Un implant cochléaire qui peut être rechargé sans fil

Les implants cochléaires – des dispositifs médicaux qui stimulent électriquement le nerf auditif – ont accordé au moins une audition limitée à des centaines de milliers de personnes dans le monde qui seraient autrement totalement sourdes. Les versions existantes de l'appareil, cependant, nécessitent qu'un émetteur en forme de disque d'environ un pouce de diamètre soit fixé au crâne, avec un fil qui serpente jusqu'à un microphone commun et une source d'alimentation qui ressemble à une prothèse auditive surdimensionnée autour de l'oreille du patient.

Chercheurs du MIT Laboratoire de technologie des microsystèmes (MTL), en collaboration avec des médecins de la Harvard Medical School et du Massachusetts Eye and Ear Infirmary (MEEI), ont développé une nouvelle puce de traitement du signal à faible puissance qui pourrait conduire à un implant cochléaire ne nécessitant aucun matériel externe. L'implant serait rechargé sans fil et fonctionnerait pendant environ huit heures sur chaque charge.

Photo avec l'aimable autorisation du bureau de presse du MIT

Les chercheurs décrivent leur puce dans un article qu'ils présentent cette semaine à la Conférence internationale sur les circuits à semi-conducteurs. L'auteur principal de l'article – Marcus Yip, qui a terminé son doctorat au MIT l'automne dernier – et ses collègues Rui Jin et Nathan Ickes, tous deux au MIT, exposeront également un prototype de chargeur qui se branche sur un téléphone portable ordinaire et peut recharger le traitement du signal. puce en environ deux minutes.

L'idée de cette conception est que vous pouvez utiliser un téléphone, avec un adaptateur, pour charger l'implant cochléaire, de sorte que vous n'avez pas besoin d'être branché, explique Anantha Chandrakasan, professeur d'électricité Joseph F. et Nancy P. Keithley Ingénierie et auteur correspondant sur le nouveau papier. Ou vous pouvez imaginer un oreiller intelligent, donc vous chargez pendant la nuit, et le lendemain, il fonctionne tout simplement.

Réutilisation adaptative

Les implants cochléaires existants utilisent un microphone externe pour recueillir le son, mais le nouvel implant utiliserait à la place le microphone naturel de l'oreille moyenne, qui est presque toujours intact chez les patients porteurs d'un implant cochléaire.

La conception des chercheurs exploite le mécanisme d'un autre type de dispositif médical, connu sous le nom d'implant d'oreille moyenne. Les os délicats de l'oreille moyenne, appelés osselets, transmettent les vibrations du tympan à la cochlée, la petite chambre en spirale de l'oreille interne qui convertit les signaux acoustiques en signaux électriques. Chez les patients porteurs d'implants de l'oreille moyenne, la cochlée est fonctionnelle, mais l'un des osselets - l'étrier - ne vibre pas avec suffisamment de force pour stimuler le nerf auditif. Un implant de l'oreille moyenne se compose d'un minuscule capteur qui détecte les vibrations des osselets et d'un actionneur qui aide à entraîner l'étrier en conséquence.

Le nouvel appareil utiliserait le même type de capteur, mais le signal qu'il générerait serait transmis à une micropuce implantée dans l'oreille, qui le convertirait en un signal électrique et le transmettrait à une électrode dans la cochlée. La réduction des besoins en énergie de la puce du convertisseur était la clé pour se passer du matériel monté sur le crâne.

Le laboratoire de Chandrakasan à MTL est spécialisé dans les puces à faible puissance, et le nouveau convertisseur déploie plusieurs des astuces que le laboratoire a développées au fil des ans, telles que l'adaptation de la disposition des filtres et des amplificateurs à faible puissance aux propriétés acoustiques précises du signal entrant. .

Mais Chandrakasan et ses collègues ont également développé un nouveau circuit de génération de signal qui réduit la consommation électrique de la puce de 20 à 30 % supplémentaires. La clé était de spécifier une nouvelle forme d'onde - le signal électrique de base émis par la puce, qui est modulé pour coder les informations acoustiques - qui est plus économe en énergie à générer mais stimule toujours le nerf auditif de la manière appropriée.

Vérification

La forme d'onde était basée sur des recherches antérieures impliquant des fibres nerveuses simulées, mais les chercheurs du MIT l'ont adaptée aux implants cochléaires et ont trouvé un moyen à faible consommation d'énergie de l'implémenter dans le matériel. Deux de leurs collaborateurs au MEEI – Konstantina Stankovic, une chirurgienne de l'oreille qui a co-dirigé l'étude avec Chandrakasan, et Don Eddington – l'ont testé sur quatre patients qui avaient déjà des implants cochléaires et ont découvert que cela n'avait aucun effet sur leur capacité à entendre. En travaillant avec un autre collaborateur du MEEI, Heidi Nakajima, les chercheurs ont également démontré que la puce et le capteur sont capables de capter et de traiter la parole jouée dans l'oreille moyenne d'un cadavre humain.

C'est très cool, déclare Lawrence Lustig, directeur du Cochlear Implant Center de l'Université de Californie à San Francisco. Il y a une stigmatisation beaucoup plus grande d'avoir une perte auditive que d'avoir une perte visuelle. Les gens seraient donc très désireux de perdre les éléments externes pour cette seule raison. Mais il y a aussi l'avantage fonctionnel supplémentaire de ne pas avoir à l'enlever lorsque vous êtes près de l'eau ou à craindre que des composants ne soient perdus, cassés ou volés. Il y a donc aussi des considérations pratiques importantes.

Lustig souligne que le nouvel implant cochléaire nécessiterait une intervention chirurgicale plus complexe que les implants existants. Une opération d'implant cochléaire actuelle prend une heure, une heure et demie, dit-il. Je suppose que les premières chirurgies prendront trois à quatre heures. Mais il doute que ce soit vraiment un obstacle à l'adoption. Au fur et à mesure que nous devenons de mieux en mieux, ce temps raccourcira, dit-il. Et trois à quatre heures, c'est encore une opération relativement simple. Je ne prévois pas mettre beaucoup de risques supplémentaires dans la procédure.

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