توأم رقمي لكل أذن مزروعة
غرسة القوقعة طرف اصطناعي عصبي. يُدخل الجرّاحون مصفوفة من الأقطاب الكهربائية في القوقعة داخل الأذن الداخلية، فتحفّز الأقطاب ألياف العصب السمعي مباشرة بنبضات كهربائية، متجاوزةً الأذن الداخلية المتضررة. ويحوّل معالج خارجي الأصوات إلى تعليمات؛ ويتولى كل قطب نطاقًا من الترددات، لأن الألياف العصبية الأعمق في القوقعة تولّد إحساسات بأصوات منخفضة النبرة، والأقرب إلى السطح تولّد إحساسات بأصوات عالية النبرة.
وتتفاوت النتيجة تفاوتًا هائلًا. فكثير من المستخدمين يفهمون الكلام جيدًا؛ أما آخرون، كما يشير المؤلفون، فلا يحصلون إلا على ما يزيد قليلًا عن الإحساس بوجود صوت ومساعدة في قراءة الشفاه. ومن العوامل المعروفة جودة الواجهة الكهربائية العصبية: شكل الأذن، والموضع الذي استقرت فيه الأقطاب، وكيفية توصيل الأنسجة للكهرباء، وعدد الألياف العصبية التي لا تزال سليمة. والفيزياء هنا بدائية بطبيعتها: إذ يتعيّن على 22 نقطة تماس على الأكثر أن تحفّز ما يصل إلى نحو 30,000 ليف، فيستثير كل قطب حشدًا واسعًا منها يتداخل مع حشود الأقطاب الأخرى.
واليوم يضبط اختصاصي السمع إعدادات كل مريض، أي ما يُعرف بـ“الخريطة”، معتمدًا في الغالب على انطباعات المريض نفسه، وقد يحتاج الدماغ أسابيع أو أشهرًا للتكيّف مع خريطة جديدة.
أذن افتراضية مبنية من بيانات موضوعية
بنت إيرين براتو من جامعة رين، وجاك نوبل من جامعة فاندربيلت، وزملاؤهما في المركز الطبي لجامعة فاندربيلت وجامعة واشنطن في سانت لويس والجامعة الطبية في كارولينا الجنوبية، توأمًا رقميًا لواجهة كل مريض، على ثلاث طبقات:
- التشريح. لا تُظهر صور التصوير المقطعي المحوسب السريرية داخل القوقعة، لذا يطابق الفريق نموذجًا للشكل مستخلَصًا من صور تصوير مقطعي دقيق (micro-CT) عالية الدقة لـ16 قوقعة من جثث، أوضح بنحو عشر مرات. وتُحدَّد مواضع الأقطاب تلقائيًا على صورة ما بعد الجراحة، ويُعاد بناء الألياف العصبية غير المرئية في صورة 75 حزمة.
- الكهرباء. تتيح خريطة ثلاثية الأبعاد للأنسجة، من سائل ونسيج رخو وعصب وعظم، أن يحسب النموذج كيفية انتشار التيار. وتُضبط مقاومات الأنسجة إلى أن تطابق الجهود المحاكاة تلك التي تسجّلها الغرسة على أقطابها الخاملة؛ ويُضاف النسيج الندبي حين تستدعي التسجيلات ذلك.
- العصب. يتنبأ نموذج فيزيائي حيوي للألياف العصبية، مُكبَّر إلى مستوى الحزم، بالاستجابة الإجمالية للعصب. ثم يُضبط عدد الألياف السليمة في كل حزمة إلى أن يطابق النموذج كيفية تزايد استجابة العصب مع التيار، وهو منحنى تستطيع الغرسة نفسها تسجيله.
وانطلاقًا من ذلك، يحسب الفريق مؤشرًا واحدًا لصحة العصب لكل مريض.
ما تنبأت به التوائم
شملت الدراسة 30 مستخدمًا للغرسات.
- استجابات لم يُدرَّب عليها النموذج قط. تنبأت التوائم بنوع ثانٍ من القياسات العصبية بخطأ وسيطي أقل من 50 ميكروفولت؛ وحتى في أسوأ الحالات حافظت على الشكل العام الصحيح.
- الكلام. ارتبط مؤشر صحة العصب ارتباطًا قويًا بالتعرّف على الكلمات في الهدوء، وبالتعرّف على الجمل وسط لغط عدة متحدثين. وتورد الورقة معاملات ارتباط تبلغ نحو 0.75 و0.78، وإن كان الملخص وقسم النتائج يتبادلان أيّ القيمتين تخصّ أيّ اختبار. وفي كل الأحوال، يفسّر المؤشر 50 إلى 60% من الفروق في فهم الكلام بين المرضى. وعلى حد علم المؤلفين، لا يوجد عامل منفرد ورد في الأدبيات العلمية يفسّر أكثر من ذلك.
- إعادة الضبط. في اختبار أولي شمل ستة مستخدمين متمرّسين، أطفأ الفريق نصف الأقطاب في المنطقة التي بدت فيها صحة العصب أسوأ، أي ما بين 2 و6 من أصل 22. فارتفع التعرّف على الكلمات بمعدل 10 نقاط مئوية؛ وانتهى خمسة من الستة فوق درجتهم الأولية، ولم يتراجع أي منهم تراجعًا ملموسًا، واختاروا جميعًا الاحتفاظ بالخريطة الجديدة.
من إثبات المفهوم إلى التجربة السريرية
لا يمكن التحقق من التوائم إلا بطريقة غير مباشرة، إذ لا شيء سوى الفحص بعد الوفاة يكشف الحالة الحقيقية للعصب. ويعامل النموذج الألياف كأنها تنطلق في تزامن تام، وهو ما يقلّل على الأرجح من تقدير عدد السليمة منها، ويتجاهل التأثيرات الزمنية؛ كما يحتاج إلى تصوير مقطعي بعد الجراحة، بما يرافقه من جرعة أشعة سينية؛ وكانت الغرسات كلها من صانع واحد. ولم يكن لاختبار إعادة الضبط مجموعة ضابطة، وكانت المتابعة غير منتظمة.
واللافت هو المدخلات: لا شيء سوى صور المسح وتسجيلات الغرسة نفسها، دون أي اعتماد على ما يرويه المريض. وقد يساعد ذلك من يجدون صعوبة في وصف ما يسمعونه، كالأطفال الصغار. ويجري الآن الإعداد لتجربة سريرية استباقية مضبوطة لإعادة الضبط بتوجيه من صحة العصب.