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La nuova scoperta può migliorare gli impianti cocleari per la sordità

L'università di scienziati di Utah ha usato la luce infrarossa invisibile per incitare le celle del cuore del ratto a contrattare e le celle dell'interno-orecchio del toadfish inviano i segnali al cervello. La scoperta qualche giorno ha potuto migliorare gli impianti cocleari per la sordità e piombo alle unità per riparare la visione, mantenere i disordini di movimento dell'ossequio e del bilanciamento come Parkinson.

“Stiamo andando parlare con cervello con gli impulsi infrarossi ottici invece degli impulsi elettrici,„ che ora sono utilizzati in impianti cocleari per fornire alla gente sorda l'audizione limitata, dice Richard Rabbitt, un professore della bioingegneria ed autore senior degli studi della interno-orecchio-cella e della cuore-cella pubblicati questo mese nel giornale della fisiologia.

Gli studi - costituiti un fondo per dagli istituti della sanità nazionali - egualmente sollevano la possibilità di sviluppare gli stimolatore cardiaci cardiaci che usano i segnali ottici piuttosto che i segnali elettrici stimolare le celle del cuore. Ma Rabbitt dice che perché gli stimolatore cardiaci elettronici funzionano bene, “non vedo attualmente un servizio per uno stimolatore cardiaco ottico.„

Il significato scientifico degli studi è la scoperta che i segnali ottici - impulsi di scarsità di una lunghezza d'onda invisibile di luce laser infrarossa consegnata via una fibra ottica sottile e di vetro - possono attivare le celle del cuore e le celle dell'interno-orecchio relative a bilanciamento ed all'audizione.

Inoltre, la ricerca ha mostrato che l'infrarosso attiva le celle del cuore, chiamate cardiomyocytes, avviando il movimento degli ioni del calcio dentro e fuori dei mitocondri, degli organelli o delle componenti all'interno delle celle che zucchero bianco in energia utilizzabile. Lo stesso trattamento sembra accadere quando la luce infrarossa stimola le celle dell'interno-orecchio.

La luce infrarossa può essere ritenuta come calore, sollevante la possibilità il cuore e le celle dell'orecchio sono state attivate dal calore piuttosto che la radiazione infrarossa stessa. Ma Rabbitt ed i colleghi “esperimenti eleganti„ hanno mostrato le celle effettivamente sono stati attivati tramite la radiazione infrarossa, dice un commento nel giornale da Ian Curthoys dell'università di Sydney, Australia.

Curthoys scrive che la ricerca fornisce “la comprensione stunningly luminosa„ negli eventi all'interno delle celle dell'interno-orecchio e “ha grande potenziale per l'applicazione clinica futura.„

Fare luce infrarossa sulle celle dell'Interno-Orecchio e sulle celle del cuore

Gli impulsi luminosi di luce infrarossa a bassa potenza nello studio sono stati generati da un diodo - “la stessa cosa che è in un puntatore del laser, appena una lunghezza d'onda differente,„ Rabbitt dice.

Gli scienziati hanno esposto le celle a luce infrarossa in laboratorio. Le celle del cuore nello studio erano celle di muscolo neonate del cuore del ratto chiamate cardiomyocytes, che fanno la pompa del cuore. Le celle dell'interno-orecchio sono cellule ciliate e sono venuto dall'organo dell'interno-orecchio che percepisce il moto della testa. Le cellule ciliate sono venuto dal toadfish dell'ostrica, che sono ben-stabiliscono i modelli per il confronto con gli orecchi interni umani ed il senso di bilanciamento.

le cellule ciliate dell'Interno-orecchio “convertono la vibrazione meccanica dal suono, gravità o il moto nel segnale che va al cervello„ via le cellule nervose adiacenti, dice Rabbitt.

Facendo uso di radiazione infrarossa, “stavamo stimolando le cellule ciliate ed hanno scaricato il neurotrasmettitore sui neuroni che hanno inviato i segnali al cervello,„ Rabbitt dicono.

Crede che le cellule ciliate dell'interno-orecchio siano attivate tramite radiazione infrarossa perché “sono piene dei mitocondri, che sono un obiettivo primario di questa lunghezza d'onda.„

La radiazione infrarossa pregiudica il flusso degli ioni del calcio dentro e fuori dei mitocondri - qualcosa indicato dallo studio del tambuccio in celle neonatali del cuore del ratto.

Quello è importante perché per le celle “eccitabili„ di muscolo e del nervo, “il calcio è come il grilletto per rendere questi le celle neurotrasmettitore della versione o del contratto,„ dice Rabbitt.

Lo studio delle cellule del cuore ha trovato che un impulso infrarosso che dura un mero one-5,000th dell'secondi mitocondri fatti succhia rapido sugli ioni del calcio all'interno di una cella, quindi lentamente li rilascia nuovamente dentro la cella - un ciclo che stipula il contratto delle cellule.

“Il calcio fa normalmente quello,„ dice Rabbitt. “Ma è gestito normalmente dalla cella, non da noi. Così la radiazione infrarossa ci dà uno strumento per gestire la cella. Nel caso dei neuroni [dell'interno-orecchio], siete segnali di controllo che vanno al cervello. Nel caso del cuore, state percorrendo la contrazione.„

Nuove possibilità per ottico contro gli impianti cocleari elettrici

Rabbitt crede che la ricerca - compreso uno studio relativo della coclea l'anno scorso - potrebbe piombo per migliorare gli impianti cocleari che userebbero ottico piuttosto che i segnali elettrici.

Gli impianti cocleari attuali convertono il suono in segnali elettrici, che sono trasmessi tipicamente ad otto elettrodi nella coclea, una parte dell'orecchio interno in cui le vibrazioni sonore sono convertite in segnali del nervo al cervello. Otto elettrodi possono consegnare soltanto otto frequenze del suono, Rabbitt dice.

“Un adulto in buona salute può sentire più di 3.000 frequenze differenti. Con stimolo ottico, c'è una possibilità di udito le centinaia o delle migliaia di frequenze invece di otto. Forse qualche giorno un impianto cocleare ottico permetterà che la gente sorda ancora una volta goda della musica e senta tutte le sfumature nel suono di che una persona di audizione godrebbe.„

A differenza della corrente elettrica, che si sparge attraverso il tessuto e non può essere messa a fuoco ad un punto, la luce infrarossa può essere messa a fuoco, in modo dalle numerose lunghezze d'onda (che corrispondono alle numerose frequenze del suono) potrebbero essere celle differenti puntate su nell'orecchio interno.

Le cellule nervose che inviano i segnali acustici dalle orecchie al cervello possono infornare più di 300 volte al secondo, così idealmente, un impianto cocleare facendo uso di luce infrarossa potrebbero eseguire pure. Negli esperimenti dell'Utah, i ricercatori potevano applicare gli impulsi del laser alle cellule ciliate per incitare le cellule nervose adiacenti ad infornare fino a 100 volte al secondo. Per un impianto cocleare, le cellule nervose sarebbero attivate all'interno di luce infrarossa invece delle cellule ciliate.

Rabbitt lo ha avvertito che possono essere cinque - 10 anni prima dello sviluppo degli impianti cocleari che funzionano otticamente. Per essere pratiche, hanno bisogno di più piccola alimentazione elettrica e di una sorgente luminosa e devono essere più potenza efficiente funzionare sulle piccole batterie come una protesi acustica.

Protesi ottica per i disordini del movimento, del bilanciamento e di visione

Lo stimolo elettrico del profondo-cervello ora è usato per trattare i disordini di movimento quale la malattia del Parkinson e “il tremito essenziale, che il movimento ritmico di cause degli arti in modo da di diventa difficile da camminare, funzionare e mangiare,„ dice Rabbitt.

Sta studiando se ottico piuttosto che lo stimolo elettrico del profondo-cervello potrebbe aumentare quanto tempo il trattamento è efficace.

Rabbitt inoltre vede il potenziale affinchè gli innesti ottici tratti i disordini del bilanciamento.

“Quando otteniamo vecchi, mescoliamo con attenzione e camminiamo, non perché i nostri muscoli non funzionano ma perché abbiamo difficoltà con bilanciamento,„ dice. “Questa tecnologia ha potenziale per la riparazione del bilanciamento riparando i segnali che l'orecchio sano invia al cervello circa come il vostro organismo sta muovendosi nello spazio.„

Lo stimolo ottico anche potrebbe fornire la visione artificiale nella gente le retinite pigmentose o l'altra perdita di celle retiniche - le celle dell'occhio che individuano l'indicatore luminoso e colorano - ma chi ancora hanno il livello seguente di celle, conosciuto come i gangli, Rabbitt dice.

“Indossereste i vetri con una macchina fotografica [montata sui fotogrammi] e là sareste elettronica che avrebbe convertito i segnali dalla macchina fotografica in impulsi di radiazione infrarossa che sarebbero stati modellati sulla retina malata che non risponde normalmente ad indicatore luminoso ma risponderebbero alla radiazione infrarossa pulsata„ per creare le immagini, dice.

Innesti di visione e di audizione che usano ottico piuttosto che i segnali elettrici non devono penetrare il cervello o l'altro tessuto nervoso perché la luce infrarossa può penetrare “abbastanza un bit del tessuto,„ in modo dalle unità che emettono l'indicatore luminoso “hanno potenziale per la biocompatibilità eccellente,„ Rabbitt dice. “Potrete impiantare le unità ottiche e lasciarle là per vita.„