Ein Cochlea-Implantat, das drahtlos aufgeladen werden kann

Cochlea-Implantate – medizinische Geräte, die den Hörnerv elektrisch stimulieren – haben Hunderttausenden von Menschen weltweit, die sonst völlig taub wären, zumindest eingeschränktes Hören ermöglicht. Bestehende Versionen des Geräts erfordern jedoch, dass ein scheibenförmiger Sender mit einem Durchmesser von etwa einem Zoll am Schädel befestigt wird, wobei ein Draht sich zu einem gemeinsamen Mikrofon und einer Stromquelle schlängelt, die wie ein überdimensionales Hörgerät um das Ohr des Patienten aussieht.

Forscher am MIT Labor für Mikrosystemtechnik (MTL) hat zusammen mit Ärzten der Harvard Medical School und der Massachusetts Eye and Ear Infirmary (MEEI) einen neuen Signalverarbeitungschip mit geringem Stromverbrauch entwickelt, der zu einem Cochlea-Implantat führen könnte, das keine externe Hardware erfordert. Das Implantat würde drahtlos aufgeladen und würde bei jeder Ladung etwa acht Stunden lang laufen.

Foto mit freundlicher Genehmigung des MIT-Nachrichtenbüros



Die Forscher beschreiben ihren Chip in einem Papier, das sie diese Woche auf der International Solid-State Circuits Conference präsentieren. Der Hauptautor des Papiers – Marcus Yip, der im vergangenen Herbst seine Doktorarbeit am MIT abgeschlossen hat – und seine Kollegen Rui Jin und Nathan Ickes, beide am MIT, werden auch einen Prototyp eines Ladegeräts ausstellen, das an ein normales Mobiltelefon angeschlossen wird und die Signalverarbeitung aufladen kann Chip in etwa zwei Minuten.

Die Idee bei diesem Design ist, dass Sie ein Telefon mit einem Adapter verwenden können, um das Cochlea-Implantat aufzuladen, sodass Sie nicht eingesteckt werden müssen, sagt Anantha Chandrakasan, Joseph F. und Nancy P. Keithley Professor of Electrical Engineering und korrespondierender Autor zum neuen Papier. Oder Sie stellen sich ein intelligentes Kissen vor, das Sie über Nacht auflädt und am nächsten Tag einfach funktioniert.

ein Affe mit gutem Farbsehen

Adaptive Wiederverwendung

Bestehende Cochlea-Implantate verwenden ein externes Mikrofon, um Schall zu erfassen, aber das neue Implantat würde stattdessen das natürliche Mikrofon des Mittelohrs verwenden, das bei Cochlea-Implantat-Patienten fast immer intakt ist.

Das Design der Forscher nutzt den Mechanismus eines anderen medizinischen Geräts, das als Mittelohrimplantat bekannt ist. Empfindliche Knochen im Mittelohr, sogenannte Gehörknöchelchen, leiten die Schwingungen des Trommelfells an die Cochlea weiter, die kleine spiralförmige Kammer im Innenohr, die akustische Signale in elektrische umwandelt. Bei Patienten mit Mittelohrimplantaten ist die Cochlea funktionsfähig, aber eines der Gehörknöchelchen – der Steigbügel – vibriert nicht mit ausreichender Kraft, um den Hörnerv zu stimulieren. Ein Mittelohrimplantat besteht aus einem winzigen Sensor, der die Schwingungen der Gehörknöchelchen erkennt, und einem Aktuator, der den Steigbügel entsprechend antreibt.

Das neue Gerät würde denselben Sensortyp verwenden, aber das erzeugte Signal würde zu einem in das Ohr implantierten Mikrochip gelangen, der es in ein elektrisches Signal umwandelte und an eine Elektrode in der Hörschnecke weiterleitete. Die Senkung des Leistungsbedarfs des Wandlerchips war der Schlüssel zum Verzicht auf die am Schädel montierte Hardware.

Chandrakasans Labor bei MTL ist auf Low-Power-Chips spezialisiert, und der neue Wandler verwendet mehrere der Tricks, die das Labor im Laufe der Jahre entwickelt hat, wie z .

So finden Sie heraus, welches Gerät zu viel Strom verbraucht

Chandrakasan und seine Kollegen entwickelten aber auch eine neue Signalerzeugungsschaltung, die den Stromverbrauch des Chips um weitere 20 bis 30 Prozent reduziert. Der Schlüssel war, eine neue Wellenform zu spezifizieren – das grundlegende elektrische Signal des Chips, das moduliert wird, um akustische Informationen zu kodieren – das energieeffizienter zu erzeugen ist, aber den Hörnerv immer noch in geeigneter Weise stimuliert.

Überprüfung

Die Wellenform basierte auf früheren Forschungen mit simulierten Nervenfasern, aber die MIT-Forscher haben sie auf Cochlea-Implantate zugeschnitten und eine energiesparende Möglichkeit gefunden, sie in Hardware zu implementieren. Zwei ihrer Mitarbeiter am MEEI – Konstantina Stankovic, eine Ohrchirurgin, die die Studie gemeinsam mit Chandrakasan leitete, und Don Eddington – testeten es an vier Patienten, die bereits Cochlea-Implantate trugen, und stellten fest, dass es keine Auswirkungen auf ihr Hörvermögen hatte. In Zusammenarbeit mit einer anderen Mitarbeiterin am MEEI, Heidi Nakajima, haben die Forscher außerdem gezeigt, dass der Chip und der Sensor in der Lage sind, Sprache, die in das Mittelohr einer menschlichen Leiche gespielt wird, aufzunehmen und zu verarbeiten.

Es ist sehr cool, sagt Lawrence Lustig, Direktor des Cochlear Implant Center an der University of California in San Francisco. Ein Hörverlust ist viel stärker stigmatisiert als ein Sehverlust. Die Leute würden also schon aus diesem Grund sehr daran interessiert sein, das Äußere zu verlieren. Aber dann gibt es auch den zusätzlichen funktionalen Vorteil, dass Sie es nicht abnehmen müssen, wenn Sie sich in der Nähe von Wasser befinden oder sich Sorgen machen, dass Komponenten verloren gehen, kaputt gehen oder gestohlen werden. Es gibt also auch einige wichtige praktische Überlegungen.

Lustig weist darauf hin, dass das neue Cochlea-Implantat eine komplexere Operation erfordern würde als bestehende Implantate. Eine aktuelle Cochlea-Implantat-Operation dauert eineinhalb Stunden, sagt er. Ich vermute, dass die ersten Operationen drei bis vier Stunden dauern werden. Er bezweifelt jedoch, dass dies ein großes Hindernis für eine Adoption sein würde. Da wir immer besser und besser werden, wird sich diese Zeit verkürzen, sagt er. Und drei bis vier Stunden sind immer noch eine relativ unkomplizierte Operation. Ich gehe nicht davon aus, dass das Verfahren ein großes zusätzliches Risiko eingeht.

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