అమర్చిన ప్రతి చెవికీ ఒక డిజిటల్ కవల

కాక్లియర్ ఇంప్లాంట్ ఒక నాడీ కృత్రిమ అవయవం (neural prosthesis). శస్త్రవైద్యులు లోపలి చెవిలోని కాక్లియాలోకి ఎలక్ట్రోడ్‌ల వరుసను జొప్పిస్తారు; ఆ ఎలక్ట్రోడ్‌లు దెబ్బతిన్న లోపలి చెవిని దాటవేసి, విద్యుత్ స్పందనలతో శ్రవణ నాడీ తంతువులను నేరుగా ఉత్తేజపరుస్తాయి. ఒక బాహ్య ప్రాసెసర్ శబ్దాలను ఆదేశాలుగా మారుస్తుంది; ప్రతి ఎలక్ట్రోడ్ ఒక పౌనఃపున్య పట్టీని నిర్వహిస్తుంది, ఎందుకంటే కాక్లియాలో లోతుగా ఉన్న నాడీ తంతువులు తక్కువ స్థాయి (low-pitched) అనుభూతులను, పైపైన ఉన్నవి ఎక్కువ స్థాయి అనుభూతులను ఇస్తాయి.

ఫలితం అపారంగా మారుతుంది. చాలామంది వినియోగదారులకు మాటలు బాగా అర్థమవుతాయి; ఇతరులకు, రచయితలు పేర్కొన్నట్టు, శబ్దం వస్తోందన్న స్పృహ, పెదవుల కదలికలు చదవడంలో కొంత సాయం తప్ప పెద్దగా ఏమీ దక్కదు. తెలిసిన ఒక కారకం విద్యుత్-నాడీ అంతర్ముఖం (electro-neural interface) నాణ్యత: చెవి ఆకారం, ఎలక్ట్రోడ్‌లు చివరికి ఎక్కడ కుదురుకున్నాయి, కణజాలాలు విద్యుత్తును ఎలా ప్రసరింపజేస్తాయి, ఇంకా ఎన్ని నాడీ తంతువులు ఆరోగ్యంగా ఉన్నాయి. దీని భౌతికశాస్త్రం స్వభావరీత్యానే స్థూలమైనది: గరిష్ఠంగా 22 సంపర్కాలు సుమారు 30,000 తంతువుల వరకు ఉత్తేజపరచాలి, కాబట్టి ప్రతి ఎలక్ట్రోడ్ విస్తృతమైన, ఒకదానిపై ఒకటి అతివ్యాప్తి చెందే తంతువుల గుంపును ఉత్తేజపరుస్తుంది.

నేడు, ఆడియాలజిస్ట్ ప్రతి రోగి అమరికలను — “మ్యాప్” అని పిలుస్తారు — ఎక్కువగా రోగి సొంత అనుభూతుల ఆధారంగా సర్దుబాటు చేస్తారు; కొత్త మ్యాప్‌కు అలవాటు పడటానికి మెదడుకు వారాలు లేదా నెలలు పట్టవచ్చు.

వస్తునిష్ఠ దత్తాంశంతో నిర్మించిన వర్చువల్ చెవి

రెన్ విశ్వవిద్యాలయానికి చెందిన ఎరిన్ బ్రాతు, వాండర్‌బిల్ట్ విశ్వవిద్యాలయానికి చెందిన జాక్ నోబుల్, వాండర్‌బిల్ట్ యూనివర్సిటీ మెడికల్ సెంటర్, సెయింట్ లూయిస్‌లోని వాషింగ్టన్ యూనివర్సిటీ, మెడికల్ యూనివర్సిటీ ఆఫ్ సౌత్ కరోలినాలకు చెందిన సహచరులు ప్రతి రోగి అంతర్ముఖానికి ఒక డిజిటల్ కవలను (digital twin) మూడు పొరలుగా నిర్మించారు:

1. శరీర నిర్మాణం. క్లినికల్ సీటీ స్కాన్‌లు కాక్లియా లోపలి భాగాన్ని చూపలేవు, కాబట్టి బృందం 16 శవాల కాక్లియాల నుంచి తీసిన, సుమారు పదిరెట్లు స్పష్టమైన అధిక విభేదన మైక్రో-సీటీ స్కాన్‌ల నుంచి నేర్చుకున్న ఆకార నమూనాను అమరుస్తుంది. శస్త్రచికిత్స తర్వాతి స్కాన్‌పై ఎలక్ట్రోడ్‌ల స్థానాలు స్వయంచాలకంగా గుర్తించబడతాయి; కనిపించని నాడీ తంతువులను 75 కట్టలుగా పునర్నిర్మిస్తారు.
2. విద్యుత్. కణజాలాల — ద్రవం, మృదు కణజాలం, నాడి, ఎముక — త్రిమితీయ పటం ద్వారా విద్యుత్ ప్రవాహం ఎలా వ్యాపిస్తుందో నమూనా లెక్కించగలదు. సిమ్యులేట్ చేసిన వోల్టేజీలు, ఇంప్లాంట్ తన ఖాళీ ఎలక్ట్రోడ్‌లపై నమోదు చేసే వోల్టేజీలతో సరిపోయే వరకు కణజాల నిరోధాలను సర్దుబాటు చేస్తారు; నమోదులు అవసరాన్ని సూచిస్తే మచ్చ కణజాలాన్ని (scar tissue) చేరుస్తారు.
3. నాడి. నాడీ తంతువుల జీవభౌతిక నమూనాను కట్టల స్థాయికి పెంచి, నాడి మొత్తం ప్రతిస్పందనను అంచనా వేస్తారు. ఆ తర్వాత, విద్యుత్ ప్రవాహంతో పాటు నాడి ప్రతిస్పందన ఎలా పెరుగుతుందో చూపే వక్రరేఖకు — దీన్ని ఇంప్లాంట్ స్వయంగా నమోదు చేయగలదు — నమూనా సరిపోయే వరకు ప్రతి కట్టలోని ఆరోగ్యకరమైన తంతువుల సంఖ్యను సర్దుబాటు చేస్తారు.

దీని నుంచి బృందం ప్రతి రోగికి ఒకే ఒక నాడీ ఆరోగ్య స్కోరును లెక్కిస్తుంది.

డిజిటల్ కవలలు ఏం అంచనా వేశాయి

అధ్యయనంలో 30 మంది ఇంప్లాంట్ వినియోగదారులు ఉన్నారు.

• నమూనాకు ఎప్పుడూ శిక్షణ ఇవ్వని ప్రతిస్పందనలు. డిజిటల్ కవలలు రెండో రకం నాడీ కొలతను 50 మైక్రోవోల్ట్‌ల కంటే తక్కువ మధ్యగత దోషంతో అంచనా వేశాయి; అత్యంత చెడ్డ సందర్భంలో కూడా మొత్తం ఆకారం సరిగ్గానే ఉంది.
• మాటలు. నాడీ ఆరోగ్య స్కోరుకు నిశ్శబ్దంలో పదాల గుర్తింపుతోనూ, అనేకమంది మాట్లాడే గందరగోళంలో వాక్యాల గుర్తింపుతోనూ బలమైన సహసంబంధం ఉంది. పత్రం సుమారు 0.75, 0.78 సహసంబంధ గుణకాలను నివేదిస్తుంది — అయితే ఏ విలువ ఏ పరీక్షకు చెందుతుందన్నది సారాంశంలోనూ, ఫలితాల విభాగంలోనూ తారుమారైంది. ఏదేమైనా, ఈ స్కోరు రోగుల మధ్య మాటల అవగాహనలోని తేడాల్లో 50 నుంచి 60% వివరిస్తుంది. రచయితలకు తెలిసినంతవరకు, సాహిత్యంలో నివేదించిన ఏ ఒక్క కారకమూ ఇంతకంటే ఎక్కువ వివరించలేదు.
• పునః సర్దుబాటు. ఆరుగురు అనుభవజ్ఞులైన వినియోగదారులతో చేసిన ప్రాథమిక పరీక్షలో, నాడీ ఆరోగ్యం అత్యంత దారుణంగా కనిపించిన ప్రాంతంలోని సగం ఎలక్ట్రోడ్‌లను — 22లో 2 నుంచి 6 వరకు — బృందం ఆపేసింది. పదాల గుర్తింపు సగటున 10 శాతం పాయింట్లు పెరిగింది; ఆరుగురిలో ఐదుగురు తమ ప్రారంభ స్కోరు కంటే పైకి చేరారు, ఎవరికీ గణనీయంగా తగ్గలేదు, అందరూ కొత్త మ్యాప్‌నే కొనసాగించాలని ఎంచుకున్నారు.

భావన నిరూపణ నుంచి ట్రయల్ దాకా

డిజిటల్ కవలలను పరోక్షంగా మాత్రమే తనిఖీ చేయగలం, ఎందుకంటే మరణానంతర పరీక్ష తప్ప మరేదీ నాడి యొక్క అసలు స్థితిని చూపదు. నమూనా తంతువులు పూర్తి సమకాలీనతతో స్పందిస్తాయని భావిస్తుంది, దీనివల్ల ఆరోగ్యకరమైన తంతువుల సంఖ్య బహుశా తక్కువగా అంచనా వేయబడుతుంది; అది సమయ సంబంధిత ప్రభావాలను పట్టించుకోదు; దానికి శస్త్రచికిత్స తర్వాతి సీటీ స్కాన్ అవసరం, దానితో పాటు ఎక్స్-రే మోతాదు; అన్ని ఇంప్లాంట్‌లూ ఒకే తయారీదారువి. పునః సర్దుబాటు పరీక్షలో నియంత్రణ బృందం లేదు, అనుసరణ క్రమరహితంగా జరిగింది.

ప్రత్యేకంగా కనిపించేది ఇన్‌పుట్: కేవలం స్కాన్‌లు, ఇంప్లాంట్ సొంత నమోదులు మాత్రమే — రోగి ఏం చెబుతారన్నదానిపై ఆధారం లేదు. తమకు ఏం వినిపిస్తోందో వర్ణించడం కష్టమైన వారికి, ఉదాహరణకు చిన్నపిల్లలకు, ఇది సహాయపడవచ్చు. నాడీ ఆరోగ్యం మార్గదర్శకత్వంలో పునః సర్దుబాటుపై నియంత్రిత, భావి (prospective) క్లినికల్ ట్రయల్ ఇప్పుడు సిద్ధమవుతోంది.