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Hacer que los oídos sordos oigan con luz
Aproximadamente 100.000 personas con sordera profunda oyen ahora con implantes cocleares, que funcionan estimulando el nervio auditivo con una cadena de electrodos implantados en el oído interno. Si bien los dispositivos permiten a muchos usuarios conversar fácilmente y usar teléfonos, aún no logran restaurar la audición normal. Ahora, los científicos de la Universidad Northwestern están explorando si los implantes basados en láser podrían algún día superar a la versión eléctrica actual.
Efectos de sonido: Un implante coclear óptico evitaría estas células ciliadas del oído interno (arriba), que no son funcionales en muchos casos de sordera profunda. La radiación óptica estimularía las neuronas que normalmente se activan por el movimiento de estas fibras microscópicas en respuesta a las vibraciones del sonido.
El oído de los mamíferos utiliza tasas de activación neuronal como una forma de codificar el sonido. Como parte de un proyecto financiado por el Instituto Nacional para la Sordera y Otros Trastornos de la Comunicación (NIDCD), Claus-Peter Richter y sus colegas en Northwestern han demostrado que pueden controlar la velocidad de disparo en el nervio auditivo de los animales utilizando radiación láser infrarroja. Ahora están tratando de establecer que es seguro de usar durante largos períodos de tiempo y que puede manipular las tasas de activación neuronal con suficiente precisión para enviar información útil al cerebro.
Con los implantes cocleares convencionales, las señales eléctricas se propagan en el ambiente húmedo y salado del cuerpo, enturbiando la señal. Eso dificulta la activación de poblaciones específicas de nervios dentro de la cóclea. Para complicar aún más las cosas, los pulsos simultáneos en diferentes ubicaciones se fusionan entre sí, estimulando la cóclea en todas partes en lugar de en las ubicaciones deseadas.
Los ingenieros solucionan el problema activando solo uno o dos de los 16 o 24 electrodos en el oído interno a la vez. Se hace con tanta rapidez que el usuario tiene la ilusión de que todos los electrodos están disparando, pero el resultado sigue siendo una simulación relativamente burda de la audición normal. Para muchos usuarios de implantes cocleares, las voces suenan mecánicas y la música se desvanece.
Un láser infrarrojo, por otro lado, puede emitirse a las fibras nerviosas con una precisión milimétrica. Además, la naturaleza direccional de la luz láser significa que los pulsos ópticos en diferentes lugares no interferirán entre sí. La mayor precisión de la estimulación neuronal haría que las voces y la música suenen más naturales, y los usuarios podrían conversar en entornos ruidosos con mayor facilidad.
Si bien aún no está claro por qué la radiación infrarroja puede desencadenar actividad en los nervios auditivos, Richter plantea la hipótesis de que calienta ligeramente las células, abre canales iónicos en las paredes celulares y envía una señal eléctrica a lo largo de la neurona.
Una cuestión importante es si es seguro estimular los nervios de esta forma durante largos períodos de tiempo. Hasta ahora, Richter y sus colegas han demostrado que los nervios auditivos en jerbos anestesiados pueden estimularse con radiación láser infrarroja durante hasta seis horas sin daño. En la actualidad, no es posible realizar las pruebas durante más tiempo, pero Richter está planificando estudios a largo plazo en animales con dispositivos implantados de forma permanente.
Los investigadores también están descubriendo cómo controlar con precisión la actividad de las neuronas con láseres. El oído codifica el tono y el volumen no solo activando los nervios en lugares particulares, sino también modificando la calificar a lo que disparan. Hasta ahora, Richter ha demostrado que la radiación láser puede hacer que las neuronas se activen hasta 250 veces por segundo, lo que es comparable a la velocidad a la que los implantes cocleares convencionales de los primeros modelos impulsan las neuronas.
Los ensayos en humanos están a años de distancia, pero hay varias formas en las que la tecnología infrarroja podría usarse para construir un implante coclear funcional. Una es usar fibra óptica en lugar de electrodos en una matriz insertada dentro de la cóclea, algo similar a la forma en que los implantes cocleares convencionales ahora usan electrodos. Los primeros ensayos de un sistema de este tipo podrían implicar la sustitución de uno o dos electrodos de un implante convencional con fibra óptica para probar su efecto. Otra es colocar un haz de fibra óptica frente a la ventana redonda de la cóclea para estimular las neuronas auditivas sin abrir la cóclea. (La ventana redonda es una membrana delgada en la cóclea que absorbe el desplazamiento de líquido a medida que las ondas de sonido viajan a través de ella).
Una posibilidad aún más futurista es utilizar la terapia genética para hacer que las neuronas auditivas respondan a determinadas longitudes de onda de luz. En el MIT, Ed Boyden ha estado alterando los genes de las células nerviosas para que se activen cuando se exponen a una longitud de onda de luz y dejen de disparar cuando se exponen a otra. Según Richter, este enfoque requeriría menos energía para activar las células, lo que podría ser más seguro a largo plazo. Por supuesto, este enfoque conlleva todas las advertencias que suelen acompañar a la terapia génica y requeriría una forma de administrar con precisión la terapia génica a las células auditivas relevantes.
Si se demuestra que es segura y eficaz, la estimulación óptica podría abrir interfaces de estimulación de densidad ultra alta para el sistema nervioso periférico, dice Boyden. El proceso de combinación de óptica y neuronas también puede allanar el camino para muchas innovaciones futuras, yendo más allá del omnipresente electrodo hacia nuevas modalidades de control neuronal.