हर प्रत्यारोपित कान का एक डिजिटल जुड़वाँ

कॉक्लियर इम्प्लांट एक तंत्रिका कृत्रिम अंग (न्यूरल प्रोस्थेसिस) है। सर्जन आंतरिक कान में स्थित कॉक्लिया में इलेक्ट्रोडों की एक कतार सरका देते हैं, और ये इलेक्ट्रोड क्षतिग्रस्त आंतरिक कान को दरकिनार करते हुए श्रवण तंत्रिका के तंतुओं को सीधे विद्युत स्पंदनों से उत्तेजित करते हैं। एक बाहरी प्रोसेसर ध्वनियों को निर्देशों में बदलता है; हर इलेक्ट्रोड आवृत्तियों के एक बैंड को संभालता है, क्योंकि कॉक्लिया में गहराई पर स्थित तंत्रिका तंतु निम्न सुर की अनुभूति देते हैं और उथले तंतु उच्च सुर की।

परिणाम बेहद अलग-अलग होते हैं। कई उपयोगकर्ता बोली अच्छी तरह समझते हैं; लेखकों के अनुसार, कुछ अन्य को ध्वनि के होने का एहसास और होंठ पढ़ने में थोड़ी मदद से ज़्यादा कुछ नहीं मिलता। एक ज्ञात कारक है विद्युत-तंत्रिका इंटरफ़ेस की गुणवत्ता: कान का आकार, इलेक्ट्रोड आख़िरकार कहाँ पहुँचे, ऊतक बिजली का संचालन कैसे करते हैं, और कितने तंत्रिका तंतु अब भी स्वस्थ हैं। इसकी भौतिकी स्वभाव से ही खुरदरी है: अधिकतम 22 संपर्कों को लगभग 30,000 तंतुओं तक को उत्तेजित करना होता है, इसलिए हर इलेक्ट्रोड उनके एक बड़े, एक-दूसरे पर चढ़े हुए समूह को उत्तेजित करता है।

आज एक ऑडियोलॉजिस्ट हर मरीज़ की सेटिंग — “मैप” — ज़्यादातर मरीज़ के अपने अनुभवों के आधार पर तय करता है, और नए मैप के साथ तालमेल बिठाने में मस्तिष्क को हफ़्तों या महीनों का समय लग सकता है।

वस्तुनिष्ठ आँकड़ों से बना एक आभासी कान

रेन विश्वविद्यालय की एरिन ब्रातू, वैंडरबिल्ट विश्वविद्यालय के जैक नोबल और वैंडरबिल्ट यूनिवर्सिटी मेडिकल सेंटर, सेंट लुइस की वॉशिंगटन यूनिवर्सिटी तथा मेडिकल यूनिवर्सिटी ऑफ़ साउथ कैरोलिना के सहयोगियों ने हर मरीज़ के इंटरफ़ेस का एक डिजिटल जुड़वाँ (डिजिटल ट्विन) तीन परतों में बनाया:

शरीर-रचना। क्लिनिकल सीटी स्कैन कॉक्लिया के भीतर का हिस्सा नहीं दिखा पाते, इसलिए टीम एक आकार-मॉडल फ़िट करती है जिसे 16 शव-कॉक्लिया के उच्च-विभेदन माइक्रो-सीटी स्कैनों से सीखा गया है, जो लगभग दस गुना ज़्यादा स्पष्ट होते हैं। ऑपरेशन के बाद के स्कैन पर इलेक्ट्रोडों की स्थिति अपने आप पहचानी जाती है, और अदृश्य तंत्रिका तंतुओं को 75 गुच्छों के रूप में पुनर्निर्मित किया जाता है।
बिजली। ऊतकों — द्रव, कोमल ऊतक, तंत्रिका, हड्डी — का एक त्रि-आयामी नक्शा मॉडल को यह गणना करने देता है कि धारा कैसे फैलती है। ऊतकों के प्रतिरोधों को तब तक समायोजित किया जाता है जब तक सिमुलेट किए गए वोल्टेज उन वोल्टेजों से मेल न खाएँ जिन्हें इम्प्लांट अपने निष्क्रिय इलेक्ट्रोडों पर दर्ज करता है; जब रिकॉर्डिंग इसकी माँग करती हैं तो निशान-ऊतक (स्कार टिश्यू) भी जोड़ा जाता है।
तंत्रिका। तंत्रिका तंतुओं का एक जैव-भौतिक मॉडल, गुच्छों के पैमाने तक बढ़ाकर, तंत्रिका की समग्र प्रतिक्रिया का पूर्वानुमान लगाता है। फिर हर गुच्छे में स्वस्थ तंतुओं की संख्या को तब तक समायोजित किया जाता है जब तक मॉडल यह न दोहरा दे कि धारा के साथ तंत्रिका की प्रतिक्रिया कैसे बढ़ती है — एक ऐसा वक्र जिसे इम्प्लांट ख़ुद दर्ज कर सकता है।

इसके आधार पर टीम हर मरीज़ के लिए एक अकेला तंत्रिका-स्वास्थ्य स्कोर निकालती है।

जुड़वाँ ने क्या भविष्यवाणी की

अध्ययन में 30 इम्प्लांट उपयोगकर्ता शामिल थे।

ऐसी प्रतिक्रियाएँ जिन पर मॉडल को कभी प्रशिक्षित नहीं किया गया। जुड़वाँ ने तंत्रिका के एक दूसरे प्रकार के माप का पूर्वानुमान 50 माइक्रोवोल्ट से कम की माध्यिका त्रुटि के साथ लगाया; सबसे ख़राब मामले में भी समग्र आकार सही बना रहा।
बोली। तंत्रिका-स्वास्थ्य स्कोर का शांत माहौल में शब्द-पहचान और कई लोगों की एक साथ बातचीत के शोर में वाक्य-पहचान से गहरा सहसंबंध था। शोध-पत्र लगभग 0.75 और 0.78 के सहसंबंध गुणांक बताता है — हालाँकि सारांश और परिणाम वाले खंड में यह उलट-पलट गया है कि कौन-सा मान किस परीक्षण से जुड़ा है। जो भी हो, यह स्कोर मरीज़ों के बीच बोली की समझ में अंतर के 50 से 60% की व्याख्या करता है। लेखकों की जानकारी में, साहित्य में बताया गया कोई भी अकेला कारक इससे ज़्यादा व्याख्या नहीं करता।
फिर से ट्यूनिंग। छह अनुभवी उपयोगकर्ताओं के साथ एक प्रारंभिक परीक्षण में, टीम ने उस क्षेत्र के आधे इलेक्ट्रोड बंद कर दिए जहाँ तंत्रिका-स्वास्थ्य सबसे ख़राब दिख रहा था — 22 में से 2 से 6 तक। शब्द-पहचान औसतन 10 प्रतिशत अंक बढ़ी; छह में से पाँच अपने शुरुआती स्कोर से ऊपर पहुँचे, किसी में भी उल्लेखनीय गिरावट नहीं आई, और सभी ने नया मैप बनाए रखना चुना।

अवधारणा के प्रमाण से ट्रायल तक

जुड़वाँ की जाँच केवल अप्रत्यक्ष रूप से की जा सकती है, क्योंकि मृत्यु के बाद की जाँच के अलावा कुछ भी तंत्रिका की असली स्थिति नहीं दिखाता। मॉडल तंतुओं को पूर्ण तालमेल में सक्रिय होता मानता है, जिससे शायद स्वस्थ तंतुओं की संख्या कम आँकी जाती है, और यह समय-संबंधी प्रभावों को नज़रअंदाज़ करता है; इसके लिए ऑपरेशन के बाद का सीटी स्कैन चाहिए, जिसमें एक्स-रे की ख़ुराक लगती है; और सभी इम्प्लांट एक ही निर्माता के थे। फिर से ट्यूनिंग वाले परीक्षण में कोई नियंत्रण समूह नहीं था और फ़ॉलो-अप अनियमित रहा।

सबसे उल्लेखनीय है इनपुट: केवल स्कैन और इम्प्लांट की अपनी रिकॉर्डिंग, मरीज़ जो बताता है उस पर कोई निर्भरता नहीं। इससे उन लोगों को मदद मिल सकती है जिन्हें यह बताने में कठिनाई होती है कि वे क्या सुनते हैं, जैसे छोटे बच्चे। तंत्रिका-स्वास्थ्य से निर्देशित फिर से ट्यूनिंग का एक नियंत्रित, भावी (प्रॉस्पेक्टिव) क्लिनिकल ट्रायल अब तैयार किया जा रहा है।