen van musici, muziekliefhebbers en CI dragers die in geroezemoes moeten functioneren en die daarover ontevreden zijn met hun huidige CI.
Allereerst moeten ze een manier vinden om de levensduur van de LED’s te verlengen. Even een lampje vervangen in het slakkenhuis is immers niet zo een, twee, drie gebeurd.
Bron: NewScientist
