(Italiano) l’impianto cocleare e le basse frequenze (PARTE I)

Estratto da L'audioproresista (*) numero 43 (dicembre 2017)

(*) rivista TECNICO-SCIENTIFICA dell'udito organo ufficiale del Comparto audioprotesico italiano, dell’Ana, Associazione Nazionale Audioprotesisti, e dell’Anap, Associazione Nazionale Audioprotesisti Professionali Membro dell’Associazione europea degli Audioprotesisti

Nell’ambito degli impianti cocleari (IC), è comune sentir parlare dell’importanza delle “basse frequenze” per il raggiungimento di una buona qualità di ascolto; altrettanto comune è la scelta di protesizzare l’orecchio controlaterale all’IC(protesizzazione bimodale) perché “l’impianto lavora bene sulle frequenze acute mentre la protesi su quelle gravi”. Eppure mediamente gli IC oggi gestiscono un campo frequenziale che va dai dai 100 agli 8000 Hz ed è facilmente dimostrabile che i portatori di impianto rispondano agli stimoli su tutto quel campo frequenziale: in che senso allora l’IC “lavora male sulle frequenze gravi”?

Per rispondere a questa domanda, è necessario ricordare che l’orecchio interno codifica i suoni a bassa frequenza nella sua porzione apicale e che lo fa in maniera diversa rispetto a quelli a frequenza elevata: mentre infatti la base della coclea, laddove vengono codificati i suoni acuti, lavora principalmente tramite il ben noto principio tonotopico o spaziale, l’apice della coclea utilizza una DOPPIA codifica, spaziale e temporale.

Quando un suono raggiunge i fluidi endococleari, la membrana basilare(suoni acuti) viene messa in movimento in un preciso punto (codifica spaziale), vibrando alla medesima frequenza del suono in ingresso. Questo causa la deflessione delle cellule ciliate interne di quella porzione cocleare e la conseguente attivazione della popolazione neurale sottostante. Se invece il suono in questione è a bassa frequenza(suoni gravi), quindi una vibrazione “lenta”, la popolazione neuronale interessata genererà impulsi elettrici in media con la stessa frequenza (codifica temporale); questo significa, per esempio, che a fronte di una vibrazione della membrana basilare di 500 volte al secondo (500 Hz) la scarica neurale media sarà di 500 impulsi al secondo e tale codifica temporale contribuirà, insieme a quella tonotopica, alla corretta percezione del suono grave. Insomma, quando lavora a basse frequenze il nervo acustico “tiene il tempo”. (FIG. 1)

FIG. 1 Schematizzazione di come, l’attività di un gruppo di neuroni afferenti ad una cellula ciliata sia in grado di codificare la temporalità di uno stimolo. non è infatti il singolo neurone a codificare tale messaggio ma l’attività congiuntadi più fibre neurali.

Questo meccanismo viene definito “codifica della struttura fine del suono” e funziona mediamente fino ai 1000 Hz, scomparendo gradualmente fra i 1000 e i 2000 Hz in quanto le fibre nervose, per frequenze superiori, non riescono più a “tenere il tempo” ma vanno incontro al fenomeno della refrattarietà che limita la loro frequenza di scarica. (FIG. 2)

Scarica del nervo acustico a fronte di una stimolazione periodica. a sinistra, a fronte di uno stimolo “lento” a 300 Hz, il nervo risponde con spike sincroni allo stimolo. al centro, per uno stimolo a 1000 Hz la sincronia incomincia ad indebolirsi fino a perdersi completamente a destra, per uno stimolo a 10.000 Hz.


La fisiologica stimolazione delle basse frequenze è stata scarsamente riprodotta negli impianti cocleari in quanto:
gli elettrodi utilizzati coprono per lo più il giro basale, senza arrivare a stimolare la porzione apicale della coclea;
i rate di stimolo elettrici utilizzati sono elevati (mediamente maggiori di 1000 impulsi al secondo) e fissi qualsiasi sia la frequenza del suono che si intende riprodurre. Il nervo viene quindi forzato a lavorare alle sue massime frequenze di scarica, perdendo la sincronia temporale.
Queste due limitazioni fanno sì che tutto il campo di frequenze gestito dall’impianto (100-8000 Hz) sia riproposto nella porzione basale della coclea e senza codifica della struttura fine: di conseguenza tutti i suoni saranno sì percepiti ma, “trasportati” verso le frequenze acute

qualcosa di molto simile ma opposto a quello che fanno le protesi acustiche traslando il campo frequenziale verso i gravi! Recenti studi su portatori di impianto con sordità monolaterale (in grado di confrontare precisamente le sensazioni generate dall’impianto con quanto percepito nell’orecchio normoacusico) mostrano come un elettrodo che copra solo il giro basale mediamente non permetta di percepire correttamente pitch inferiori ai 650 Hz. [2]

Capiamo allora come l’impianto permetta sì al paziente di sentire le frequenze gravi ma percependole in maniera estremamente acuta e senza quella codificatemporale, fondamentale in fenomeni quali l’ascolto della musica, l’ascolto del parlato in presenza di rumore e la localizzazione del parlato stesso. Partendo da questi presupposti è evidente come una protesizzazione bimodale ,ove possibile, integri informazioni carenti dal lato impiantato; altrettanto vero è però come, le più recenti tecnologie nell’ambito implantologico, abbiano migliorato notevolmente la resa delle frequenze gravi da parte degli IC... (**)"

(**) argomento che tratteremo nel prossimo articolo 😉

  1. Daniel Geisler - From sound to synapse:
    Physiology of the Mammalian ear - Oxford
    university Press 1998.
  2. Mcdermott H, sucher c, simpson a -
    electro-acoustic stimulation. acoustic and
    electric pitch comparisons - Otology &
    neurotology 35(10):1773-9 - dicembre 2014.
  3. Robert V. shannon - Multichannel
    electrical stimulation of the auditory nerve
    in man. i. Basic psychophysics - Hearing
    Research, 1 i (1983) 157-189.

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