Исследователи из Медицинской школы Кека при Университете Южной Калифорнии в сотрудничестве с Медицинским колледжем Бейлора в Хьюстоне, штат Техас, использовали передовой инструмент визуализации для изучения внутреннего уха мыши, что привело к открытию, которое может помочь в лечении нарушений слуха.
Недавнее исследование, опубликованное в журнале Neuroscience, предполагает, что мозг может помогать регулировать чувствительность уха к звуку и компенсировать потерю слуха, посылая сигналы в улитку, структуру во внутреннем ухе.
Это открытие может проложить путь к новым методам лечения сложных нарушений слуха, таких как гиперакузия, когда повседневные звуки становятся неприятно громкими, и тиннитус, состояние, характеризующееся звоном, жужжанием или другими фантомными звуками при отсутствии внешнего источника.
Исследование стало возможным благодаря новаторскому инструменту визуализации, который впервые позволил исследователям получать изображения улитки в реальном времени у бодрствующих животных.
Улитка использует сенсорные волосковые клетки для обнаружения звуковых волн в воздухе, а затем преобразует их в электрические сигналы, которые может обработать мозг. Большинство кохлеарных нервов переносят информацию из улитки в мозг, но около 5% посылают сигналы в противоположном направлении: из мозга в улитку. Точная роль этих волокон была загадкой, поскольку исследователи изо всех сил пытались измерить активность улитки у людей или животных, когда они бодрствуют.
Чтобы изменить это, исследователи из Медицинской школы Кека USC в сотрудничестве с Медицинским колледжем Бейлора в Хьюстоне, штат Техас, разработали новый способ изучения активности во внутреннем ухе, адаптировав метод визуализации, называемый оптической когерентной томографией (ОКТ), который широко используется в офтальмологических кабинетах для сканирования сетчатки на предмет таких состояний, как глаукома и дегенерация желтого пятна. ОКТ использует световые волны для сканирования ткани и создания трехмерного изображения, аналогично тому, как ультразвук создает изображения из звуковых волн.
Используя этот подход, исследователи получили изображения улитки в реальном времени в действии.
«ОСТ позволяет нам заглянуть в ушной канал, через барабанную перепонку и кость в улитку, и оценить, как она работает — неинвазивно и без боли», — сказал Джон Огалай, доктор медицины, профессор и заведующий кафедрой отоларингологии, хирургии головы и шеи и заведующий кафедрой медицины имени Леона Дж. Тайбера и Дэвида С. Альперта в Медицинской школе Кека.
«Что интересно в этом, так это то, что это позволяет нам изучать, как мозг управляет улиткой в режиме реального времени».
Используя этот инструмент, Огалай и его команда, включая соруководителей Патрисию Киньонес, научного сотрудника в лаборатории Огалая, Брайана Э. Эпплгейта, профессора отоларингологии и хирургии головы и шеи в Медицинской школе Кека, и Мэтью Дж. МакГинли, доцента Медицинского колледжа Бейлора, обнаружили, что у здоровых мышей активность улитки не меняется в краткосрочной перспективе. Но у мышей с генетической потерей слуха функция улитки увеличилась, что указывает на то, что мозг усиливает чувствительность улитки в ответ на долгосрочную потерю слуха.
Измерение функции улитки
Ведущая теория о нервах, которые посылают сигналы от мозга к улитке (известных как «эфферентные» волокна), заключается в том, что они контролируют реакцию улитки на звук на краткосрочной основе, подобно тому, как работают наши зрачки. Яркий свет заставляет зрачки сужаться, а стресс заставляет их расширяться. Может ли улитка действовать подобным образом?
Чтобы выяснить, реагирует ли улитка на краткосрочные стимулы, исследователи измерили активность улитки у мышей с помощью ОКТ. В то же время они отслеживали изменение состояний мозга у мышей, измеряя изменения размера зрачка. При изменении состояний мозга активность улитки оставалась прежней, что говорит о том, что внутреннее ухо не модулирует слух на краткосрочной основе.
Затем исследователи генетически изменили мышей, чтобы отключить нервы, передающие информацию от внутреннего уха к мозгу («афферентные» волокна), что привело к потере слуха. Используя ОКТ, они обнаружили, что улитка работала сверхурочно, чтобы компенсировать это.
«По мере того, как люди стареют и наши волосковые клетки отмирают, мы начинаем терять слух. Эти результаты показывают, что мозг может посылать сигналы оставшимся волосковым клеткам, по сути, приказывая им увеличить громкость», — сказал Огалай, который также является профессором биомедицинской инженерии в Школе инженерии Витерби при Университете Южной Калифорнии.
Следующим шагом станет клиническое исследование препаратов, блокирующих эфферентные волокна, что может снизить громкость у пациентов с гиперакузией, а также помочь в борьбе с шумом в ушах.
Улучшение диагностики
OCT также обещает улучшить диагностику и лечение нарушений слуха. Теперь, когда команда Огалаи адаптировала OCT для кохлеарной визуализации у бодрствующих мышей, они тестируют версию инструмента для пациентов в новом исследовании, финансируемом NIH.
В конечном итоге эта технология может позволить врачам диагностировать проблемы со слухом на основе физиологии, а не только результатов проверки слуха, и подбирать лечение с учетом индивидуальных потребностей.
«Это первый шаг к созданию инструмента, который позволит нам заглянуть в ухо пациента, выяснить, в чем проблема, и вылечить ее», — сказал Огалай.
