میکروفون کاشتنی برای کم‌ شنوایان ابداع شد

محققان دانشگاه MIT با ابداع میکروفون کاشتنی “UmboMic” که به طور کامل در داخل گوش قرار می‌گیرد، نیاز به اجزای خارجی ایمپلنت‌های حلزونی را حذف کرده‌اند.

به‌گزارش تک‌ناک، این دستگاه با تبدیل لرزش‌های امبو در پردۀ گوش به سیگنال‌های الکتریکی، کار می‌کند. این سیگنال‌ها تقویت و به الکترودهایی که عصب حلزونی را تحریک می‌کنند، ارسال می‌شوند. نتایج آزمایش‌های اولیه روی استخوان‌های گوش اجساد انسان امیدوارکننده بوده و آزمایش‌های بیشتری روی حیوانات در حال برنامه‌ریزی است.

در حالی که کاشت حلزون گوش در واقع به برخی از افراد ناشنوا امکان شنیدن می‌دهد، این ایمپلنت‌ها دارای اجزای خارجی مشکل‌ساز واقع در کنار سر هستند. با وجود این، به لطف یک میکروفون کاشتنی آزمایشی جدید، این موضوع ممکن است به زودی تغییر کند.

کاشت حلزون برای رفع آنچه به عنوان کم‌شنوایی حسی-عصبی شناخته می‌شود، مورد استفاده قرار می‌گیرد و زمانی رخ می‌دهد که انتهای عصب در حفرۀ حلزون گوش داخلی آسیب دیده باشد. این ایمپلنت آن پایانه‌های عصبی ناکارآمد را دور می‌زند و به صورت مستقیم خود عصب حلزون آسیب‌دیده را تحریک می‌کند.

در کاشت حلزون معمولی، اجزای خارجی شامل یک میکروفون و یک پردازشگر گفتار است، که صداها را در صدای دریافت شده توسط آن میکروفون تقویت می‌کند، همچنین یک سیم‌پیچ فرستنده دارد که روی پوست قرار می‌گیرد. اجزای کاشته شده شامل یک گیرنده است که سیگنال صوتی را از فرستنده دریافت می‌کند، یک محرک که آن سیگنال را به تکانه‌های الکتریکی تبدیل می‌نماید و الکترودهایی که از این تکانه‌ها برای تحریک عصب حلزون بهره می‌برند.

از آنجایی که اجزای خارجی تا حدی شکننده و مزاحم هستند، کاربران باید هنگام شنا، خواب، یا درگیر شدن در فعالیت‌های خشن مثل ورزش، آنها را خارج کنند. علاوه بر این، برخی از افراد ظاهر اجزای آن را نامناسب می‌دانند، تا جایی که ممکن است از کاشت ایمپلنت صرف نظر کنند.

در همین راستا میکروفون جدید “UmboMic” وارد می‌شود، چرا که نیاز به هرگونه اجزای خارجی را از بین می‌برد. با ترکیب فناوری توسعه یافته در مطالعۀ قبلی، نمونۀ اولیۀ این دستگاه توسط دانشمندان MIT، دانشگاه کلمبیا، دانشکدۀ پزشکی هاروارد و بیمارستان چشم و گوش ماساچوست وابسته به هاروارد ساخته شد.

طول این ایمپلنت کاملاً انعطاف‌پذیر و به اندازۀ یک دانه برنج است، ضخامت آن فقط 200 میکرومتر می‌باشد و از یک بُرد مدار چاپی ساخته شده، که بین دو لایه از یک مادۀ پیزوالکتریک زیست سازگار به نام پلی‌وینیلیدین دی فلوراید (PVDF) قرار گرفته است. مواد پیزوالکتریک در پاسخ به تنش مکانیکی اعمال شده، بار الکتریکی تولید می‌کنند.

این میکروفون به گونه‌ای طراحی شده است که در داخل گوش میانی کاشته شود و نوک مثلثی آن روی بخشی از پردۀ گوش به نام umbo قرار دارد. هنگامی که امواج صوتی وارد گوش می‌شوند، umbo به سمت داخل و خارج ارتعاش می‌کند و نوک UmboMic را در زمان انجام این کار به جلو و عقب خم می‌نماید. این عمل خمشی باعث می‌شود که دستگاه سیگنال‌های الکتریکی تولید کند.

هر چند این سیگنال‌ها کاملاً ضعیف هستند، چرا که umbo در زمان ارتعاش تنها چند نانومتر حرکت می‌کند. به همین دلیل استحکام آنها توسط یک تقویت‌کنندۀ یکپارچه تقویت می‌شود. این سیگنال‌های تقویت‌شده از یک سیم به سمت یک ماژول پردازندۀ کوچک کاشته شده در زیر پوست بالای گوش حرکت می‌کنند. سپس سیگنال‌های پردازش شده از آن مدول به الکترودهایی می‌روند که باعث تحریک عصب حلزون می‌شوند.

نکتۀ مهم این است که UmboMic همچنین برای به حداقل رساندن صدای الکتریکی که می‌تواند عملکرد آن را مختل کند، طراحی شده است.

یکی از لایه‌های PVDF بار الکتریکی مثبت و دیگری بار منفی تولید می‌کند. از آنجایی که تداخل الکتریکی بر هر دو بار به طور یکسان تأثیر می‌گذارد، تقویت‌کنندۀ دستگاه تفاوت بین این دو را کم و سیگنال کم شده را به پردازنده ارسال می‌کند.

پروفسور جفری لانگ از MIT، نویسندۀ ارشد مقاله‌ در مورد این دستگاه می‌گوید که آمپر تنها جزء سیستم است که به باتری نیاز دارد. علاوه بر این، می‌توان آن باتری را به صورت بی‌سیم از طریق یک شارژر خارجی در صورت نیاز شارژ کرد.

UmboMic تاکنون روی استخوان‌های گوش اجساد انسان آزمایش شده و نتایج امیدوارکننده‌ای به همراه داشته است. آزمایش روی حیوانات زنده قدم بعدی خواهد بود.

این مقاله به تازگی در مجلۀ Micromechanics and Microengineering منتشر شده است.