Variando el número de electrodos activos y la velocidad de estimulación por canal en pacientes con prótesis coclear con estrategia CIS.

Leonor Aronson (Departamento De Implante Coclear – Fundación Arauz)
Alicia Cansler (Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas)
Marina Alietti (Departamento de Implante Coclear del Hospital Ramos Mejia Buenos Aires, Argentina)

Abstract

Se evaluó la percepción del habla en pacientes adultos postlinguales implantados con los sistemas Combi 40 (C40) y Combi 40+ (C40+) utilizando la estrategia CIS, variando el número de electrodos activos y la frecuencia de repetición del estímulo por canal.
En el sistema C40 es posible activar hasta 8 electrodos a una frecuencia de repetición por canal (frc) de 1515 pulsos por segundo (pps) dando por lo tanto una frecuencia de repetición total para todo el arreglo de electrodos (frt) de 12120 pps. En el sistema C40+ es posible activar hasta 12 electrodos a la misma frecuencia de repetición de 1515 pps dando un total de 18180 pps para el arreglo completo de electrodos.
En este estudio participaron 7 pacientes: cuatro de ellos utilizan el sistema C40 y tres el sistema C40+ .
Los pacientes podían comprender el habla sin ningún apoyo visual, utilizando solamente el procesador de sonidos de su prótesis, desde 1-2 meses después del primer ajuste (encendido) del mismo. Los tests que se realizaron para este estudio fueron suministrados a los pacientes cuando todos ellos tenían valores estables de umbrales de percepción y niveles de máximo confort y utilizaban su implante regularmente.
Se realizaron dos series de experiencias de estimulación: en la primera el número de electrodos activos se varió entre 2 y 8 para el C40 y entre 2 y 12 para el C40+ y se mantuvo constante la frecuencia de repetición por canal (frcc) en 1515 pps; en otra serie de experiencias se varió el número de electrodos activos de la misma manera, pero la frecuencia de repetición por canal se incrementó (frci) de modo de mantener constante la frecuencia de repetición total en 12120 ó en 18180 respectivamente.
Los pacientes fueron testeados con una batería especialmente diseñada para este propósito la que incluye: identificación de consonantes en contexto vocálico /VCV/, monosílabos, bisílabos, transiciones formánticas y habla fluida.

Para la mayoría de los pacientes, los porcentajes de respuestas correctas que se obtienen, aumentan cuando el número de electrodos activos crece de 3 a 6, para las dos condiciones de estimulación. Electrodos adicionales por arriba de 6 no producen mejoras significativas en los resultados. Los resultados que se obtuvieron en la condición frci parecen indicar que por debajo de 6 electrodos activos, el aumento de la frecuencia de repetición por canal no compensa la reducción del número de electrodos activos. Esto es: el detrimento de la información espectral no es compensada por el incremento de las pistas temporales. Los resultados de los tests frci son similares a los resultados de los tests frcc para el mismo número de electrodos activos (excepto para los tests de discriminación de consonantes), lo que podría indicar que la frecuencia de repetición por arriba de 1515 pps no tendr;ia efectos significativos en la percepción del habla. Esta última observación sugiere que los pacientes podrían ser capaces de utilizar las pistas temporales hasta un cierto valor límite particular de la frecuencia de repetición de la estimulación que no sería necesariamente la más alta provista por el sistema.

Introducción

La gran variabilidad de los beneficios que se obtienen entre los pacientes implantados con prótesis multicanal depende de varios factores entre los que el número de electrodos activos necesarios para optimizar la discriminación del habla parece ser uno de los más difíciles de analizar.
Dorman y Loizou han estudiado la identificación del habla en oyentes normales cuando el material de estímulo fué procesado mediante un "software" que simulaba el procesamiento de las señales de un sistema de implante coclear (1) y concluyeron que se obtenían altos niveles de rendimiento utilizando pocos canales de estimulación, dependiendo de la naturaleza del material testeado. Para lograr rendimiento asintótico en la identificación de vocales eran necesarios 8 canales y para oraciones, 5 canales. Los autores concluyeron que 8 electrodos pueden proveer la información suficiente para que pacientes implantados puedan alcanzar niveles de comprensión del habla similares a los que se obtienen con estimulación acústica en oyentes normales (2) .
Fishman y colaboradores (3) midieron el reconocimiento del habla en funcion del número de electrodos usando la estrategia Speak. Reportaron que pacientes con un sólo electrodo activo tenían pobre rendimiento independientemente del material de habla usado pero que aumentando el número de electrodos activos de 1 a 4, aumentaban los niveles de comprensión. No hallaron diferencias en los niveles de reconocimiento promedio para ningún tets, cuando los pacientes utilizaban su procesador con 7, 10 ó 20 electrodos activos.
De acuerdo con estos autores, no está claro en qué medida el rendimiento de un paciente con implante coclear se debe al número de electrodos activos y en qué medida se debe a otras mejoras en el procesado de la señal.

Brill y colaboradores (4) investigaron la interrelación entre el número de electrodos activos y la frecuencia de estimulación por canal en pacientes que utilizan la estrategia CIS (Continuous Interleaved Sampling) (5-6). Ellos han reportado que la utilización del máximo número de electrodos posible no provee necesariamente la mejor inteligibilidad del habla y sugieren que podría ser apropiado elegir los 6 mejores electrodos para cada paciente y estimularlos a altas velocidades de repetición.
El presente trabajo intenta estudiar la influencia en el reconocimiento del habla de ambos parámetros: número de electrodos activos y velocidad de repetición por canal en pacientes que utilizan la estrategia CIS en los sistemas mencionados, C40 y C40+.
La estrategia CIS está basada en una estimulación no simultánea intercalada que ofrece una representación espectral de la señal del habla a un arreglo de electrodos, a una alta velocidad de estimulación sobre cada electrodo. En los sistemas Combi se libran pulsos bifásicos a una velocidad de estimulación constante de 1515 pps por electrodo (7) lo que significa que para el sitema C40 (8 electodos), se libran un total de 12120 pps al arreglo completo de electrodos y para el C40+ (12 electrodes), 18180 pps (8). Las amplitudes de los pulsos bifásicos librados a cada electrodo son proporcionales a las envolventes de las forma de ondas filtradas en bandas (tantas bandas como electrodos activos). Cuando se desactivan electrodos , la frecuencia de repetición aumenta (por defecto) de modo de mantener constante la frecuencia de repetición total (frt) y el ancho de banda de cada filtro activo aumenta, es decir cada electrodo recibe la información de una región más ancha del espectro de la señal. Por otra parte, si un electrodo se desactiva es posible controlar la frecuencia de repetición por canal de modo que no aumente, sino que por ejemplo se mantenga constante.

El número de electrodos activados podría mejorar la resolución espectral de la señal y por lo podría tener influencia en la discriminación del habla. La alta velocidad de estimulación podría ofrecer una mejor resolución temporal de la señal lo que significa una mejor representación de las variaciones temporales finas del habla.
Entonces, para estudiar la influencia de ambos parámetros en la comprensión del habla, número de electrodos activos y frecuencia de repetición sobre cada electrodo, se planearon dos series de experimentos. En la primera serie, se varió el número de electrodos activos desde 2 hasta 8 en el C40 y desde 2 hasta 12 en el C40+ y la frecuencia de repetición por canal se mantuvo constante en el valor 1515 pps. Esta condición se llamó frecuencia de repetición por canal constante (frcc). En la segunda serie de experimentos se varió el número de electrodos activos de la misma manera pero la frecuencia de repetición por canal se incrementó para mantener constante la frecuencia de repetición total en 12120 (40) o en 18180 (C40+) pps respectivamente. Esta condición se llamó frecuencia de repetición por canal incrementada (frci).

Material y Método

Sujetos
En este estudio participaron siete sujetos adultos postlinguales. Todos tenían reconocimiento del habla en formato abierto aproximadamente 1-2 meses después del primer ajuste del procesador de sonidos. Las características de cada paciente figuran en la Tabla 1.
El paciente No1 tiene 69 años y es ciego-sordo, ciego desde los 25 años y sordo desde los 51 años. Todos los pacientes tienen inserción completa del arreglo de electrodos pero en los pacientes No2 y No4, el electrodo 8 se desconectó debido a altos valores de la impedancia.
Cuando los tests comenzaron, todos los pacientes tenían por lo menos 8 meses de experiencia en el uso del dispositivo de implante, tenían valores estables de umbral de
percepción y máximo confort, rangos dinámicos similares en sus electrodos activos y utilizaban su prótesis de manera regular diariamente. Durante el tiempo que duró este estudio, no se realizaron cambios en los parámetros eléctricos de los procesadores de ningún paciente.

Material de habla
El material de habla que se utilizó para testear a los pacientes es una batería que se diseñó especialmente para este estudio. La batería, BatteCoch (10), consta de cinco items: reconocimiento de monosílabos: se utilizaron cinco listas de 20 palabras cada una; identificación de consonantes: trece consonantes /s, f, j, p, b, t, d, c, g, l, m, n, rr/ en contexto /VCV/ con V = /a/; identificación de transiciones de formantes de vocales: incluye 18 combinaciones usadas en nuestro idioma, /ae, ai, ao, au, ea, ei, eo, eu, ia, ie, io, iu, oa, oe, oi, ua, ue, ui/. Se utilizaron 20 listas de 18 palabras cada una, conteniendo las transiciones mencionadas; reconocimiento de oraciones de uso diario: se utilizaron 20 listas de 12 oraciones afirmativas e interrogativas cada una; habla fluida: se midió como palabras por minuto usando 100 textos de aproximadamente 90 palabras cada uno. Cada test se realizó con un texto completamente desconocido para el paciente.
Para cada una de las dos series de experimentos, los pacientes fueron medidos utilizando una sola lista de cada item. Se utilizó un material muy variado de modo de brindar a los pacientes un material no redundante excepto, para la identificación de las consonantes.
Método
Como se mencionó, se realizaron dos series de experimentos. En el primero se redujo el número de electrodos activos desde 8 hasta 2 para el C40 y de 12 a 3 en el C40+. La frecuencia de repetición por canal (frc) se mantiene constante en 1515 pps y por lo tanto la frecuencia de repetición total (frt) decrece cuando se desconectan electrodos.
Como ejemplo: si todos los electrodos estan activos en el sistema C40, la frt es de 12120 pps. Si se desconectan dos electrodos (quedan 6 activos) y se mantiene constante la frecuencia de repetición por canal en 1515 pp, la frecuencia de repetición total será de 1515 x 6 = 9090 pps. En la segunda serie de experimentos, cuando se desconectan electrodos la frecuencia de repetición por canal aumenta de modo el la frecuencia de repetición total se mantiene constante. El electrodo más basal y el más apical se mantuvieron siempre conectados (4) para preservar el ancho de banda del espectro de la señal a lo largo de todo el arreglo de electrodos insertados.

En la Tabla II se muestra el patrón de desconexiones: en la primera columna figura el número de electrodos desconectados; en la segunda columna la configuración de electrodos desconectados. Siempre que fué posible, los electrodos se desactivaron de modo de mantener una distribución de electrodos activos, igualmente espaciada.
El material de habla se presentó a viva voz, utilizando voz femenina, a 2 metros del paciente, en un ambiente tranquilo. El paciente usaba su procesador de sonidos con el programa de uso cotidiano, colocando el nivel del volumen y sensibilidad de modo que la señal de habla le resultara confortable. Los estímulos se presentaron una vez, sin entrenamiento y sin apoyo visual. Los tests se administraron comenzando por el material con menor dificultad hacia los más complejos. Esto es: primero la lista de oraciones de uso cotidiano, luego las transiciones formánticas, lista de monosílabos, e identificación de consonantes. El test de habla fluída se realizó en último lugar para permitir al paciente experimentar por algunos minutos, la condición de estimulación. La presentación de las condiciones de experimentación en lo que se refiere a número de electrodos activos fué al azar, para minimizar los efectos de entrenamiento.

Resultados y Discusión
Los resultados promedio y desviaciones standard obtenidos para todos los tests, se presentan en las Figuras 1 a) y b) a Figura 5 a) y b) para el C40 y C40+ . respectivamente. En las abcisas se indican el número de electrodos activos y la frecuencia de repetición por canal que resulta de reducir el número de electrodos activos en la condición frci. En las ordenadas se indican los porcentajes de respuestas correctas y para el test de habla fluída se indica la cantidad de palabras por minuto (ppm). Los cuadrados representan los resultados de los tests frci y los círculos representan los resultados de los tests frcc (manteniendo constante la frecuencia de repetición en 1515 pps).
Para diferente número de electrodos desconectados, columna 1 de la Tabla II, se testeó al menos una configuración de electrodos no activos, columna 2 de la Tabla II; pero los resultados que figuran en este estudio corresponden, para cada configuración a aquellos para los cuales los scores producidos eran los más altos.
Para menos de 3 electrodos activos, no se consignan resultados porque la mayoría de los pacientes rehusaron realizar los tests, aduciendo que la calidad de la señal percibida era muy pobre. Varios paciente reportaron percibir un " permanente y molesto ruido eléctrico" cuando se activaban sólo 3 electrodos a altas velocidades de estimulación.
Los resultados de los test de identificación de consonantes se muestran en la Figura 1 a) y b) para el C40 y C40 + respectivamente. Para el C40 la condición frci es significativamente mejor que la condición frcc hasta 7 electrodos activos. Los scores mejoran hasta el máximo de electrodos disponibles para ambas condiciones. Esto podría indicar que los pacientes están haciendo uso de pistas temporales y espectrales. Con el C40+ los resultados para 3 y 4 electrodos activos en la condición frcc parecen ser mejores que para la condición frci; para 5 a 12 electrodos activos, los resultados son mejores para la condición frci. Esto podría deberse al hecho de que estos pacientes no se están beneficiando con la velocidad de estimulación muy alta. Los scores para la condición frci alcanzan el máximo valor para 9 electrodos activos; electrodos adicionales
no parecen ser de ayuda, indicando quizá que los pacientes no están usando la información espectral completa provista por el sistema. Sin embargo, en la condición frcc los pacientes se benefician cuando el número de electrodos activos aumenta hasta el máximo provisto por el sistema aunque los scores con 12 electrodos son sólo 8% mejor que scores con 8 electrodos. Es interesante notar que con sólo 3 electrodos para ambos sistema y para ambas condiciones de estimulación los pacientes alcanzaron altos porcentajes de respuestas correctas en la identificación de consonantes, a pesar de la complejidad del tests. Esto podría demostrar la utilización de sólo pistas temporales podría ser suficiente para la identificación de las consonantes.
Para monosílabos, con el sistema C40 (ver Figura 2a) los porcentajes de respuestas correctas aumentan cunado aumenta el número de electrodos activos hasta el máximo de electrodos del sistema, para ambas condiciones de estimulación. El valor medio de identificación de palabras aumenta de 56% con 3 electrodos activos hasta 91% con 8 electrodos para la condición frci y de 47% con 3 electrodos a 87% con 8 electrodos para la condición frcc. También para ests test, los pacientes hacen uso de la información espectral completa provista por el sistema. Los resultados con el C40+ , (ver Figura 2 b), producen un patrón muy irregular para ambas condiciones y valores altos de desviación standard, especialmente para la condición frcc. Sin embargo, parece ser mejor que la condición frci. Valores promedios de identificación de palabras van desde 20% con 3 electrodos a 83% con 12 electrodos para la condición frci y desde 25% con 3 electrodos a 83% con 12 electrode en el test frcc. Este es un también un test complejo en nuestro idioma.
Una de las ventajas más grandes de la alta velocidad de estimulación es quizá la influencia que ejerce en la percepción de transiciones vocálicas. Con sólo 3 electrodos activos, los pacientes alcanzan muy altos porcentajes de respuestas correctas para
ambas condiciones, con ambos sistemas como se ve en las Figuras 3 a) y b). Con el C40, la condición frci produce 80% de respuestas correctas con 3 electrodos y 95% con 7 electrodos. En la condición frcc, los porcentajes son del 56% con 3 electrodos y electrodos adicionales producen resultados similares los obtenidos con frci. Para ambas condiciones por arriba de 7 electrodos no se producen aumentos en los porcentajes de respuestas correctas. El hecho de que los scores en frci son más altos que los obtenidos en frcc con 3 electrodos, podrían indicar que para las transiciones formánticas en vocales, las pistas temporales compensan la pobre información espectral. En el C40+ los scores en la condición frci son ligeramente mejores que los frcc. Electrodos adicionales por arriba de 8-9, no producen mejores resultados.

Para las oraciones de uso diario, con el C40 (ver Figura 4 a), los pacientes alcanzan el máximo de percepción, 95 - 100% de respuestas correctas, usando 5 electrodos con frci y 7 electrodos con frcc respectivamente. Los scores son similares para ambas condiciones. En ambos casos los pacientes alcanzan 80 - 90% de respuestas correctas con sólo 3 electrodos. Con el C40+, como se ve en la Figura 4 b), los pacientes alcanzan el 100% de respuestas correctas con 7 electrodos activos en la condición frci y con 9 en la condición frcc. Hasta 7 electrodes, frci es mejor que frcc pero más allá de 7 electrodos ambas condiciones son similares. Esto estaría mostrando que la alta velocidad de estimulación es muy útil para la comprensión del habla cuando se activan pocos electrodos. El aumento del número de electrodos activos hace la alta velocidad de estimulación menos útil.
Los resultados obtenidos para los test de habla fluída se muestran en las Figuras 5 a) y b). Los scores (11) se midieron en palabras por minuto (ppm). Para el C40, los resultados son similares para ambas condiciones de estimulación. Los scores alcanzan 71 ppm con 6 electrodos en frci y 62 ppm con 7 electrodos en frcc. Para el C40+, las diferencias observadas para ambas condiciones de estimulación no son significativas. Los valores de ppm aumentan al aumentar el número de electrodos activos hasta 9 electrodos.
Es interesante notar que con sólo 3 electrodos activos, para todos los tests excepto el de identificación de consonantes, los resultados son mejores para pacientes que utilizan el sistema C40 que para los que utilizan el C40+. Este resultado podría indicar que los pacientes que utilizan programas de 12 electrodos activos se ven mas afectados por la reducción de electrodos activos que los pacientes que utilizan programas con 8 electrodos.
Para todos los tests, se observan mejoras en el rendimiento cuando el número de electrodos activos aumenta de 3 a 8 para los dos sistemas. Por arriba de 8 electrodos no se observa un aumento significativo en los porcentajes de respuestas correctas. Este resultado coincide con el observado por Dorman (1, 2), Fishman (2) y Brill (3). Esto parecería indicar que los pacientes no utilizan la información espectral completa provista por el sistema C40+ quizá debido a varias limitaciones individuales tales como población neuronal superviviente y experiencias personales entre otras. La información espectrral parecería ser útil hasta 8 electrodos y las pistas temporales parecen ser muy útiles cuando muy pocos electrodos están activados. Canales adicionales por arriba de 8 electrodos parecen no contribuir a brindar información espectral de la señal entrante. Pero es importante señalar que aun cuando no se registren aumentos en los porcentajes de respuestas correctas por arriba de 8 electrodos, los pacientes refieren que la calidad de la señal percibida aumenta cuando utilizan mapas de más de 8 electrodos activos.

Los resultados de los tests en la condición frci parecen mostrar que por debajo de 6 electrodos, el aumento de la frecuencia de repetición por canal no compensa la reducción en el número de electrodos activos (ver en los gráficos el descenso brusco en los porcentajes obtenidos). Esto significa que el detrimento en la información espectral no es compensada por el incremento en la resolución de pistas temporales. Sin embargo, los pacientes son capaces de responder para la mayoría de los tests con sólo 3 electrodos activos lo que da cuenta de la utilidad de la alta velocidad de repetición como se mencionó anteriormente.
Los scores producidos en la condición frcc, cuando el único cambio en la estimulación es producido por el número de electrodos activos, son cercanos o iguales a los producidos en la condición frci: los pacientes son capaces de alcanzar altos scores con sólo 4 electrodos estimulados a 1515 pps. Esto sugiere que los resultados son menos influenciados por la velocidad de estimulación que por el número de electrodos activos, lo que significa que los pacientes harían uso de las pistas temporales hasta un cierto valor individual de la frecuencia de repetición por canal el que no es necesariamente el máximo provisto por el sistema. No obstante, para el mismo número de electrodos, todos los pacientes prefieren la condición frci sobre la frcc. Ellos refieren que la calidad del sonido producido por la alta velocidad de repetición es mejor, son capaces de percibir más detalles de la señal, aun cuando la frecuencia de repetición no sea necesariamente la más alta posible. La paciente _ 3 reporta que ella prefiere un mapa con 8 electrodos con una frecuencia de repetición por canal de 1300 pps; el paciente _ 5, también prefiere una frecuencia de repetición menor a 1500 pps.
Se planeó y se está realizando un estudio sistemático para investigar la influencia de la frecuencia de estimulación por canal en el reconocimiento del habla.
Otra observación interesante es que los resultados que se han obtenido en este estudio dependen fuertemente de la configuración de electrodos activos. Como ya se mencionó, los resultados que aqui se consignan son los más altos que se obtuvieron de entre diferentes patrones de desconexión, todos ellas con el mismo número de electrodos. Lo que se quiere significar, es que no resulta lo mismo desconectar 3 electrodos, por ejemplo #2, #5 y #6 que desconectar #3, #7 y #8. No sólo los resultados difieren notablemente sino los comentarios de los pacientes acerca de las diferencias en la percepción. La influencia en la discriminación del habla producida no sólo por cuántos electrodos se desconecten sino cuáles, se presentará en un trabajo próximo. Es sumamente interesante estudiar las sustituciones que se producen en el test de identificación de consonantes al utilizar diferentes patrones de desconexión de electrodos.
Los porcentajes valores más altos que se obtuvieron con 3 electrodos se alcanzaron para las transiciones formánticas y las oraciones de uso diario, para ambos sistemas. Comparando las dos condiciones de estimulación con sólo 3 electrodos activos, para el sistema C40, la condición frri produce mejores resultados que la frcc para casi todos los tests realizados. Sin embargo, para el C40+ , la condición frci es sólo mejor para los tests más sencillos: la condición frcc produce mejores resultados para los monosílabos y tests de identificación de consonantes. Aun cuando los paciente del C40+ refieren que con sólo 3 electrodos activos y frecuencias de repetición de 6060 pps la calidad de la señal es " sonora y chillona y muy difícil de entender" , ellos pudieron bajo esta condición alcanzar altos scores para tests de poca dificultad como los de habla con léxico contextual. Como sólo se midieron 3 pacientes con el C40+, no es claro si este resultado es debido a sus condiciones particulares.
Este estudio apunta a investigar la influencia del número de electrodos activos y la frecuencia de repetición en la percepción del habla en situaciones de ambiente tranquilo. Se deberá continuar el trabajo midiendo un número mayor de pacientes y realizando mediciones para distinta relaciones señal/ruido para completar y clarificar los resultados obtenidos.

REFERENCIAS
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