Optogenetische stimulatie van de gehoorzenuw

Victor H. Hernandez; Anna Gehrt; Zhizi Jing; Gerhard Hoch; Marcus Jeschke; Nicola Strenzke; Tobias Moser

doi:10.3791/52069

Een abonnement op JoVE is vereist om deze inhoud te bekijken. Log in of start vandaag met uw gratis proefperiode.

Methodenartikel

Optogenetische stimulatie van de gehoorzenuw

14.6K weergaven

⸱

DOI:

10.3791/52069

⸱

8 oktober 2014

Victor H. Hernandez¹^,²^,⁵ , Anna Gehrt¹^,³ , Zhizi Jing³ , Gerhard Hoch¹ , Marcus Jeschke¹ , Nicola Strenzke³ , Tobias Moser¹^,²^,⁴

¹InnerEarLab, Department of Otolaryngology, University Medical Center Goettingen, ²Bernstein Focus for Neurotechnology, University of Goettingen, ³Auditory Systems Physiology Group, Department of Otolaryngology, University Medical Center Goettingen, ⁴Center for Nanoscale Microscopy and Molecular Physiology of the Brain, University of Goettingen, ⁵Department of Chemical, Electronic, and Biomedical Engineering, University of Guanajuato

In dit artikel

Samenvatting

Cochleair implantaat (CI) in staat stellen het horen door directe elektrische stimulatie van de gehoorzenuw. Echter, slechte frequentie en intensiteit resolutie beperkt de kwaliteit van het gehoor met CI. Hier beschrijven we optogenetische stimulatie van de gehoorzenuw in muizen als een alternatieve strategie voor auditieve research en ontwikkeling van toekomstige CI's.

Samenvatting

Directe elektrische stimulatie van de spiraal ganglion neuronen (Sgns) door cochleair implantaat (CI) kan geopend spraakverstaan in het merendeel van de geïmplanteerde dove proefpersonen ^1-6. Niettemin geluidsverwerkingsalgoritme met huidige CI heeft slechte frequentie en intensiteit resolutie door brede stroomspreiding van elk contact elektrode activeren een groot aantal Sgns langs de tonotopische as van het slakkenhuis ^7-9. Optische stimulatie wordt voorgesteld als een alternatief voor elektrische stimulatie die ruimtelijk meer belooft beperkt activatie van Sgns en derhalve hogere frequentieresolutie codering. De laatste jaren heeft directe infrarood verlichting van de cochlea gebruikt om reacties oproepen bij de gehoorzenuw ^10. Toch vereist het hogere energieën dan elektrische stimulatie ^10,11 en de onzekerheid blijft bestaan over het onderliggende mechanisme ^12. Hier wordt een methode op basis van optogenetics om Sgns stimuleren beschrijven wemet een lage intensiteit blauw licht, met behulp van transgene muizen met neuronale expressie van channelrhodopsin 2 (ChR2) ¹³ of-virus gemedieerde expressie van de ChR2-variant Catch ^14. We gebruikten micro-light emitting diodes (μLEDs) en vezel gekoppeld lasers om ChR2 expressie Sgns stimuleren door middel van een kleine kunstmatige opening (cochleostomie) of het ronde venster. We getest de reacties van hoofdhuid opnames van licht-evoked potentials (optogenetische auditieve hersenstam respons: oABR) of door micro-elektrode opnames van de auditieve route en vergeleken hen met akoestische en elektrische stimulatie.

Inleiding

Volgens de World Health Organization, 360 miljoen mensen wereldwijd lijden aan gehoorverlies. In dove proefpersonen, directe elektrische stimulatie van Sgns door CIS staat geopend spraakverstaan in de meerderheid van hen ^1,2,4,5. Ook al CI geïmplanteerd bij meer dan 200.000 mensen, dus de meest succesvolle neuroprothese, geluid codering gedreven door de huidige cochleaire implantaten is beperkt. CI's door elektrische stimulatie een aantal elektrodes waar iedereen activeert een tonotopische gebied van de gehoorzenuw aldus de disfunctionele sensorische orgaan van Corti omzeilen in de cochlea. Normaal horende luisteraars kunnen discrimineren meer dan 20....