آرایۀ میکرو الکترود برای درمان ناشنوایی عمیق

دانشمندان در دانشگاه استانفورد سعی دارند برای افرادی که ناشنوایی عمیق دارند «گوش داخلی» مصنوعی بسازند، که از طریق تزریق مستقیم علائم برقی به عصب شنوایی کار می‌کند (وایت و دیگر). گوش مبدلی است که انرژی مکانیکی فشار صدای یک موج را به یک رشته تکان‌های برقی، که عصب شنوایی را طی می‌کنند، تبدیل می‌کند. نورون‌های خاصی که عمل تبدیل را انجام می‌دهند سلول‌های مویی هستند، که تعدادشان در حدود 15000 است، و در امتداد غشاء قاعده‌ای در داخل حلزون یا گوش داخلی ردیف شده‌اند. وقتی یک موج صوتی غشاء قاعده‌ای را خم می‌کند، این سلول‌های مویی علائم برقی تولید می‌کنند. علائم را یاخته‌هایی به نام «گره مارپیچی» می‌گیرند و به علائم گسسته یا تکان‌های برقی تبدیل می‌کنند که سپس به عصب شنوایی ارسال می‌شوند. عصب شنوایی متشکل از 30000 سلول گره‌ای است.
اگر سلول‌های مویی معیوب یا مفقود باشند (در اثر آسیب، واکنش نسبت به دارو یا نقص ژنتیکی)، ناشنوایی عمیق حاصل می‌شود که با سمعک‌های معمولی جبران‌پذیر نیست. اما، علی‌الاصول، حلزون معیوب را می‌توان کنار گذاشت و علائم برقی را مستقیماً وارد عصب شنوایی کرد و به مغز این‌طور وانمود که گوش کار می‌کند. در حقیقت، از زمان ولتا و گالوانی، نزدیک به دو قرن است که می‌دانیم تحریک برقی عصب شنوایی به احساس شنوایی منجر می‌شود. اما، از لحاظ فنی، تزریق کردن علائم پیچیده‌ای که بتوانند خصیصه‌های اساسی گفتار را در بر داشته باشند به عصب شنوایی فقط در دهه‌های اخیر امکان‌پذیر شده است.
هدف از پروژة گوش مصنوعی در استانفورد، به‌وجود‌آوردن یک عضو مصنوعی با دقت و ظرافت کافی است که بتواند فهمیدن گفتار را بدون هیچ کمک دیگری میسر سازد. چنین عضوی به چندین جزء نیاز دارد: 1. یک آرایۀ میکروالکترود که توانایی تحریک جداگانه ولی هم‌زمان چندین مجموعه رشته اعصابِ منفصل و مشخص شنوایی را داشته باشد. 2. یک مدار الکترونیکی و قابل تعبیه برای راه‌اندازی آرایۀ میکروالکترودها. 3. یک پردازندة گفتار خارجی که صدا را پس از دریافت به رمز درست تبدیل کند و همراه با توان لازم، اطلاعات را به مدار تعبیه شده بفرستد. یک آرایۀ الکترود، با استفاده از تکنولوژی «فیلم نازک»، آزمایش شده و نتایج رضایت‌بخش بوده است (وایت و دیگر).
تحریک عصب شنوایی، به نحوة منفصل مورد نیاز، را می‌توان به دو صورت انجام دادـ یکی با جاکردن یک آرایۀ الکترودهای بلند و انعطاف‌پذیر در یکی از اتاقک‌های حلزون و دیگری توسط یک آرایۀ سخت و کوتاه‌تر که به عصب شنوایی در محل خروج از حلزون وصل می‌شود. الکترودهای تقریباً قابل‌‌قبولی برای این‌گونه مصارف با استفاده از بسته سیم‌های ظریفی که توسط قالب‌های چسبی با هم نگه‌داشته می‌شوند ساخته شده‌اند، ولی، ابعاد و دقت لازم برای انجام این کار درست در مرز قابلیت‌های فنون سیم خم کردن است. از طرف دیگر، وصول به دقت لازم در ابعاد، که حدود چند ده میکرون است، با استفاده از تکنولوژی چاپ افست که در صنایع نیمه هادی معمول است، به سادگی امکان‌پذیر می‌شود. متخصصان استانفورد در تکامل الکترودهای فیلم نازک انعطاف‌پذیر و سخت هر دو برای حلزون مصنوعی فعال بوده‌اند.
الکترودهای تحریک‌کنندة اعصاب باید از موادی ساخته شوند که سازگاری بیولوژیکی داشته باشند و بتوانند در محیط نمکی و ناجوری که در آن غوطه‌ورند ده‌ها سال دوام بیاورند. موادی مثل پلاتین و تفلون سازگاری بیولوژیکی دارند، چون از لحاظ شیمیایی بی‌اثر هستند؛ نتیجة این بی‌اثری هم این است که آن‌ها به هیچ‌چیز، حتی به یکدیگر، خوب نمی‌چسبند. لذا، مشکلات تولید الکترودهای فیلم نازک برای حلزون یکی تأمین چسبندگی بین قشرهای یک ساختار پوسته‌ای توأم با قشرهای عایق است که فقط چند میکرون ضخامت دارند ولی باید ده‌ها سال دوام بیاورند و دیگری به حداقل رساندن تأثیر الکترولیز بر فلزهای مورد استفاده است. پس از چند نسل تکامل، طرح‌های الکترودهای سخت و انعطاف‌پذیر ممکن است به حد قابل‌ قبول رسیده باشند. در الکترودهای سخت از یک تک‌بلور «یاقوتِ کبود» به عنوان «لایة پایه»، از تانتال به عنوان فلز هادی با اکسید تانتال، از نیترید سیلیسیوم برای عایق‌بندی، و از پلاتین یا ایریدیوم به عنوان فلز محل تحریک استفاده می‌شود ـ الکترودهای انعطاف‌ پذیر، ساندویچی از پولیمید ـ پلاتین ـ پولیمید یا از پولیمید ـ ایریدیوم ـ پولیمید هستند، همراه با سوراخ‌هایی که متناسب با اتصال سیم و تحریک کردن حک شده‌اند. این الکترودها فعلا تحت آزمایش‌اند تا صلاحیت آن‌ها برای مصارف انسانی مشخص شود.
گروهی در ملبورنِ استرالیا وسیله‌ای را آزمایش کرده‌اند که متشکل است از یک گیرنده و تحریک‌کنندة کوچک (به ابعاد 20×6 میلی‌متر) که در استخوان ماستوئید، واقع در پشت گوش، جاسازی شده است، یک میکروفون خارجی که روی گوش سوار می‌شود و یک پردازندة گفتار (به ابعاد 13×8×2 سانتی‌متر) که در جیب حمل می‌شود (کلارک و دیگر). نتایج درمانی جدید نشان داده‌اند که این وسیله فهم بیمار را از گفتار بهتر می‌کند، مخصوصاً وقتی که با لب‌ خوانی همراه باشد.