뇌 자극으로 귀 이식된 쥐의 청력 향상

[이매진]

뇌 자극으로 귀 이식된 쥐의 청력 향상

https://www.nature.com/articles/d41586-022-04553-z

뇌 자극으로 귀 이식된 쥐의 청력 향상

연구는 소리 인식을 향상시킬 수 있는 뉴런을 식별하여 달팽이관 장치를 가진 사람들의 성능 변화를 설명할 수 있습니다.

• 미리암 나다프

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인공와우를 이식한 일부 사람들은 장치를 이식한 후 몇 시간 안에 말을 인식할 수 있지만 다른 사람들에게는 몇 달 또는 몇 년이 걸릴 수 있습니다. 크레딧: Michael Matthey/dpa/Alamy

경보와 관련된 자극 뉴런은 인공와우를 이식한 쥐가 곡을 빠르게 인식하는 법을 배우는 데 도움이 된다는 사실을 연구원들이 발견했습니다. 결과는 청반(locus coeruleus, LC)이라고 불리는 뇌 영역의 활동이 청각 장애 설치류의 청각 지각을 향상시킨다는 것을 시사합니다. 연구원들은 뇌가 어떻게 소리를 처리하는지 이해하는 데 통찰력이 중요하다고 말하지만 접근 방식이 사람들을 돕는 것과는 거리가 멀다고 경고합니다.

12 월 21일자 Nature 에 발표된 연구의 공동 저자이자 New York University School of Medicine의 이비인후과 전문의인 Robert Froemke는 "그것은 마치 우리가 그들에게 커피 한 잔을 준 것과 같습니다."라고 말했습니다 .

달팽이관 이식은 달팽이관이라고 하는 내이 영역의 전극을 사용하는데, 이는 중증 또는 전체 청력 손실이 있는 사람에서 손상됩니다. 이 장치는 음향 소리를 청각 신경을 자극하는 전기 신호로 변환하고 뇌는 청각 세계를 이해하기 위해 이러한 신호를 처리하는 방법을 학습합니다.

내이 임플란트

인공와우를 이식한 일부 사람들은 장치를 이식한 후 몇 시간 안에 말을 인식하는 법을 배우는 반면, 다른 사람들은 몇 달 또는 몇 년이 걸릴 수 있습니다. 최초의 인공와우 중 하나를 개발하는 데 도움을 준 로스앤젤레스 서던캘리포니아대학교(University of Southern California)의 제럴드 로브(Gerald Loeb)는 “이 문제는 인공와우가 등장한 초기부터 있었고 해결될 기미가 보이지 않습니다.

연구자들은 사람의 나이, 난청 기간, 임플란트의 처리기 및 전극 유형이 이러한 차이를 설명하지 못하지만 뇌가 차이의 원인일 수 있다고 제안합니다. 매사추세츠주 보스턴에 있는 하버드 의과대학의 이비인후과 전문의인 다니엘 폴리(Daniel Polley)는 “그것은 일종의 블랙박스입니다. 대부분의 이전 연구는 인공 와우 장치 및 이식 절차를 개선하는 데 중점을 두었습니다. 장치를 사용하는 뇌의 능력을 향상시키려는 시도는 귀와 뇌 사이의 의사소통을 개선하는 방법을 열어준다고 Polley는 말합니다.

이 관계를 탐구하기 위해 연구팀은 16마리의 쥐가 음악에 반응하도록 훈련했습니다 1 . 특정 곡을 들으면 동물들은 상자에 코를 찔러 대접을 받을 수 있습니다. 다른 곡을 들었을 때 간식을 주지 않았고 쥐는 코를 찌르지 않는 법을 배웠습니다.

그런 다음 연구원들은 수술을 통해 쥐의 귀를 막고 각각 음조를 인코딩하는 8개의 전극이 있는 인공와우를 동물의 귀에 삽입했습니다. 저자는 작업을 반복했지만 이번에는 연구원이 전극을 자극했을 때 동물은 음식 보상과 짝을 이루는 음악을 듣게 되었습니다.

튜닝 훈련

저자들은 쥐들이 모두 15일 후에 보상을 제공하는 곡과 그렇지 않은 곡을 구별하는 법을 배웠다고 보고했습니다. 연구원들은 동물이 곡에 올바르게 반응할 때 LC의 뉴런 활동이 증가하고 무작위로 찌르고 오류를 범할 때 감소한다는 사실을 발견했습니다.

LC는 청각 시스템의 일부는 아니지만 주의력을 높이는 신경 전달 물질인 노르아드레날린을 시스템에 공급합니다. LC는 또한 인지, 학습, 기억, 주의력에서 역할을 합니다. LC가 청각 시스템과 뇌의 학습 및 주의 회로를 통해 노르아드레날린을 방출하면 청각 신호의 학습 및 처리가 가속화됩니다.

또 다른 테스트에서 저자는 한 그룹의 쥐에 LC를 자극하고 다른 그룹에는 자극하지 않았습니다. 자극을 받지 않은 동물은 작업을 수행하는 데 최대 9일이 걸렸지만 자극을 받은 LC를 받은 동물은 단 3일 만에 학습했습니다. Froemke는 LC가 동물이 인공와우를 사용하도록 돕는 데 얼마나 강력한지 놀랐습니다. "임플란트를 이식받은 모든 동물은 정말 잘하는 법을 배웠습니다."

사람들에게가는 길

연구자들은 인간의 LC를 자극하는 것은 위험할 수 있다고 경고합니다. 이 영역은 많은 뇌 영역에 신호를 보내고 투쟁-도피 반응을 조절합니다. 사람들의 LC를 자극하면 "혈압과 심박수를 높이고 다른 자율 반응을 [유도]할 것"이라고 최초의 다중 채널 인공와우를 개발한 호주 멜버른 대학의 Graeme Clark Institute의 이비인후과 전문의 Graeme Clark은 말합니다. 1970년대 임플란트. "우리는 그것이 할 만한 가치가 있다는 것을 증명하기 위해 일련의 실험을 해야 할 것입니다."

그러나 훨씬 더 안전한 달팽이관 수준에서 신경 전달 물질을 도입하는 것과 같이 장치와 작동하도록 뇌 회로를 연결하는 다른 방법이 있다고 Clark은 말합니다.

그리고 미래에는 청각 지각을 향상시키는 기술을 사용하는 도구가 사람들이 스스로 훈련하는 데 사용할 수 있는 인공와우에 연결될 것이라고 Froemke는 말합니다.