Počítačový model ucha může pomoci vylepšit kochleární implantáty

Člen Učené společnosti prof. Pavel Jungwirth se svými kolegy z Ústavu organické chemie a biochemie AV ČR a z rakouské firmy na kochleární implantáty MED-EL publikoval v časopise Hearing Research kompletní počítačový model ucha. Pomocí něho lze modelovat sluch savců včetně člověka, a to od vnějšího ucha až po sluchový nerv. Díky tomu bude možné nejen lépe studovat lidské ucho, ale v budoucnu také zdokonalovat a lépe nastavovat sluchadla a kochleární implantáty.

Podrobná konstrukce modelu založená na aktuálních experimentálních datech umožňuje zkoumat dílčí mechanismy sluchu a jejich poruchy, včetně genetických, molekulárních a mikroskopických faktorů. Odborníci se díky tomu můžou dozvědět víc o detailních mechanismech různých forem sluchového postižení a otevírá se i cesta k vylepšení sluchadel a kochleárních implantátů. Počítačový model ucha totiž umožňuje získat údaje, které jsou experimentálně jen těžko dostupné. Fyzické měření na lidském uchu by bylo příliš invazivní a jediné, co se proto dosud nabízelo, bylo využití zvířecích modelů. Počítačové modelování navíc umožňuje porozumět systému jako celku.

Pavla Jungwirtha k výzkumu motivovaly i potíže, které má se sluchem jeden z jeho synů.

Počítačový model periferního sluchového systému podrobně mapuje, jak se přicházející zvuk převádí na mechanické vibrace ve středním a vnitřním uchu, následně na elektrické vzruchy vnějších a vnitřních vláskových buněk, aby se nakonec proměnil prostřednictvím působení neurotransmiterů na sérii elektrických impulzů ve sluchovém nervu. Ty se pak převádějí do centrální nervové soustavy. 

Proč se fyzikální chemik Pavel Jungwirth pustil do výzkumu, který na první pohled tematicky nezapadá do práce jeho vědecké skupiny v ÚOCHB? „Směs bláznovství a osobních důvodů,“ vysvětluje: „Můj mladší syn Matěj má závažné sluchové postižení a já jsem chtěl té problematice lépe porozumět. Kromě toho jsem si uvědomil, že v lidském uchu je přenos informace zprostředkován iontovými proudy vápníku a draslíku, což je přesně naše výzkumná parketa.“

V roce 2011, kdy se do projektu pouštěl, naivně věřil, že je to práce maximálně na tři roky. Vše začalo spoluprací s Pavlem Mistríkem z firmy MED-EL, která využívá počítačové modely k vývoji kochleárních implantátů. Výzkum pomohl dotáhnout do zdárného konce až po celých dvanácti letech Jungwirthův talentovaný student Ondřej Ticháček.

Počítačový model ucha založený na programovacím jazyku a numerickém výpočetním prostředí MATLAB je teď k dispozici široké vědecké komunitě. Může jej také použít každý, kdo má zájem modelovat různé typy sluchových poruch nebo se soustředí na otázku, jak tyto vady kompenzovat sluchadly nebo kochleárními implantáty. 

S využitím tiskové zprávy ÚOCHB AV ČR

Původní článek: Tichacek, O.; Mistrík, P.; Jungwirth, P. From the outer ear to the nerve: A complete computer model of the peripheral auditory system. Hear. Res. 2023, 440, 108900.
https://doi.org/10.1016/j.heares.2023.108900

Prof. Pavel Jungwirth, 2. místopředseda Učené společnosti, Distinguished Chair a vedoucí skupiny Molekulové modelování v ÚOCBH AV ČR. Foto Tomáš Belloň, ÚOCHB