LÄHITULEVAISUUDEN SISÄKORVAISTUTETEKNOLOGIA Ville Sivonen Sisäkorvaistutteet ovat viimeisten kolmen vuosikymmenen aikana mullistaneet ne mahdollisuudet, jotka kuulonkuntoutus voi tarjota syntymäkuuroille lapsille ja puheenkehityksen jälkeen kuuroutuneille aikuisille. Nykyisten monikanavaisten, sisäkorvan tonotopiaa hyödyntävien istutteiden avulla saavutetaan hyvissä kuunteluolosuhteissa tyypillisesti erinomainen puheen tunnistuskyky sekä myös usein hyvä kuulonvarainen suoriutuminen esimerkiksi puhelimessa. Varhain kaksi istutetta saaneiden lasten kielenkehitys vastaa usein ikätasoa. Monet sisäkorvaistutteen saaneet kertovat myös nauttivansa musiikin kuuntelusta, vaikka teoreettisesti ottaen äänenkorkeuden erottelukyky on istutteen saaneella huomattavasti normaalisti toimivaa kuulojärjestelmää heikompi. Sisäkorvaistute on tällä hetkellä ainoa kliinisessä käytössä oleva hoitomenetelmä, jolla voidaan korvata menetetty aisti. Sisäkorvaistute koostuu leikkauksessa asetettavasta sisäisestä osasta (implantista) ja ulkoisesta puheprosessorista (kuva 1). Puheprosessori poimii puhetta ja ympäristön ääniä ja lähettää ne implantille lähetinkelan avulla. Lähetys tapahtuu radiotaajuisesti digitaalisena viestinä. Implantin stimulaattorin elektroniikka purkaa viestin ja stimuloi kuulohermoa muodostamalla äänisignaalin mukaan vaihtelevan sähkökentän sisäkorvaan asetetun elektrodiketjun elektrodien ja implantin vertailuelektrodien välille. Sisäkorvaan sijoitettavia elektrodeja on valmistajasta riippuen 12 22. Myös niin sanotussa stimulaatiostrategiassa eli siinä, miten äänisignaali muutetaan elektrodien sähköimpulsseiksi, on huomattavia valmistajakohtaisia eroja. Puheen toisteisuuden (redundanttisuuden) ja aivojen muovautuvuuden ansiosta hyvissä kuunteluolosuhteissa saavutetussa puheen tunnistuskyvyssä ei eri valmistajien välillä kuitenkaan ole merkittäviä eroja. Istute-elektrodien ominaisuuksien ja leikkaustekniikan kehityksen ansiosta yhä useammassa istuteleikkauksessa pystytään säästämään implantoidun korvan mahdollista jäännöskuuloa. Viimeaikaisissa tutkimuksissa on havaittu, että silloin, kun ääneskynnykset ovat leikkauksen
jälkeen pienillä taajuuksilla paremmat kuin 85 db HL, saavutetaan näiden taajuuksien akustisella vahvistuksella merkittävää lisähyötyä, kun se yhdistetään suurten taajuuksien sähköiseen stimulaatioon. Tällä ns. sähköakustisella stimulaatiolla (electric and acoustic stimulation, EAS) puheen tunnistuskyky on niin hiljaisuudessa kuin melussakin tavalliseen istutejärjestelmään verrattuna parempi. Lisäksi kuulojärjestelmä kykenee EAS-järjestelmän välityksellä hyödyntämään paremmin esimerkiksi äänenkorkeuden muutoksista kertovia akustisia vihjeitä, mistä on hyötyä musiikin kuuntelussa (Incerti, 2013). On odotettavissa, että EAS-järjestelmän saaneiden istutteen käyttäjien määrä kasvaa lähitulevaisuudessa. Kuvassa 1 EAS-järjestelmän akustinen kuulokojeosa on asetettuna korvakäytävään. Kuva 1. Sisäkorvaistutteen puheprosessori (Cochlear Nucleus CP910), lähetinkela, istutteen sisäinen osa elektrodeineen sekä mahdollista pienten taajuuksien jäännöskuuloa hyödyntävä, istutejärjestelmään yhdistettävä akustinen kuulokojeosa. Stimulaatiostrategioiden ohella äänen esikäsittely on merkittävä osa istutejärjestelmän toimintaa. Äänenesikäsittely voidaan jakaa karkeasti kolmeen mahdolliseen vaiheeseen: 1)
suuntamikrofonitoiminta, 2) dynaamiikan kompressio ja 3) kanavakohtainen melunhallinta. Koska istutteen käyttäjän sähköinen dynaaminen alue on normaalitoimiseen kuulojärjestelmään verrattuna hyvin suppea, kaikki markkinoilla olevat istutteet kompressoivat mikrofonin poimiman signaalin dynamiikkaa voimakkaasti. Tämän hetken edistyneimmät järjestelmät pystyvät lisäksi vaimentamaan sivuilta ja takaa tulevan melun häiritsevyyttä suuntamikrofonein sekä valitsemaan signaalinkäsittelyn avulla sähköiseen stimulointiin elektrodeja, joilla on puheinformaatiota ja vaimentamaan muilla elektrodeilla esiintyvää melua. Äänen esikäsittelyllä saadaan välitöntä hyötyä puheen tunnistamiseen melussa (jopa yli 6 db:n parannus melupuhekynnykseen; Wolfe ym., 2012), mutta esikäsittely ei kuitenkaan mahdollista parempaa äänenkorkeuden erottelukykyä musiikin melodian tai puheen nyanssien tarkkaa kuulemista varten. Tästä syystä sisäkorvaistutteiden stimulaatiostrategiat ovat yhä keskeinen tutkimuskohde, ja viimeaikaiset tulokset kuulonmukaisten mallien hyödyntämisestä sähköisessä stimulaatiossa ovat lupaavia (Agrawal, 2013). Lähitulevaisuuden istuteteknologiassa on nähtävissä perinteisen kuulokojetekniikan laajempaa soveltamista istutekäyttöön (esimerkiksi automaattista adaptoitumista ääniympäristöön) sekä stimulaatiostrategioiden kehittämistä stimulaation tarkempaan paikallistamiseen sisäkorvassa. Tulevaisuuden istutejärjestelmät saattavat hyödyntää optista stimulaatiota, sisäkorvan luontaisia sähköpotentiaaleja tai hermosäikeitä kasvattavia lääkeaineita sähköisen stimuloinnin optimoimiseksi ja tehostamiseksi. Digitaalisten mikropiirien myötä tavalliset korvantauskuulokojeet ovat pienentyneet kooltaan huomattavasti. Myös istutteen käyttäjille ulkoisten osien koko ja puheprosessorin esteettiset seikat ovat merkittäviä asioita. Viime aikoina markkinoille on tullut ns. nappiprosessoreja, joissa puheprosessorin korvantausosan mikrofonit, elektroniikka ja virtalähde on sijoitettu istutteen lähetinkelaan. Koska istutteen sisäinen vastaanotinkela sijaitsee tyypillisesti hieman korvan takana, on kuitenkin huomioitava nappiprosessorin mikrofonin poimimaan signaaliin pään ja korvalehden aiheuttama varjostus. Yksittäinen, korvan takana sijaitseva mikrofoni poimii ääniä herkimmin takaviistosta, kun taas normaalitoiminen, binauraalinen kuulojärjestelmä on herkimmillään edestä ja etuviistosta saapuville äänille (Sivonen, 2011). Tästä syystä esimerkiksi luuankkuroiduissa kuulokojeissa, jotka sijaitsevat tyypillisesti korvanlehden takana, käytetään suuntamikrofonitekniikkaa. Näin voidaan kompensoida laitteen mikrofonin akustisesti epätyydyttävää sijaintia (Flynn ym., 2011).
Pienempien puheprosessorien lisäksi kehitteillä on myös kokonaan ihon alle sijoitettavia istutejärjestelmiä. Täysin implantoitavassa järjestelmässä mikrofoni, elektroniikka ja virtalähde sijaitsevat ihon alla, ja laitteen virtalähdettä voidaan ladata erillisen lähetinkelan avulla. Myös ulkoisen puheprosessorin käyttö on mahdollista. Täysin implantoitavien sisäkorvaistutteiden suorituskyky ei kuitenkaan vielä vedä vertoja perinteisille, ulkoisesta ja sisäisestä osasta koostuville istutteille, lähinnä ihonalaisen mikrofonin poimimien fysiologisten häiriöäänien (purenta, hengitys, nieleminen) ja pienemmän herkkyyden vuoksi (Briggs ym., 2008). Välikorvaistutteissa täysin implantoitavat järjestelmät ovat jo kliinisessä käytössä (Otologics Carina -istute). Puheprosessorin ja istutteen teknisen kehityksen lisäksi lähitulevaisuuden istuteteknologia sisältää istutteen ohjelmointia ja säätöä ajatellen uusia mahdollisuuksia. Pitkien etäisyyksien maissa telelääketieteen merkitys tulee kasvamaan ja istutteen etäohjelmoinnista on jo käytännön kokemuksia kentältä. Objektiivisten mittamenetelmien, kuten kuulohermovaste-, stapediusrefleksi- tai kortikaalivastemittauksien merkitys tullee tulevaisuudessa korostumaan. Puheprosessorin langattoman, kaksisuuntaisen kaukosäätimen avulla on jo nyt teknisesti mahdollista muodostaa kuulohermovastemittausten perusteella äänikartta sekä säätää istutteen stimulointiparametreja. Langaton ohjelmointi ja digitaaliset langattomat lisälaitteet tullevat myös yleistymään. Kuulokojeiden tapaan istutteen todellisen käytön lokitiedot auttavat jatkossa kuulonhuollon ammattilaisia istutteen säätöjen optimoinnissa. KIRJALLISUUTTA Agrawal, D., Thorne, J. D., Viola, F. C., Timm, L., Debener, S., Büchner, A., Wittfoth, M. (2013). Electrophysiological responses to emotional prosody perception in cochlear implant users. NeuroImage: Clinical, 2, 229 238. Briggs, R. J. S., Eder, H. C., Seligman, P. M., Cowan, R. S. C., Plant, K. L., Dalton, J., Patrick, J. F. (2008). Initial clinical experience with a totally implantable cochlear implant research device. Otology & Neurotology, 29, 114 119.
Flynn, M. C., Sadeghi, A., & Halvarsson, G. (2011). Benefits of directional microphones and noise reduction circuits for improving Baha hearing performance. Cochlear Implants International, 12, S139 S141. Incerti, P. V., Ching, T. Y. C., & Cowan, R. (2013). A systematic review of electric-acoustic stimulation: Device fitting ranges, outcomes, and clinical practices. Trends in Amplification, 17(1), 3 26. Sivonen, V. P. (2011). Binaural directivity patterns for normal and aided human hearing. Ear Hearing, 32(3), 647 677. Wolfe, J., Parkinson, A., Schafer, E. C., Gilden, J., Rehwinkel, K., Mansanares, J., Gannaway, S. (2012). Benefit of a commercially available cochlear implant processor with dual-microphone beamforming: A multi-center study. Otology & Neurotology, 33(4), 553 560.