Beyne Ses Göndermek

Tamamen sağır olan pek çok insan doğrudan işitme sinirini uyaran bir mikroelektrot aygıt olan “kohlear implant” tan faydalandı. İşitme siniri işlevsel olmayan hastalar için yeni nesil işitme protezleri umut vaadediyor. Yeni nesil implantlar, beyin sapı işitme bölgelerinin yüzeyine veya içerisine yerleştirilecekler, işitme sinirini atlayarak doğrudan beyin sapının işitme merkezlerini uyaracaklar.

Kısmi ya da tam işitme kaybının pek çok nedeni olabilir. Örneğin, dış kulaktaki ya da kulak zarı ve işitme kemiklerinden oluşan orta kulaktaki bir bozukluktan dolayı seslerin iletilememesinden kaynaklanan işitme kaybı oluşur. Genellikle ses titreşimlerini yükselten bir işitme aygıtı yardımıyla rahatsızlık düzeltilir. Gerçek sağırlık ise kohleadaki kirpikli duyu hücrelerinin yokluğu nedeniyle oluşur. Kohlea, içi sıvı dolu, salyangoz biçimli iç kulak organıdır; ses dalgalarını beyne iletilecek elektrik sinyallerine dönüştürür.

İşitme siniri işlevsel olanlar, son otuz yılda kohlear implantlar alanında görülen önemli gelişmelerden büyük oranda faydalandı. Kohlear implantlar (Kİ) kohleaya yerleştirilen ve doğrudan işitme sinirini uyaran aygıtlar. Dünya çapında kırk binden fazla hasta için bu aygıtların başarısı neredeyse bir mucizeydi. Yetişkinlerin pek çoğu, telefonda konuşabiliyorlar. Çocukların büyük çoğunluğuysa normal sınıflarda eğitimlerini yapabiliyorlar.
Ancak işitme sinirinin yokluğu veya hasarlı olması durumunda Kİ işlevsizdir.
Kohlea ve işitme sinirine uğramadan geçen ve doğrudan doğruya beyin sapındaki işitme merkezlerinden birini uyaran bir mikroelektrot-işitme protezi, işitme siniri çalışmayan hastaların da yeniden duymasını sağlayabilir. Bazı doktorlar ve House Ear Enstitüsü’ndeki araştırmacılar 1970’lerin sonlarından bu yana beyin sapı işitme implantları (BSİ) üzerinde çalışıyorlar; ancak bunlar sınırlı bir başarı elde edebildiler. BSİ evriminin bir sonraki basamağı üzerine çalışmalar çoktan başladı. Geleneksel BSİ’lar beyin sapındaki ventral ön kohlear çekirdeğin yüzeyini uyarıyorlar. Yeni nesil BSİ’lardaysa mikroelektrotlar ventral
kohlear çekirdeğin içerisine girip, doğrudan nöronları (sinir hücrelerini) uyarırlar. Bu yeni yaklaşım, Kİ’ların da içinde bulunduğu nöral protezler üzerine yapılan araştırmalarla materyaldeki ve elektronikteki yüksek teknolojik gelişmeler ve bizimkine benzer işitme mekanizmasına sahip olan kediler üzerinde yapılan denemeler sonucu mümkün oldu.

İlk Kİ’lar kohleanın yerine getirmediği işlevi yapmak için tasarlanmıştı. Kİ kullanan hastalarla yapılan otuz yıllık araştırmalar sonunda kohleanın ve beynin ses algısındaki görevleri hakkında yeni bilgiler elde edildi. Bu bilgiler yeni nesil BSİ’larının ve diğer nöral protezlerin yapımında paha biçilmez olduklarını kanıtlayacaklar. Kİ aygıtlarında birçok uyarıcı elektrot silikon matriks içine gömülmüş, iç kulağın kohleasına yerleştirilmiştir; bu elektrotlar kohleanın baziler membranının (zarının) farklı bölgelerine yerleşirler. Baziler membranın yapısından -tonotopik özelliğinden- dolayı, yüksek frekanstaki sesler membaranın tabanında kirpikli hücreleri titreştirirken, düşük frekanstaki seslerse membranın tepe kısmındaki kirpikli hücreleri titreştirirler. Dışarıda bulunan bir mikrofon tarafından alınan sesler ilk önce bir mikroişlemci tarafından analiz edilir, her frekansın bilgisini taşıyan elektrik sinyalleri, uygun tonotopik yerleşimde bulunan elektroda iletilir.
Kİ kohleanın frekans aralığının çoğuna ulaşır, yalnız en düşük frekanslara hassas kirpikli hücrelerin bulunduğu kohleanın kıvrımlarının en ince ve en dar olduğu kohleanın uç kısmı Kİ elektrodlarının çoğu için ulaşılmazdır. İlginç bir şekilde, garip bir psikofizyolojik fenomen olan “artık perde” etkisi nedeniyle, bu frekans aralığındaki sesler konuşmaların anlaşılması için büyük oranda gereksizdir. Bu etki 19. yüzyıldan beri “kayıp temel” olarak biliniyor. Ses yeterli miktarda üst tonlar ve harmonikler taşıdığı sürece, beyindeki üst işlemci merkezler –işitsel korteks gibi- kayıp temel frekansı yeniden oluşturabilirler. Bu durum Kİ’lara ve modern telefonlara bir avantaj sağlar: Konuşmanın düzgün bir şekilde anlaşılması için yaklaşık 1000 Hz’in altındaki frekansların aktarılması gerekmez, böylece işe yarar band aralığından tasarruf sağlanır. Sınırlı sayıda ve ayrı ayrı uyarıcılarla aktarılan, orijinal konuşma sinyaline göre eksik bilgi taşıyan Kİ sinyaline rağmen bu implantı taşıyan pek çok kullanıcı konuşmaları kusursuz bir şekilde anlayabilir. Kohleadan gelen bilginin çoğu ses kalitesi için, müziğin algılanması ve hissedilmesi için ya da sesleri tanımlamak için önemli ipuçları içerse de, kohleadaki ses bilgisinin kaba bir sunumu konuşmaların anlaşılması için yeterlidir. Görsel korteksin, kör noktanın bıraktığı boşluğu doldurması gibi, işitme korteksinde de bilgiler işlenerek eksik bilginin çoğu tamamlanır.

Konuşmayı öğrendikten sonra sağır olanlarla, konuşmayı öğrenmeden önce sağır olan insanlar arasında açık bir fark vardır. Konuşma sonrası işitme engellilerin çoğunda Kİ araçlarının implantasyonundan hemen sonra konuşmalar anlamlı olmaya başlar. Konuşma öncesi işitme engellilerdeyse Kİ’nın başarısı, implantasyonun yapıldığı yaşa çok fazla
bağımlıdır. Şaşılık ya da katarakt gibi erken görme bozukluklarının tedavisinde olduğu gibi, implantasyon ne kadar erken olursa o kadar iyi sonuç alınıyor. Kİ araştırmaları sonucu öğrenilen temel ve cesaretlendirici sonuçlardan biri de çocukların işitsel bilgiyi işleyen nöronal bölgelerinin uyum sağlama yeteneğidir. Uyarılan işitsel korteks uyarıya -sese- cevap olarak beynin komşu bölgelerinden nöron alır ve yeni nöronal bağlantılar kurar. Doğuştan sağır kedilerle yapılan çalışmalar işitsel korteksin plastisitesinin erken yaşta karşılaşılan ses deneyimleri tarafından belirlendiğini ortaya koydu. Sesler bir mikrofon aracılığıyla iletilip sağır kedi yavrularının işitme yolları Kİ ile uyarılırsa, hayvanlar kısa zamanda seslere uygun davranışlarla cevap vermeye başlıyor ve işitsel korteksleri kısa sürede normal uyarılma yollarını geliştiriyor.
Sesle daha geç yaşlarda karşılaşan hayvanlarda plastisitenin çok daha az olduğu görüldü. Bu sonuçlar, görsel kayıp sonuçlarına oldukça benzer ve doğum sonrası merkezi işitsel sistemin, özellikle işitsel korteksin gelişiminde duyarlı bir periyodun varlığına işaret eder. Küçük çocukların erken yaşlardaki müzik eğitiminin onların işitsel kortekslerinin karmaşık harmonik seslere karşı duyarlılığını artırması gibi örnekler de, duyarlı bir dönemin varlığını destekleyen kanıtlardandır. Kİ uygulamaları, yetişkin işitsel sistemindeki kortikal plastisite çalışmalarına yönelik ilgiyi yeniledi ve bu çalışmalara yeni bir araç sağladı. Bazı çalışmalar aksini gösterse de, yetişkinlerin kortikal plastisitesi çocuklarınki kadar yüksek değildir.

İşitme protezlerini etkin bir şekilde tasarlamak ve programlamak için, alınan ses bilgisindeki bozuklukları ve atlamaları hangi boyutlardaki merkezi plastisitenin düzeltebileceği anlaşılmalıdır. Kİ’lar kohleadan daha yüksek seviyelerdeki bozukluklardan kaynaklanan
sağırlıklar için bir seçenek değildir. Her kırk bin doğumdan birinde rastlanan genetik bir rahatsızlık olan nörofibromatosis tip 2 (NF2)’de Kİ’ların kullanılamadığı sağırlık nedenlerinden biridir.
NF2, duyu sinirlerinin beyin sapına ya da omuriliğe girdiği bölgelerde Schwann hücresi tümörleri oluşmasına neden olur. NF2’nin tanımlayıcı belirtilerinden biri işitme ve denge sinirlerini de içeren sekizinci kafa sinirinde çift taraflı tümör oluşumudur. Tümörün cerrahi
yolla alınması sırasında neredeyse her zaman işitme sinirinin kesilmesi gereklidir ve bu durum tam sağırlığa yol açar. Tümör alınmazsa beyin sapına basınç yapar ve sonuç ölümcüldür. Tam sağırlık ya da zamansız ölüm... Bu zor seçimle karşılaşan hastalar, artık işitemeyeceklerini bildikleri halde ameliyat masasına yatmayı tercih ederler. Tek umutları, BSİ’lar gibi beyin sapını uyaran işitme protezlerinin işitme duyusunu yeniden kazandırmasıdır.

Var olan BSİ teknolojisi yaklaşık iki yüz hastada kullanılıyor. Aygıt işitme sürecinin kohleadan sonraki basamağı olan ventral kohlear çekirdeğin yüzeyini uyarıyor. Strateji Kİ’lardakiyle benzer, dışarıdaki konuşma işlemcisi ve alıcı, ses sinyallerini elektrik sinyallerine dönüştürür ve bir dizi platin elektrodla beyin sapı ventral kohlear çekirdeğin yüzeyine iletir. Ventral kohlear çekirdek ses frekans bilgisini -işitsel korteks gibi- üst işitme bölgelerine geçirir. Bu bölgeler tonotopik organizasyona sahiptir. Ne yazık ki tonotopik alan yüzeyde çok dar bir yer kaplar. Bu yüzden basitçe ventral kohlear çekirdeğin yüzeyine yerleştirilmiş elektrodların etkisi, bir elektrodun uyarımına eşdeğer etki yapıyor. Birçok elektrodtan oluşmuş bir BSİ aygıtı, genelde farklı perdelerden ses algılanmasına yol açmaz. Halbuki bu durum Kİ’larda olağandır. Bu durumda yüzey elektorotlu BSİ ile alınan frekans bilgisi ve çözünürlüğü, konuşmaların algılanması için yeterli olmaz. Kullanıcılar aylar ve yıllar süren egzersizlere rağmen konuşmaları algılayacak duruma gelemezler. Tonotopik çözünürlüğün BSİ yüzey elektrodlarında yetersiz olmasının bir nedeni de, uyarım için yüksek akım gerekmesi olabilir.
Akım alanları her bir elektrod üzerine genişce yayılmıştır ve ayrı ayrı nöron topluluklarını uyaramazlar.

BSİ’nın performansını geliştirmek için mikroelektrodların ventral kohlear çekirdeğin içerisine yerleştirilmesi gerekiyor. McCreery ve arkadaşları kedilerin ventral kohlear çekirdeklerine yerleştirdikleri derin elektrodlarla inferior colliculusta yani beyin sapındaki bir sonraki
işitme bölgesinde nöronların tonotopik olarak uyarılabildiğini gösterdiler. Ventral kohlear çekirdek içerisine yerleştirilen elektrodlarla artan tonotopik uyarılabilirlikle BSİ kullanıcılarında konuşma anlaşılırlığının artacağını umuyorlar.

Rauschecker, J. P. ve Shannon, R. V.,
“Sending Sound to the Brain” Science,
8 Şubat 2002

Çeviri:Murat Gülsaçan

Kaynak:

Bilim ve Teknik Dergisi
www.biltek.tubitak.gov.tr

Bu yazı, Bilim ve Teknik dergisi Genel Yayın Yönetmeni Raşit Gürdilek'in onayı ile yayınlanmaktadır.