Implantes cocleares ¿es posibles que los sordos oigan?

IMPLANTES COCLEARES: ¿ES POSIBLE QUE LOS SORDOS OIGAN? a privación total de cualqui era de los sentidos constituye un gravísimo problema para el ser humano; todos aquellos que sufren una minusvalía de este tipo están obligados a seguir un ent renamiento especial que les ayude a desenvolverse con la mayor habilidad posible en un mundo co ncebido para personas sin ningún tipo de incapacidad se n so ri al. Hasta ha ce apenas dos décadas, la única ay uda que podían recibir l os minusválidos sensoriales se fundamentaba en un hiperdesarrollo de otro, u otros, de l os sentidos no lesionados. Así, los ciegos co mpensan su incapacidad mediante una agudización extrema de lo s sentidos táctil y auditivo, mientras que los sordos desarrollan en mayor medida el sentido de la vista (lectura labial, etc).Hoy en día, gracias a los implantes cocleares es posible la inserción de buena parte de los sordos profundos en la sociedad , mediante la recuperación parcial del sentido de que están privados: la a udición. Este artículo, además de exponer los fundamentos de los implantes cocleares, pretende servir como introducción preliminar al e tudio de la audición, y más concretamente de la discapacidad auditiva. Para e ll o es J VAN IGNACIO MARTÍNEZ es estudiante de quinto de Ingeniería de Telecomunicación (VPC). 24 Nacho Martínez importante primero dar un breve repaso a la fisiología auditiva. UN POCO DE FISIOLOGÍA AUDITIVA La finalidad principal del sistema auditivo es la de convertir una onda de presión sonora en una señal bioeléctrica que será interpretada como so nido una dirección determinada del espacio. El sonido captado a nivel de pabellón es conducido hasta el tímpano a través del conducto auditivo ex t erno , en cuyo extremo se halla el tímpano , que no es más que un tejido orgánico capaz de vibrar a modo de membrana. El tímpano ac túa también de barrera física entre el oído externo y el resto del aparato auditivo . a nivel cerebral. Para que la señal acústica ll egue al cerebro, ésta debe pasar antes por varias etapas , cada una de las cuales ti ene una función específica. DiLa concepción del implante coclear surge de la idea de emular, en la medida de lo posible, la función de una cóclea Oído medio : Comprende desde la cara interna del tímpano hasta la ventana oval. Unida a la cara interna del tímpano se halla la cadena osisana chas etapas pueden segui r se a través de la figura 1, que muestra la anatomía del aparato auditivo, y a partir de la explicación que a continuación expondremas: Oído externo: Tiene la función de amplificar y canalizar la onda de presión hasta el tímpano . Se compone del pabellón auditivo, conducto auditivo externo y tímpano. El pabellón actúa como amplificador acústico y también como elemento direccional, ya que responde con más am plifi cación a aquellos sonidos que provienen de cular , que está compuesta de 3 huesecillos unidos solidariamente -martillo, yunque y estribo-, y se sujeta en su otro extremo a la ventana oval. Oído interno: El oído interno está formado básicamente por la cóclea, también llamada caracol por su forma en espiral. La cóclea es una cavidad cilíndrica, rellena de un líquido llamado líquido laberíntico, cuya superficie interna está formada por células que presentan unas prolongaciones capilares llamadas cilios. Además están inervadas, es decir, tienen conexión con las terminaciones nerviosas que provienen del córtex cerebral. B URAN N°5 ABRJL 1995 ¿Cómo funciona todo este sistema cuando se le excita acústicamente? En primer lugar, el pabellón auditivo recoge y amplifica levemente el sonido que posteriormente será conducido hasta el tímpano por el conducto auditivo externo. El tímpano vibra de manera análoga a la onda de presión sonora y así lo hacen también los huesecillos de la cadena osicular, que se están sujetos a la cara interna del mismo. La vibración de los huesecillos se transmite hasta la ventana oval, que actúa a modo de émbolo, ejerciendo una presión sobre el líquido laberíntico existente en el interior interior del oído medio actúa como transformador de la presión acústica en un movimiento de pistón de la ventana oval. En cambio, el conjunto oído medio -cóclea-es un transductor mecánico-bioeléctrico, esto es, convierte el movimiento de los cilios provocado por el flujo del líquido laberíntico,en una señal bioeléctrica. Se produce una pérdida auditiva cuando se deteriora uno de los eslabones de la cadena, y en función de cuál sea, el tipo y gravedad de la misma variará. Así, una disfunción severa, esto es, los restos de audición son muy bajos o nulos, la amplificación que pueda proporcionar un audífono no reportará ningún beneficio. Para esas pérdidas cocleares severas o profundas, un implante coclear puede ser la solución. IMPLANTES COCLEARES, ¿UNA SOLUCIÓN PARA LAS SORDERAS PROFUNDAS? Existen muchas factores que pueden originar una pérdida total de la funcionalidad de la cóclea. La causa más habitual es la inde la cóclea. Para que OUTER EAR MIDDLE EAR INNER EAK gestión de sustancias ototóxicas a través de productos farmacéuticos, que son prescritos como tratamiento a otro tipo de enfermedad. Cuando esto es así, aunque el oído externo y medio se hallen intactos, ninguna estimulación acústica puede llegar al cerebro, ya que la cóclea es precisamente el órgano que proporciona las señales bioeléctricas necesarias para estimular el córtex cerebral, que se encarga de codificar e identificar los estímulos auditivos. Podríamos tomar como efectivamente pueda moverse el líquido laberíntico por el interior de ésta, es necesaria una vía de escape para el mismo - sabemos que los líquidos son incompresibles-o Dicha vía es la ventana redonda. Por lo tanto, a través del sistema de transmisión detallado hasta ahora, el líquido laberíntico se mueve debido a las vibraciones de la onda de presión sonora. Al moverse el líquido laberíntico, se mueven también los cilios de las células ciliadas. El movimiento de dichos cilios Figura 1.- Dibujo esquemático del oído externo, medio e interno.Nótese que la estructura en espiral es la cóclea. ejemplo un aparato de radio con auricular: Por muy bien que funcione el receptor, el sintonizador y el amplificador del mismo, si el auricular está averiado no vamos a poder escuchar nada. provoca una polarización de las células, de signo e intensidad proporcional a su movimiento. Así, las variaciones de polaridad de las células ciliadas son transmitidas vía nerviosa hasta el córtex cerebral. El cerebro identificará dichas variaciones como sonido. Este proceso puede entenderse como una cadena de transmisores y transductores. El oído externo actúa de transmisor mecánico por medio aéreo a través del canal auditivo. El papel del oído medio será el de adaptador de impedancias: cuando una onda de presión sonora llega a un medio líquido -en nuestro caso el líquido laberíntico del interior de la cócleasólo se aprovecha ell % de la energía, el 99% restante queda reflejado. Es por eso que la cadena de huesecillos que se encuentra en el del oído medio resulta en una pérdida conductiva, que suele ser médicamente tratable -a menudo quiIÚrgicamenteo pasajera -causada por un resfriado, congestión nasal, ... -. Las pérdidas más difíciles de corregir, y desafortunadamente las más habituales, son las causadas por el deterioro o malformación del oído interno. Dichas pérdidas se denominan sensoriales, ya que son consecuencia de una disfunción del aparato sensitivo por excelencia: la cóclea. Si la lesión es posterior, o sea, de las vías nerviosas, se dice que la pérdida es retrococlear. Las pérdidas sensoriales no tienen solución quirúrgica posible, pero muchas de ellas pueden corregirse mediante una prótesis auditiva - audífono-, que entrega la señal acústica amplificada al canal auditivo externo. Pero, si la pérdida es muy • BRANCA D'EsTUDIANTS DE L'IEEE DE BARCELONA La concepción del implante coclear surge de la idea de emular, en la medida de lo posible, el funcionamiento de una cóclea sana. Si se introducen uno o más electrodos en el interior de la cóclea de un paciente sordo, y se entrega señal eléctrica a los mismos, de manera que la corriente que fluya entre ellos sea capaz de polarizar y despolarizar las células que componen las terminaciones nerviosas del aparato auditivo, que se encuentran dispuestas a lo largo de la cóclea, el cerebro captará dicha estimulación como una sensación auditiva. O sea, se substituye la cóclea, 25 Figura 2 .- Dibujo esquemático del aparato auditivo después de ser implantado el haz de electrodos en la cóclea. Nótese que dicho si s-tema corresponde a un implante percutáneo, ya que la comunicación entre electrodos y el exterior se establece por contacto eléctrico directo, a tr avés del enchufe atornillado al hueso mastoides. que sobresale fuera de la piel. trodo tiene un área de influencia relativamente extensa, debida a la baja resistencia del medio en que se halla. La atenuación a un a di stancia dada del electrodo es, en el mejor de lo s caso, de aproximadamente 10 dB/mm -este parámetro varía en función del tamaño y geometría de los electrodos implantados-, de manera que la s señale de dos electrodos adyacentes pueden interferirse sustancialmente si no se e tablece un a di stancia mínima entre ello s. De hecho, muchos implantes cocieres dotados de gran cantidad de electrodo -algunos llegan a tener 22 electrodos-, a efectos prácticos se comportan como si tuvieran muchos meno s, debido a la influencia de unos sobre lo s otros. Otro problema derivado de la utilización de un alto número de electrodos es que si estuvieran activos la totalidad de ellos a la vez, la corriente total que au·avesaría la cóclea sería la suma de las corrientes liberadas por cada electrodo. Por lo tanto la intensidad total podría llegar a niveles demasiado elevados. Para prevenir ese efecto se suelen emplear estrategias de multiplexación temporal, es decir, en cada in stante de tiempo sólo hay unos pocos electrodos activos, de manera que la corriente total in stantánea que atraviesa la cóclea nunca es mayor que la que entrega un número reducido de ellos. Este proceso se hace a una velocidad suficientemente a lt a para que el efecto de activación/desacti vación de los electrodos sea imperceptible para el paciente. inservible en este tipo de paciente s, por un procesador electrónico artificial que entrega una réplica aproximada de la señal que generaría una cóclea san a. La figura 2 muestra un esquema del aparato auditivo con el haz de electrodos introducido ya en la cóclea. ¿ Por qué se utilizan varios electrodos? Aunque todavía existen muchos interrogantes en torno al funcionamiento de la cóclea, y sobretodo acerca de la integración e identificación de la señal acústica a nivel cerebral, existe hoy en día una teoría de amplia aceptación en todo el mundo: la teoría tonotópica. Se ha demostrado mediante experimentos que la cóclea, además de ser el órgano sensit iv o, también cumple la función de la di scriminación frecuencial. La teoría tonotópica dice que cada una de las partes de la cóclea es sensible a una cierta frecuencia, de manera que las zonas de la espiral más cercanas a la ventana oval responden a la s al tas frecuencias, y a medida que nos alejamos de dicho punto y nos dirigimos a las zonas más apicales, la cóclea se hace más sensible a las bajas frecuencias. Por lo tanto, si estimulamos las zonas cercanas a la ventana oval con una señal eléctrica, la sensación sonora recogida a nivel cerebral será 26 aguda, mientras que si lo hacemos en una zona más alejada de la mi sma, el sonido percibido será más grave. De ahi su rge la necesidad de estimular con di versos electrodos repartidos uniformemente a lo largo de la totalidad de la cóclea, de manera que cada uno de ellos responda a señales de entrada de frecuencias di stintas. DESCRJPCJÓN DE UN IMPLANTE COCLEAR Un implante coclear consta de: micrófono, procesador, interfase procesador-electrodos y un haz de electrodo s. Las difere nci as entre los di stinto s implantes cocleares existentes hoy en día pueden clasificarse de la siguiente manera: Según el número de electrodos: Los sistemas existentes utilizan de 4 a 22 electrodos. En principio, cuantos más electrodos se implantan, más selecti vo en frecuencia se hace el sistema, pero existe un efecto que reduce el máximo efectivo posible de electrodos: la estimulación proporcionada por un elecFigura 3. - Haz de 16 electrodos. Pueden configurarse como 15 electrodos monopolares. actuando uno de ellos como referencia, o como 8 electrodos bipolares. Los cables que conectan a cada un o de lo s electrodos están recubiertos de un material ai slante y biocompa-tible. Cada boUta constituye un electrodo, y éstos so-bresa len de la funda aislante para establecer contacto con la cóclea. B URAN N° 5 ABR IL 1995 Seg ún el tipo de el ectro do: Existen dos tipos de electrodos distintos, seg ún su tenninal de referencia. La configuración monopolar consta de tantos electrodos como bandas frecuenciales tenga el sistema, más un electrodo adicional de referencia común a los anterio re s. Oto tipo de configuración es la bipolar. Esta consta de dos electrodos p or banda frecuencial, de manera que cada una ellas tiene su propio tenninal de referenci a. La ventaja principal de éste último co n respecto al primero es qu e, al estar tan próximos el el ectrodo emisor y el de referencia, la energía se concen tra en m ayo r medida, por lo que los niveles de co rriente necesarios para la estimulación son más bajos. De esta manera. los electrodos pueden ser más pequeños, lo que facilita su inserción en la cóclea. y a la vez reduce el efecto invasivo de los mismos al penetrar por el oído interno. Otra ventaja estriba en que al no co ncentrarse la corriente de retorno de todos los electrodos en un único punto, la densidad de co rriente que atraviesa una porción dada de la cóclea es menor. En la figura 3 se muestra un haz de 16 electrodos, que pueden configurarse C0 l11 0 15 monopolares y uno de referencia, o como 8 electrodos bipolares. Según el tipo de procesador: El procesador realiza tres funciones fundamentales. La primera es regular el nivel de comiente que se proporciona a los electrodos. Hay que tener mucho cuidado de no entregar niveles demasiado altos: en primer lu gar porque ello podría causar sensaciones desagradables al paciente, e incluso le siones si los niveles llegan a ser suficientemente altos, y en segundo lugar porque un excesivo flujo de comente podría provocar la electrolisis de algunas substancias que se encuentran di sueltas en el medio intercelular, dando como resultado productos tóxicos. Otra de las funciones importantes que realiza el procesador es la separación de la se ñal en tantas bandas frecuenciales como electrodos tenga el sistema. Así, cada electrodo es estimulado sólo cuando la señal de entrada contiene formantes frecuenciales correspondientes al rango de frecuencias que se le ha asignado en función de su posición dentro de la cóclea. La tercera función, que es básicamente la que diferencia a los diversos sistemas de implantes cocleares existentes hoy en día, es la estrategia de codificación de la señal emplead a. Existen. a grandes rasgos, dos tipos de codificación: analógica, es decir, se entrega a cada electrodo la porción de señal analógica correspondiente a la banda que se le ha asignado, y di gital o mediante pulsos, que entrega a cadae1ectrodo un tren de pulsos de amplitud proporcional a la intensidad de la señal detectada en cada banda. Los defensores de la última est rategia de codificación argume nt an que no es tan importante la forma de la se ñal con que se estimul a, como la zona de la cóclea a la que se entrega señal. De esta manera, si estimulamos en un punto concreto de la cóclea, sensible a una banda frecuencial determinada, el crebro percibirá dicha frecuencia independientemente de la fonna de la señal con que estimulemos, siempre que su intensidad y duración, o sea su energía, sea suficiente. Es importante constatar que la células ciliadas actúan a modo de acumulador: hasta que no alcanzan cierto nivel de energía, no están prepara da s para estimular las fibras nerviosas. Por el contrario, lo s que defienden el modelo analógico, argumentan que esa es una fonna más natural de estimulación y en todo caso más coincidente con el modo de funcionamiento de una cóclea sa na. Lo cierto es que no existe evidencia científica que dé la razón a unos u a otros, ya que todos los estudios al respecto se ba sa n en datos experimentales extraídos del seguimi e nt o clínico a pacientes implant ados. De éstos se ha podido extraer la conclusión de que a largo plazo los dos sistemas conducen a lo s mi smos res ul - tados, si bien los implantados con sistemas analógicos ll ega n a resultados sa ti sfactorios antes que los implantados con sistemas digitales. Ll egado a este punto, podlíamos pensar que lo s sitemas analógicos son más recomendables, ya que con e ll os se alcanzan los mismos resulatados que con lo s s it emas de codificación di gital, pero más rapidamente. Es cierto, pero la verdad es que los sistemas digitales suponen una ventaja que quizás haga que merezca la pena in vertir un poco más de tiempo en la rehabilitación del implantado, y es que éstos son mucho más Figura 4 .- Parte interna de un illlplante coc l ear transcutáneo. Consta de una bobina que actúa COIllO ant ena receptora (al otro lado de la piel. en el exterior. se co l oca otra de la~ llli~lllas características que actúa de elllisora), un circuito que ge nera un tren de pulsos correspondiente a la información codificada que recibe del procesador y el haz de electrodos que será insenado en la cóclea . • BRANCA D'EsTUDIANTS DE L' J EEE DE BARCELONA 27 Figura 5 .- Fotogra fí a que muestra cómo el técnico audioprotesista eFec tú a el aj uste del impla nt e mediante ordenador. Se trata de un implante percutáneo. Observar cómo se s uj eta la bobina en el cráneo del paciente. El ordenador programa los parámetros del procesador de señal que se halla encima de la mesa. fl exi bl es y permiten un altísimo grado de libertad, ya que su algoritmo de codificación se programa me di ante un ordenador. Hay que pen sa r que la colocación de los electrodos es un acto invasivo que puede ll ega r a destruír la cóclea por completo, y aunque parezéa que eso no tiene menor impo rt ancia al ser precisamente implantados aquellos pacientes cuya cóclea es totalmente in servible, no podemos augurar hacia dónde va a avanzar el de sarro ll o científico de los años venidero s. Es por e ll o que cuanta más flexibilidad se proporcione a los sistemas implanta bl es, más amplio es el horizonte de adaptación a nu evas tecnologías y algoritmos que puedan sur gi r en el futuro. Y es claro que los sitemas que pueden amoldarse mejor a posibles exigencias futuras son los de tratamiento di gi tal de la seña l. Según el tipo de inte rf ase parte implantada/parte ex terna: La parte implantada en el cuerpo del pacie nt e está compuesta por los electrodos y, en algunos casos, un circuito sencillo de de codificación. La parte no implantada o externa, consta del procesador y el mi crófono. Es evidente la necesidad de que se establezca una comunicación entre el procesador y los electrodos implantados dentro de la có cle a. Una solución es hacer que esa comunicación se esta bl ezca por contacto eléc tri - co directo. En ese caso de be haber una comunicación física entre el medio 28 interno y el exterio r. Para conseguirlo, se atorni ll a un conector en el cráneo del paciente -hueso masto id es-, de manera que los pins del conector estén en contacto eléctrico con lo s electrodos. Este tipo de implantes se denominan percutáneos, y presentan muchos inconvenientes, ya que el conector sa le hacia el exterior del crán eo del paciente a través de la pi e l. En el esquema de la fi gura 2 se muestra el esquema de un implante percutáneo, donde puede observarse el enchufe que sobresale de la pi el del pacie nt e, atornillado al cráneo. Otro tipo de implantes son los ll amados transcuráneos. Estos esta bl ecen la comunicación me diant e ondas de radiofrecuenci a, evitando el problema del contacto físico entre el medio interno del paciente y el exte ri or. Se suele situar una bobina co mo antena e mi sora pegada a la pi el de la zona del masto id es. Al otro lado, bajo la piel, se implanta otra bobina que actúa co mo antena receptor a. Como la di stancia entre las dos a nt enas es de unos milímetros. correspondientes al espesor de la piel, las energías radiadas pueden ser muy bajas. Existe un sist ema muy avanza do que estab l ece la comunicación me di ante ondas moduladas en amplitud, que rectifica la señal portadora para utiliza rl a como alimentación de los circuitos internos de codificación. En la fi gura 4 puede observarse la parte inte rn a de uno implante transcutáneo. CONSIDERACIONES GE ERALES Y CONCLUSIONES Es importante hacer notar que en ningún caso un implante coclear puede re stituír la audición a un paciente en las mi smas condiciones que la de un oído sa no. El conocimiento que se tiene hoy en día sob re el funcionamiento del órga no auditivo humano es todavía mínimo. si atendemos al desconocimiento existente acerca de la integración de la señal bioeléctrica a nivel cerebral. Ni siquiera existen evidencias conc lu yentes que determinen qué tipo de señal se debe entregar a nivel nervioso para gara nti zar la mejor restauración de la audición perdida. No se conoce el tipo de sensación que perciben los pacientes implantados. ya que ésta es totalmente subje ti va. pero sí se sabe que no es igual. ni tan siquiera parecida a la percibida por una persona con audición no rm a l. Por lo tanto. si la persona es pos tl oc uti va, o sea, se ha quedado sorda después de haber adquirido el lenguaje, tendrá que aprender a codificar e id entifi ca r los estimulos sonoros de manera distinta a como lo hacía antes. Ello se consigue a base de rehabilitación logopédica. Lo que si es obvio y co nstata bl e esq u ee l implant ecoc l ea r ese l mejor reme di o de que se dispone hoy en dí a contra la sordera total, y que se ha lle ga do a res ul atad os altamente sati sfacto ri os rea li za nd o este tipo de implantes. También hay que mencionar que este campo de la bioingeni ería se ha ll a en un a fase todavía experimental, y que por e ll o los implantes coclea res no se han div ul gado a niveles extraprofesionales. Toda s las apli cac iones de los mi smos deben ll eva r se a cabo bajo ri guroso control mé di co y eva lu ación psi co lógica previa al implante; no basta co n que el paciente pr ese nte un cuadro médi co favorable para la apli cac ión del mi smo. si no que es igualmente importante que éste se encuent re en una predisposición mental adecuada para af ront ar las nuevas sensaciones que va a expe rimentar, así co mo las nuevas co nn otaciones oc iales que puede supone rl e la tr ansición del mundo de los sordos al de los norrnoyentes. . B URAN °5 ABRIL 1995