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La découverte neuve peut améliorer des implants cochléaires pour la surdité

L'université des scientifiques d'Utah a employé la lumière infrarouge invisible pour inciter des cellules de coeur de rat à se contracter et les cellules d'oreille interne de toadfish envoient des signes au cerveau. La découverte un jour pourrait améliorer des implants cochléaires pour la surdité et mener aux dispositifs pour remettre la visibilité, pour mettre à jour le reste et pour traiter des troubles des mouvements comme Parkinson.

« Nous allons parler au cerveau avec des pouls infrarouges optiques au lieu des pouls électriques, » qui maintenant sont employés dans des implants cochléaires pour fournir aux gens sourds l'audition limitée, dit Richard Rabbitt, un professeur de la bio-ingénierie et l'auteur supérieur de la coeur-cellule et de l'intérieur-oreille-cellule étudie ce mois publié dans le tourillon de la physiologie.

Les études - financées par les instituts de la santé nationaux - soulèvent également la possibilité de développer les stimulateurs cardiaques qui emploient les signes optiques plutôt que les signes électriques de stimuler des cellules de coeur. Mais Rabbitt dit que parce que les stimulateurs électroniques fonctionnent bien, « je ne vois pas un marché pour un stimulateur optique à l'heure actuelle. »

La signification scientifique des études est la découverte que les signes optiques - impulsions courtes d'une longueur d'onde invisible de la lumière laser infrarouge fournie par l'intermédiaire d'une fibre optique mince et en verre - peuvent activer des cellules de coeur et des cellules d'oreille interne liées au reste et à l'audition.

De plus, la recherche a montré que l'infrared active les cellules de coeur, cardiomyocytes appelés, en déclenchant le mouvement des ions calcium dans et hors des mitochondries, des organelles ou des composantes dans les cellules qui le sucre blanc dans l'énergie utilisable. Le même procédé semble se produire quand la lumière infrarouge stimule des cellules d'oreille interne.

La lumière infrarouge peut être ressentie comme chaleur, soulevant la possibilité le coeur et des cellules d'oreille ont été activées par la chaleur plutôt que le rayonnement infrarouge lui-même. Mais Rabbitt et collègues « des expériences élégantes » ont montré les cellules en effet ont été activés par le rayonnement infrarouge, dit un commentaire dans le tourillon par Ian Curthoys de l'université de Sydney, Australie.

Curthoys écrit que la recherche fournit « l'analyse d'une manière éblouissante lumineuse » dans des événements dans des cellules d'oreille interne et « a le potentiel grand pour la future application clinique. »

Rejet de la lumière infrarouge sur des cellules d'oreille interne et des cellules de coeur

Les pulsations lumineuses infrarouges de basse puissance dans l'étude ont été produites par une diode - « la même chose qui est dans un pointeur laser, juste une longueur d'onde différente, » Rabbitt dit.

Les scientifiques ont exposé les cellules à la lumière infrarouge dans le laboratoire. Les cellules de coeur dans l'étude étaient des cardiomyocytes appelés de cellules myocardiques nouveau-nées de rat, qui effectuent la pompe de coeur. Les cellules d'oreille interne sont des cellules de cheveu, et sont venues de l'organe d'oreille interne qui détecte le mouvement de la tête. Les cellules de cheveu sont venues du toadfish d'huître, qui sont bien-déterminent des modèles pour la comparaison avec les oreilles internes humaines et le sens du reste.

Les cellules de cheveu d'oreille interne « convertissent la vibration mécanique du son, densité ou le mouvement dans le signe qui va au cerveau » par l'intermédiaire des cellules nerveuses adjacentes, indique Rabbitt.

Utilisant le rayonnement infrarouge, « nous stimulions les cellules de cheveu, et elles ont vidé la neurotransmetteur sur les neurones qui ont envoyé des signes au cerveau, » Rabbitt dit.

Il croit que les cellules de cheveu d'oreille interne sont activées par le rayonnement infrarouge parce que « elles sont pleines des mitochondries, qui sont un objectif primaire de cette longueur d'onde. »

Le rayonnement infrarouge affecte le flux des ions calcium dans et hors des mitochondries - quelque chose montrée par l'étude d'accouplement en cellules néonatales de coeur de rat.

C'est important parce que pour le nerf et les cellules musculaires « excitables », le « calcium est comme le déclencheur pour effectuer à ceux-ci des cellules neurotransmetteur de contrat ou de desserrage, » dit Rabbitt.

L'étude de cellules de coeur a constaté qu'un pouls infrarouge durant un simple one-5,000th de les deuxièmes mitochondries effectuées aspirent rapidement des ions calcium dans une cellule, puis les relâche lentement de nouveau dans la cellule - un cycle qui effectue le contrat de cellules.

Le « calcium fait cela normalement, » dit Rabbitt. « Mais il est normalement réglé par la cellule, pas par nous. Ainsi le rayonnement infrarouge nous donne un outil pour régler la cellule. Dans le cas [des neurones d'oreille interne], vous êtes des signaux de commande allant au cerveau. Dans le cas du coeur, vous arpentez la contraction. »

Possibilités neuves pour optique contre les implants cochléaires électriques

Rabbitt croit que la recherche - comprenant une étude relative du limaçon l'année dernière - pourrait aboutir à améliorer les implants cochléaires qui emploieraient optique plutôt que les signes électriques.

Les implants cochléaires existants convertissent le son en signes électriques, qui type sont transmis à huit électrodes dans le limaçon, une pièce de l'oreille interne où des vibrations saines sont converties en signes de nerf au cerveau. Huit électrodes peuvent fournir seulement huit fréquences de son, Rabbitt dit.

« Un adulte sain peut entendre plus de 3.000 fréquences différentes. Avec la stimulation optique, il y a une possibilité d'entendre des centaines ou des milliers de fréquences au lieu de huit. Peut-être un jour un implant cochléaire optique permettra aux gens sourds de nouveau d'apprécier la musique et d'entendre toutes les nuances dans le son qu'une personne d'audition apprécierait. »

À la différence du courant électrique, qui écarte par le tissu et ne peut pas être orienté à une remarque, la lumière infrarouge peut être orientée, ainsi les nombreuses longueurs d'onde (correspondant à de nombreuses fréquences de son) pourraient être différentes cellules visées dans l'oreille interne.

Les cellules nerveuses qui envoient les signaux sonores des oreilles au cerveau peuvent allumer plus de 300 fois par seconde, tellement idéalement, un implant cochléaire utilisant la lumière infrarouge pourraient exécuter aussi bien. Dans les expériences de l'Utah, les chercheurs pouvaient s'appliquer des pouls de laser aux cellules de cheveu pour inciter les cellules nerveuses adjacentes à allumer jusqu'à 100 fois par seconde. Pour un implant cochléaire, les cellules nerveuses seraient activées dans la lumière infrarouge au lieu des cellules de cheveu.

Rabbitt l'a averti que peuvent être cinq à 10 ans avant le développement des implants cochléaires qui font fonctionner optiquement. Pour être pratiques, ils ont besoin d'un plus petit bloc d'alimentation et d'une source lumineuse, et doivent être plus de pouvoir efficace pour faire fonctionner sur de petites batteries comme un appareil auditif.

Prosthétique optique pour le mouvement, le reste et les troubles de la vision

La stimulation électrique de profond-cerveau maintenant est employée pour traiter des troubles des mouvements tels que la maladie de Parkinson et « le tremblement essentiel, que le mouvement rythmique de causes des membres ainsi de elle devient difficile de marcher, fonctionner et manger, » indique Rabbitt.

Il vérifie si optique plutôt que la stimulation électrique de profond-cerveau pourrait augmenter combien de temps la demande de règlement est efficace.

Rabbitt voit également le potentiel pour que les implants optiques traitent des troubles de l'équilibre.

« Quand nous vieillissons, nous brouillons et marchons soigneusement, pas parce que nos muscles ne fonctionnent pas mais parce que nous avons des ennuis avec le reste, » il dit. « Cette technologie a le potentiel pour remettre le reste en remettant les signes que l'oreille saine envoie au cerveau au sujet de la façon dont votre fuselage déménage l'espace. »

La stimulation optique pourrait également fournir à la visibilité artificielle dans les gens des rétinites pigmentaires ou toute autre perte de cellules rétiniennes - les cellules d'oeil qui trouvent la lumière et la colorent - mais qui ont toujours le prochain niveau des cellules, connu sous le nom de ganglions, Rabbitt dit.

« Vous porteriez des lunettes avec un appareil-photo [monté sur les bâtis] et là seriez l'électronique qui convertirait des signes de l'appareil-photo en pouls du rayonnement infrarouge qui seraient modelés sur la rétine malade qui normalement ne répond pas à la lumière mais répondraient au rayonnement infrarouge pulsé » pour produire des images, il dit.

Implants d'audition et de visibilité qui emploient optique plutôt que les signes électriques ne doivent pas pénétrer le cerveau ou tout autre tissu nerveux parce que la lumière infrarouge peut pénétrer « bien un morceau de tissu, » ainsi les dispositifs émettant la lumière « ont le potentiel pour l'excellent biocompatibility, » Rabbitt dit. « Vous pourrez implanter des périphériques optiques et les laisser là pendant la durée. »