KEMBARAN DIGITAL UNTUK SETIAP TELINGA YANG DIIMPLAN

Implan koklea adalah prostesis saraf. Ahli bedah menyisipkan rangkaian elektroda ke dalam koklea, di telinga bagian dalam, dan elektroda-elektroda itu merangsang serabut saraf pendengaran secara langsung dengan pulsa listrik, melewati telinga dalam yang rusak. Prosesor eksternal mengubah suara menjadi instruksi; setiap elektroda menangani satu pita frekuensi, karena serabut saraf yang lebih dalam di koklea memberi sensasi nada rendah, sedangkan yang lebih dangkal memberi sensasi nada tinggi.

Hasilnya sangat beragam. Banyak pengguna memahami ucapan dengan baik; yang lain, catat para penulis, hanya mendapat sedikit lebih dari kesadaran akan adanya suara dan bantuan untuk membaca gerak bibir. Salah satu faktor yang diketahui adalah kualitas antarmuka elektro-neural: bentuk telinga, di mana elektroda akhirnya berada, bagaimana jaringan menghantarkan listrik, dan berapa banyak serabut saraf yang masih sehat. Fisikanya pada dasarnya kasar: paling banyak 22 kontak harus merangsang hingga sekitar 30.000 serabut, sehingga setiap elektroda membangkitkan kerumunan serabut yang luas dan saling tumpang-tindih.

Saat ini, seorang audiolog menyetel pengaturan setiap pasien — “peta”-nya — sebagian besar berdasarkan kesan pasien sendiri, dan otak bisa memerlukan berminggu-minggu atau berbulan-bulan untuk beradaptasi dengan peta baru.

Telinga virtual, dibangun dari data objektif

Erin Bratu dari Universitas Rennes, Jack Noble dari Universitas Vanderbilt, serta rekan-rekan di Pusat Medis Universitas Vanderbilt, Universitas Washington di St. Louis, dan Universitas Kedokteran Carolina Selatan membangun kembaran digital (digital twin) dari antarmuka setiap pasien, dalam tiga lapisan:

1. Anatomi. Pemindaian CT klinis tidak dapat memperlihatkan bagian dalam koklea, sehingga tim mencocokkan model bentuk yang dipelajari dari pemindaian mikro-CT resolusi tinggi atas 16 koklea jenazah, sekitar sepuluh kali lebih tajam. Elektroda ditemukan secara otomatis pada pemindaian pascaoperasi, dan serabut saraf yang tak terlihat direkonstruksi sebagai 75 berkas.
2. Listrik. Peta 3D jaringan — cairan, jaringan lunak, saraf, tulang — memungkinkan model menghitung bagaimana arus menyebar. Hambatan jaringan disetel hingga tegangan hasil simulasi cocok dengan tegangan yang direkam implan pada elektroda yang sedang tidak aktif; jaringan parut ditambahkan bila rekaman menuntutnya.
3. Saraf. Model biofisika serabut saraf, yang diperbesar ke tingkat berkas, memprediksi respons keseluruhan saraf. Jumlah serabut sehat di setiap berkas kemudian disesuaikan hingga model cocok dengan cara respons saraf meningkat seiring arus, kurva yang dapat direkam oleh implan itu sendiri.

Dari sini, tim menghitung satu skor kesehatan saraf untuk setiap pasien.

Apa yang diprediksi kembaran digital

Studi ini melibatkan 30 pengguna implan.

• Respons yang tidak pernah dipakai untuk melatih model. Kembaran digital memprediksi jenis pengukuran saraf kedua dengan galat median di bawah 50 mikrovolt; bahkan kasus terburuk tetap mempertahankan bentuk keseluruhan yang benar.
• Ucapan. Skor kesehatan saraf berkorelasi kuat dengan pengenalan kata di tempat sunyi dan dengan pengenalan kalimat di tengah celoteh banyak pembicara. Makalah ini melaporkan koefisien korelasi sekitar 0,75 dan 0,78 — meskipun abstrak dan bagian hasil menukar nilai mana yang berlaku untuk tes mana. Bagaimanapun, skor ini menjelaskan 50 hingga 60% perbedaan pemahaman ucapan antarpasien. Sepengetahuan para penulis, tidak ada satu faktor pun yang dilaporkan dalam literatur yang menjelaskan lebih banyak.
• Penyetelan ulang. Dalam uji pendahuluan dengan enam pengguna berpengalaman, tim mematikan separuh elektroda di zona yang kesehatan sarafnya tampak paling buruk — antara 2 dan 6 dari 22 elektroda. Pengenalan kata naik rata-rata 10 poin persentase; lima dari enam berakhir di atas skor awal mereka, tidak ada yang menurun secara berarti, dan semuanya memilih mempertahankan peta baru.

Dari bukti konsep ke uji klinis

Kembaran digital hanya dapat diperiksa secara tidak langsung, karena hanya pemeriksaan pascakematian yang dapat menunjukkan keadaan saraf yang sebenarnya. Model memperlakukan serabut seolah-olah menyala dalam sinkroni sempurna, yang kemungkinan meremehkan jumlah serabut yang sehat, dan mengabaikan efek waktu; model memerlukan pemindaian CT pascaoperasi, dengan dosis sinar-X-nya; dan semua implan berasal dari satu produsen. Uji penyetelan ulang tidak memiliki kelompok kontrol dan tindak lanjutnya tidak teratur.

Yang menonjol adalah masukannya: hanya hasil pemindaian dan rekaman implan itu sendiri, tanpa bergantung pada apa yang dilaporkan pasien. Hal ini dapat membantu mereka yang kesulitan menggambarkan apa yang mereka dengar, seperti anak kecil. Uji klinis prospektif terkontrol untuk penyetelan ulang yang dipandu oleh kesehatan saraf kini sedang dipersiapkan.