인공 와우 (CI를) 청각 신경에 직접 전기 자극으로 청각 수 있습니다. 그러나 가난한 빈도와 강도 해상도의 CI와 청각의 품질을 제한합니다. 여기에서 우리는 청각 연구와 미래의 CI 개발을위한 대안 전략으로 생쥐에서 청각 신경의 optogenetic 자극을 설명합니다.
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이 논문에서
요약
초록
인공 와우 (CI에)에 의해 나선 신경절 신경 세포 (SGNs) 직접 전기 자극을 이식 청각 장애인 과목 1-6 대부분의 오픈 음성 이해를 할 수 있습니다. 그럼에도 불구하고, 현재의 CI와 사운드 코딩으로 인해 달팽이관 7-9의 tonotopic 축을 따라 SGNs의 큰 숫자를 활성화하는 각 전극 접촉에서 폭 넓은 전류 확산 가난한 빈도와 강도의 해상도를 가지고있다. 광 자극은 공간적으로 더 따라서 SGNs의 활성화를 밀폐과 약속 전기 자극, 부호화 높은 주파수 해상도의 대안으로서 제안되었다. 최근, 달팽이관 직접 적외선 조명 청신경 (10)에 응답을 연상하는 데 사용되어왔다. 전기 자극 10, 11 및 불확실성이 기반이되는기구 12로 남아보다 그럼에도 불구하고 더 높은 에너지를 필요로한다. 여기에서 우리는 SGNs을 자극하는 optogenetics를 기반으로하는 방법을 설명channelrhodopsin 2 (ChR2) 13 ChR2 변종 캐치 14의 바이러스 매개 표현의 신경 식으로 형질 전환 마우스를 사용하여 낮은 강도 푸른 빛과 함께. 우리는 작은 인공 개구부 (cochleostomy) 또는 둥근 창을 통해 ChR2 - 표현 SGNs을 자극하는 다이오드 (μLEDs) 및 광섬유 결합 발광 레이저 마이크로 빛을 사용했습니다. 우리는 빛을 유발 전위 (optogenetic 청성 뇌간 반응 : oABR)의 두피 녹음하여 응답을 정량 또는 청각 경로에서 미세 전극 기록에 의해 음향 및 전기 자극으로 그들을 비교했다.
서론
세계 보건기구 (WHO)에 따르면, 3억6천만명는 전 세계적으로 청력 상실로 고통. 청각 장애인 대상에서 CI에 의해 SGNs 직접 전기 자극 그들 1,2,4,5-의 대부분에서 열려 음성 이해를 할 수 있습니다. 비록 CI에 따라서는 가장 성공적인 neuroprosthesis되고, 20 만 명 이상에 이식되어, 현재 인공 와우 이식에 의해 구동 사운드 인코딩이 제한됩니다. CI에 각 하나가 청각 신경 따라서 달팽이관에 코르티 역기능 감각 기관을 우회 tonotopic 영역을 활성화 전극의 특정 번호에 의해 전기 자극을 기반으로합니다. 정상 청력 청취자 그러나 오늘날의 CI는 최대 12-22 주파수 채널 4에 사용, 2,000 개 이상의 주파수를 구별 할 수 있습니다. 이는 많은 다른 소리 주파수 8,15 SGNs을 나타내는 다수의 활성화 전극 7,9 각 자극에서 널리 전류 흐름이다. 이제한 다극 자극을 사용하지만 높은 소비 전력 16,17의 비용을 개선 할 수있다. 소리 강도에 대한 그들의 출력 동적 범위는 일반적으로 6-20dB 4,18 이하로 제한된다. 이러한 이유로, 개선 빈도와 강도 해상도는 시끄러운 환경, 운율 이해와 음악 인식에서 음성 인식을 개선하기 위해 C....
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프로토콜
본 연구에 제시된 모든 실험은 실험 동물의 보호 독일어 법에 의해 정의 윤리 기준으로 실시 하였다. 동물 복지에 대한 대학 괴팅겐의 보드 및 니더 작센의 상태의 동물 복지 사무소는 실험을 승인했다.
μLED - 자극기의 1 준비
- μLEDs를 들어, 첫번째 μLED - 자극기를 준비합니다. 200 μm의 활성 표면에 의해 200 블루 LED를 사용 (μLED, 재료 표 참조).
- μLED에 솔더 와이어. 이어서, μLED 에폭시 접착제를 이용하여 연결을 캡슐화한다. 에폭시 경화 수 있도록 장치 하룻밤 둡니다.
- 기계적 안정성 및 전기 절연성이 얇은 유리 모세관을 통해 와이어를 깔때기를 들어, 1mm 외경 보로 실리케이트 모세관을 사용하여 모세관 기계적 머니퓰레이터에 장착 될 수있다 (도 1D)되도록 에폭시 접합부를 밀봉.
참고 : T여기에 충분한 두께 (자극 유물을 피) 좋은 전기 절연을 얻을 수있는 캡슐을 만드는 트레이드 오프,하지만 LED가 수포 내에서 자유롭게 이동할 수 있도록하고 cochleostomy에 그것을 찾을 정도로 얇은입니다. 그것은 하나 이상의 LED를 준비하는 것이 좋습니다. - 좋은 전기 절연을 확인하려면 먼저 ....
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결과
최적 cochleostomy은 중요하고 성공적인 실험의 확률을 증가시킨다.이 윈도우가 일정한 작은 것을 의미하고, 내부 인공 구조물의 어떠한 손상도 없다. 예를 들어, 출혈은 강선 vascularis의 손상 될 수 있음을 나타냅니다. 좋은 예는 그림 (b)에 표시됩니다.
ChR2 - 형질 전환 마우스를 사용하여, ChR2은 달팽이관 (그림 1C) 내에서 SGNs 표현된다. , 하나, μLED 또는 레이저에 의해 푸른 빛 조명은 진폭과 파형 음향 ABR (aABR)과 다른 대형 oABR을 이끌어. oABR (그림 1 층)은 aABR (그림 1E)보다 큰 진폭을 가지고 있지만.이 oABR 및 eABR 더 SGNs의 반영 모집 및 / 또는 SGNs보다 동기화 활성화로 해석 될 수있는 전기 ABR (eA.......
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토론
설명한 실험 SGNs의 optogenetic 자극을 입증하고, 원칙적으로, 또한 내측 및 / 또는 외측 유모 세포를 자극하는 데 사용될 수 opsins의 발현을 제공 하였다. 이 실험은 많은 인내와 배려가 필요합니다. 앞서 언급 한 바와 같이, 가장 중요한 단계는 광원의 좋은 cochleostomy / 라운드 창 삽입뿐만 아니라 적절한 위치 자세이다.
ChR2를 사용 optogenetic 자극과 제한 사항이 있습니다. 자극의 속도가 15 증가 할 때 빛의 세기 및 펄스 지속 시간 그러나 우리의 경우 oABR 진폭이 증가에서 감소한다. 응답 지연 시간은 또한 감소, 광 강도에 의존 할 때 자극의 강도가 증가. 우리는 이러한 응답은 ChR2의 속도론 및 SGNs 표현 채널 수의 결과임을 제안한다. 또한 ChR2 높은 스파이크에 여분 스파이크, 장애 및 막 전위를 발생할 수 합산요금 27,40. 이러한 제한 (32, 33)을
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공개 사항
저자는 그들이 더 경쟁 금전적 이해 관계가 없다고 선언합니다.
감사의 글
이 작품은 교육 및 연구 (Neurotechnology에 대한 번스타인 초점 T. 모저에 01GQ0810을 부여하고, MED-EL 독일)의 독일 연방 교육부에 의해 지원되었다; N. Strenzke 및 T. 모저에 독일 연구 나노 현미경과 뇌의 분자 생리학 센터를 통해 재단 (FZT 103, T. 모저)과 SFB889 통해).
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재료
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| Dumont #5 - 세밀한 펜치 | 세밀한 과학 도구 | 11254-20 | 연조직을 잡는 데만 사용됩니다 |
| 세밀한 가위 - 날카로운 | 세밀한 과학 도구 | 14060-09 | 피부를 열고 근육 해부를 돕기 위해 |
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참고문헌
- Rubinstein, J. T. Paediatric cochlear implantation: prosthetic hearing and language development. Lancet. 360 (9331), 483-485 (2002).
- Middlebrooks, J. C., Bierer, J. A., Snyder, R. L. Cochlear implants: the view from the brain. Current opinion in neurobiology. ....
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