प्रत्यारोपण केलेल्या प्रत्येक कानासाठी एक डिजिटल जुळा

कॉक्लियर इम्प्लांट हे एक मज्जा-कृत्रिम अंग (neural prosthesis) आहे. शल्यचिकित्सक आतील कानातील कॉक्लियामध्ये इलेक्ट्रोडची एक माळ सरकवतात, आणि हे इलेक्ट्रोड खराब झालेल्या आतील कानाला वळसा घालून श्रवण-मज्जातंतूच्या तंतूंना विद्युत स्पंदांनी थेट उत्तेजित करतात. एक बाह्य प्रक्रियक आवाजांचे सूचनांमध्ये रूपांतर करतो; प्रत्येक इलेक्ट्रोड वारंवारतेचा एक पट्टा सांभाळतो, कारण कॉक्लियाच्या खोल भागातील मज्जातंतू-तंतू खालच्या पट्टीतील (low-pitched) संवेदना देतात आणि उथळ भागातील तंतू उंच पट्टीतील संवेदना देतात.

परिणाम प्रचंड प्रमाणात बदलतात. अनेक वापरकर्त्यांना बोलणे नीट समजते; तर लेखक नमूद करतात की इतरांना आवाज होतो आहे एवढी जाणीव आणि ओठ वाचण्यात थोडी मदत यापलीकडे फारसे काही मिळत नाही. एक ज्ञात घटक म्हणजे विद्युत-मज्जा आंतरपृष्ठाची (electro-neural interface) गुणवत्ता: कानाचा आकार, इलेक्ट्रोड नेमके कुठे बसले, ऊती विजेचे वहन कसे करतात, आणि किती मज्जातंतू-तंतू अजून निरोगी आहेत. यामागचे भौतिकशास्त्र स्वभावतःच ढोबळ आहे: जास्तीत जास्त 22 संपर्कबिंदूंनी सुमारे 30,000 तंतूंपर्यंत उत्तेजित करायचे असते, त्यामुळे प्रत्येक इलेक्ट्रोड तंतूंच्या एका मोठ्या, एकमेकांवर आच्छादणाऱ्या समूहाला उत्तेजित करतो.

आज श्रवणतज्ज्ञ प्रत्येक रुग्णाची रचना — तथाकथित “नकाशा” (map) — बहुतांशी रुग्णाच्या स्वतःच्या अनुभवांवरून जुळवतात, आणि नव्या नकाशाशी जुळवून घेण्यासाठी मेंदूला काही आठवडे किंवा महिने लागू शकतात.

वस्तुनिष्ठ माहितीवरून घडवलेला आभासी कान

रेन विद्यापीठाच्या एरिन ब्रातू, व्हँडरबिल्ट विद्यापीठाचे जॅक नोबल आणि व्हँडरबिल्ट युनिव्हर्सिटी मेडिकल सेंटर, सेंट लुईसमधील वॉशिंग्टन युनिव्हर्सिटी व मेडिकल युनिव्हर्सिटी ऑफ साउथ कॅरोलिना येथील सहकाऱ्यांनी प्रत्येक रुग्णाच्या आंतरपृष्ठाचा डिजिटल जुळा तीन स्तरांमध्ये तयार केला:

शरीररचना. वैद्यकीय सीटी स्कॅनमध्ये कॉक्लियाचा आतील भाग दिसू शकत नाही, म्हणून चमू 16 मृतदेहांच्या कॉक्लियांच्या, सुमारे दसपट अधिक सुस्पष्ट अशा उच्च-विभेदन मायक्रो-सीटी स्कॅनवरून शिकलेले आकार-प्रतिरूप बसवतो. शस्त्रक्रियेनंतरच्या स्कॅनवर इलेक्ट्रोडचे स्थान आपोआप शोधले जाते, आणि न दिसणाऱ्या मज्जातंतू-तंतूंची पुनर्रचना 75 जुडग्यांच्या स्वरूपात केली जाते.
वीज. ऊतींचा — द्रव, मृदू ऊती, मज्जातंतू, हाड — त्रिमितीय नकाशा प्रतिरूपाला विद्युतप्रवाह कसा पसरतो याचे गणन करू देतो. सिम्युलेट केलेले विभव इम्प्लांट आपल्या निष्क्रिय इलेक्ट्रोडवर नोंदवत असलेल्या विभवाशी जुळेपर्यंत ऊतींचे रोध समायोजित केले जातात; नोंदींची गरज असल्यास व्रण-ऊती (scar tissue) जोडली जाते.
मज्जातंतू. मज्जातंतू-तंतूंचे एक जैवभौतिक प्रतिरूप, जुडग्यांच्या पातळीवर विस्तारित करून, मज्जातंतूच्या एकूण प्रतिसादाचे भाकीत करते. त्यानंतर विद्युतप्रवाहाबरोबर मज्जातंतूचा प्रतिसाद कसा वाढतो — हा वक्र इम्प्लांट स्वतः नोंदवू शकतो — त्याच्याशी प्रतिरूप जुळेपर्यंत प्रत्येक जुडग्यातील निरोगी तंतूंची संख्या समायोजित केली जाते.

यावरून चमू प्रत्येक रुग्णासाठी एकच मज्जा-आरोग्य गुणांक काढतो.

डिजिटल जुळ्यांनी काय भाकीत केले

अभ्यासात 30 इम्प्लांट-वापरकर्ते होते.

प्रतिरूपाला कधीच शिकवले नव्हते असे प्रतिसाद. डिजिटल जुळ्यांनी मज्जातंतूच्या मोजमापाच्या दुसऱ्या प्रकाराचे भाकीत 50 मायक्रोव्होल्टपेक्षा कमी मध्यगा त्रुटीसह केले; सर्वात वाईट उदाहरणातही एकूण आकार बरोबर राहिला.
बोलणे. मज्जा-आरोग्य गुणांकाचा शांत वातावरणातील शब्द-ओळखीशी आणि अनेक व्यक्तींच्या कलकलाटातील वाक्य-ओळखीशी दृढ सहसंबंध होता. शोधनिबंधात सुमारे 0.75 आणि 0.78 इतके सहसंबंध-गुणांक नोंदवले आहेत — मात्र कोणते मूल्य कोणत्या चाचणीचे, याची अदलाबदल सारांश आणि निष्कर्ष विभाग यांच्यात झाली आहे. काहीही असो, हा गुणांक रुग्णांमधील बोलणे समजण्याच्या फरकांपैकी 50 ते 60% स्पष्ट करतो. लेखकांच्या माहितीनुसार, साहित्यात नोंदवलेला कोणताही एकटा घटक यापेक्षा अधिक स्पष्ट करत नाही.
पुन्हा जुळवणी. सहा अनुभवी वापरकर्त्यांसोबतच्या प्राथमिक चाचणीत, चमूने जिथे मज्जा-आरोग्य सर्वात वाईट दिसत होते त्या भागातील अर्धे इलेक्ट्रोड — 22 पैकी 2 ते 6 — बंद केले. शब्द-ओळख सरासरी 10 टक्के-अंकांनी वाढली; सहापैकी पाच जण आपल्या सुरुवातीच्या गुणांपेक्षा वर गेले, कोणाचीही लक्षणीय घसरण झाली नाही, आणि सर्वांनी नवा नकाशा कायम ठेवणे पसंत केले.

संकल्पना-सिद्धीपासून चाचणीपर्यंत

डिजिटल जुळ्यांची तपासणी फक्त अप्रत्यक्षपणेच होऊ शकते, कारण मृत्यूनंतरच्या तपासणीशिवाय मज्जातंतूची खरी स्थिती काहीही दाखवू शकत नाही. प्रतिरूप तंतू पूर्णपणे एकसमयी उद्दीपित होतात असे मानते, ज्यामुळे निरोगी तंतूंची संख्या कदाचित कमी लेखली जाते, आणि ते वेळेशी संबंधित परिणामांकडे दुर्लक्ष करते; त्याला शस्त्रक्रियेनंतरचा सीटी स्कॅन लागतो, ज्यात क्ष-किरणांचा डोस असतो; आणि सर्व इम्प्लांट एकाच उत्पादकाचे होते. पुन्हा जुळवणीच्या चाचणीत नियंत्रण गट नव्हता आणि पाठपुरावा अनियमित होता.

लक्ष वेधून घेणारी गोष्ट म्हणजे आदान माहिती: फक्त स्कॅन आणि इम्प्लांटच्या स्वतःच्या नोंदी, रुग्ण काय सांगतो यावर कोणतेही अवलंबन नाही. आपल्याला काय ऐकू येते हे सांगणे ज्यांना कठीण जाते — उदाहरणार्थ लहान मुले — त्यांना याची मदत होऊ शकते. मज्जा-आरोग्याच्या आधारे केलेल्या पुन्हा जुळवणीची नियंत्रित, भावी (prospective) वैद्यकीय चाचणी आता तयारीत आहे.