Écouter avec la lumière: la technologie de détection de lumière booste les aides auditives
Comprendre la parole, développer une parole normale – les implants cochléaires permettent aux personnes ayant une déficience auditive profonde de gagner beaucoup en termes de qualité de vie. Cependant, les bruits de fond sont problématiques et compromettent considérablement la compréhension de la parole des personnes porteuses d’implants cochléaires. L’équipe dirigée par Tobias Moser de l’Institut de neurosciences auditives et InnerEarLab du centre médical universitaire de Göttingen et du laboratoire de neurosciences auditives et d’optogénétique du Centre allemand des primates – Institut Leibniz pour la recherche sur les primates (DPZ) travaille donc à l’amélioration des implants cochléaires.
Les scientifiques souhaitent utiliser des méthodes de génie génétique pour rendre les cellules nerveuses de l’oreille sensibles à la lumière afin qu’elles puissent ensuite être stimulées avec de la lumière au lieu de l’électricité, comme c’est actuellement le cas. En utilisant la lumière, les scientifiques s’attendent à pouvoir stimuler de manière plus sélective les neurones de l’oreille. Aujourd’hui, l’équipe a réussi à franchir une autre étape importante vers le développement de l’implant optique cochléaire. En collaboration avec une équipe de physiciens des rayons X dirigée par Tim Salditt, qui, comme Moser, mène également des recherches au Cluster of Excellence Multiscale Bioimaging (MBExC) Göttingen, ils ont pu utiliser des techniques d’imagerie combinées de tomographie aux rayons X et de fluorescence. microscopie pour créer des images détaillées des cochlées de rongeurs et de primates non humains. Cela a déterminé des paramètres importants pour la conception et la consistance du matériau des implants cochléaires optiques.
De plus, les chercheurs, qui comprennent des scientifiques du Collaborative Research Center 889, ont réussi à simuler la propagation de la lumière dans la cochlée du marmouset commun. Les résultats de la simulation montrent qu’une stimulation optogénétique spatialement limitée des neurones auditifs est possible. En conséquence, la stimulation optique conduirait à une impression auditive beaucoup plus différenciée que la stimulation électrique utilisée jusqu’à présent. Les résultats de l’étude ont été publiés dans la revue scientifique PNAS.
430 millions de personnes, soit plus de 5 pour cent de la population mondiale, sont affectées par une perte auditive et une surdité, selon les estimations actuelles de l’Organisation mondiale de la santé (OMS). Les causes sont multiples: facteurs génétiques, infections, maladies chroniques, traumatismes de l’oreille ou de la tête, bruits forts et bruits, mais aussi effets secondaires des médicaments. Les prothèses auditives et les implants cochléaires électriques restent les dispositifs les plus couramment utilisés pour réhabiliter la perte auditive, ces derniers étant portés par plus de 700 000 personnes dans le monde. Les implants électriques de cochlée permettent à des utilisateurs autrement profondément sourds ou malentendants de comprendre la parole en l’absence d’indices non verbaux, par exemple au téléphone.
Cependant, le bruit de fond nuit considérablement à cette compréhension. Même les subtilités linguistiques que les locuteurs véhiculent en changeant la hauteur ou la mélodie de la parole ne peuvent pas être captées par des implants conventionnels. Cela est principalement dû à une mauvaise résolution en fréquence et en intensité. Les implants cochléaires électriques stimulent les cellules nerveuses de l’oreille au moyen d’un courant électrique transmis de 12 à 24 électrodes. Cependant, le courant se distribue largement dans le liquide de la cochlée, ce qui affecte la qualité auditive. Puisque la lumière peut être focalisée, la stimulation optogénétique des neurones auditifs envisagée par l’équipe de Tobias Moser promet d’améliorer considérablement la résolution en fréquence et en intensité.
Le développement d’implants cochléaires optiques est une entreprise complexe qui implique de nombreux chercheurs de différentes disciplines, de la recherche sur les principes de base aux applications cliniques. Un facteur est la structure compliquée de la cochlée, qui est peu accessible pour l’investigation, même par imagerie car elle est profondément ancrée dans l’os temporal. Cependant, une connaissance détaillée de la structure de la cochlée est essentielle pour le développement d’une thérapie innovante de la surdité. Les chercheurs s’appuient sur des études animales pour développer la thérapie génique et les implants cochléaires optiques et pour tester leur efficacité et leur innocuité. Des modèles animaux appropriés comprennent des rongeurs tels que la souris, le rat, la gerbille et, à mesure que la recherche progresse, les primates non humains.
À DPZ, le laboratoire de neurosciences auditives et d’optogénétique mène des recherches sur des marmousets communs, dont le comportement en communication vocale est similaire à celui des humains. « Pour les études précliniques (tardives), une connaissance détaillée de l’anatomie de la cochlée est nécessaire. Nous avons utilisé la tomographie à rayons X à contraste de phase et la microscopie par fluorescence à feuille de lumière, ainsi qu’une combinaison des deux, pour imager la structure de la cochlée. des deux principaux modèles de rongeurs et des marmousets communs », a expliqué Daniel Keppeler, premier auteur de l’étude. «Pour l’imagerie multi-échelle et multimodale, nous avons développé des instruments et des méthodes spéciaux, à la fois ici dans notre laboratoire et avec le rayonnement synchrotron», ajoute le partenaire Tim Salditt, professeur à l’Institut de physique des rayons X de l’Université de Göttingen, qui a dirigé l’équipe de recherche en tomographie à rayons X. «De cette manière, nous avons pu obtenir des informations détaillées sur l’anatomie des os, des tissus et des cellules nerveuses. Ces paramètres sont pertinents pour le développement d’implants spécifiquement pour ces espèces», explique Daniel Keppeler.
Grâce aux données obtenues sur l’anatomie des différentes cochlées, l’équipe a également pu concevoir un implant avec émetteurs LED pour les marmousets communs et l’implant a ensuite été inséré par Alexander Meyer, un chirurgien expérimenté des oreilles, du nez et de la gorge, à l’Université médicale. Centre Göttingen d’une manière analogue à la chirurgie chez l’homme.
De plus, les chercheurs ont utilisé des données d’imagerie pour simuler la propagation de la lumière générée par les émetteurs des implants optiques dans la cochlée de primates non humains. «Nos simulations indiquent une excitation optogénétique spatialement limitée des neurones auditifs et donc une sélectivité en fréquence plus élevée qu’avec la stimulation électrique précédente. Selon ces calculs, les implants cochléaires optiques conduisent à une audition significativement améliorée de la parole ainsi que de la musique», conclut Tobias Moser, auteur principal de l’étude.
Référence:
Keppeler D, Kampshoff CA, Thirumalai A, et al. Imagerie photonique multi-échelle de la cochlée native et implantée. PNAS. 2021 et 118 (18). doi: 10.1073 / pnas.2014472118
Cet article a été republié à partir de documents fournis par le Centre allemand des primates. Remarque: le matériel peut avoir été modifié pour sa longueur et son contenu. Pour plus d’informations, veuillez contacter la source citée.