Los implantes cocleares (los primos protésicos neuronales de los audífonos estándar) pueden ser una gran ayuda para las personas con pérdida auditiva profunda. Pero muchos usuarios potenciales se sienten desanimados por el engorroso hardware externo del dispositivo, que debe llevarse puesto para procesar las señales que pasan a través del implante. Por eso, los investigadores han estado trabajando para crear un implante coclear que se asiente completamente dentro del oído, para restaurar el habla y la percepción del sonido sin las restricciones de estilo de vida impuestas por los dispositivos actuales. Un nuevo micrófono biocompatible ofrece un puente hacia tales implantes cocleares completamente internos. El micrófono, del tamaño de un grano de arroz, está hecho de un material piezoeléctrico flexible que mide directamente el movimiento del tímpano inducido por el sonido. La sensibilidad del diminuto micrófono es igual a la de los mejores audífonos externos actuales. Los implantes cocleares crean una nueva vía para que los sonidos lleguen al cerebro. Un micrófono externo y un procesador, que se llevan detrás de la oreja o en el cuero cabelludo, recogen y traducen los sonidos entrantes en señales eléctricas, que se transmiten a un electrodo que se implanta quirúrgicamente en la cóclea, en lo profundo del oído interno. Allí, las señales eléctricas estimulan directamente el nervio auditivo, enviando información al cerebro para que la interprete como sonido. Pero, dice Hideko Heidi Nakajima, profesora adjunta de otorrinolaringología en la Facultad de Medicina de Harvard y Massachusetts Eye and Ear, «a la gente no le gusta el hardware externo». No pueden usarlo mientras duermen, o mientras nadan o hacen muchas otras formas de ejercicio, por lo que muchos candidatos potenciales prescinden del dispositivo por completo. Es más, el sonido entrante va directamente al micrófono y pasa por alto el oído externo, que de otro modo realizaría las funciones clave de amplificar el sonido y filtrar el ruido. «Ahora la gran idea es, en cambio, colocar todo (procesador, batería, micrófono) dentro del oído», dice Nakajima. Pero incluso en los ensayos clínicos de diseños completamente internos, la sensibilidad del micrófono (o la falta de ella) ha seguido siendo un obstáculo. Nakajima, junto con colegas del MIT, Harvard y la Universidad de Columbia, fabricó un micrófono en voladizo que detecta el movimiento de un hueso adherido detrás del tímpano llamado umbo. El sonido que entra en el canal auditivo hace que el umbo vibre unidireccionalmente, con un desplazamiento diez veces mayor que el de otros huesos cercanos. La punta del “UmboMic” toca el umbo, y los movimientos del umbo flexionan el material y producen una carga eléctrica a través del efecto piezoeléctrico. Estas señales eléctricas pueden entonces procesarse y transmitirse al nervio auditivo. “Estamos utilizando lo que nos dio la naturaleza, que es el oído externo”, dice Nakajima. Por qué un implante coclear necesita una electrónica de bajo ruido y bajo consumo Sin embargo, fabricar un micrófono biocompatible que pueda detectar los minúsculos movimientos del tímpano no es fácil. Jeff Lang, profesor de ingeniería eléctrica del MIT que dirigió conjuntamente el trabajo, señala que el cuerpo humano solo tolera ciertos materiales. Otro desafío es proteger el dispositivo de la electrónica interna para reducir el ruido. Y luego está la confiabilidad a largo plazo. “Nos gustaría que un implante dure décadas”, dice Lang. En las pruebas del prototipo de micrófono implantable, un rayo láser mide el movimiento del umbo, que se transfiere a la punta del sensor. JEFF LANG Y HEIDI NAKAJIMA Los investigadores se decidieron por un diseño triangular para el sensor de 3 por 3 milímetros hecho de dos capas de fluoruro de polivinilideno (PVDF), un polímero piezoeléctrico biocompatible, intercalado entre capas de polímero flexible con patrón de electrodos. Cuando la punta del voladizo se dobla, una capa de PVDF produce una carga positiva y la otra produce una carga negativa; al tomar la diferencia entre las dos se cancela gran parte del ruido. La forma triangular proporciona la distribución de tensión más uniforme dentro del voladizo que se dobla, maximizando el desplazamiento que puede sufrir antes de romperse. “El sensor puede detectar sonidos por debajo de un susurro silencioso”, dice Lang. Emma Wawrzynek, una estudiante de posgrado en el MIT, dice que trabajar con PVDF es complicado porque pierde sus propiedades piezoeléctricas a altas temperaturas, y la mayoría de las técnicas de fabricación implican calentar la muestra. “Esto es un desafío, especialmente para la encapsulación”, que implica encerrar el dispositivo en una capa protectora para que pueda permanecer seguro en el cuerpo, dice. El grupo tuvo éxito depositando gradualmente titanio y oro sobre el PVDF mientras usaba un disipador de calor para enfriarlo. Ese enfoque creó una capa protectora que protege los electrodos de detección de carga de la interferencia electromagnética. La otra herramienta para mejorar el rendimiento de un micrófono es, por supuesto, amplificar la señal. “En el lado de la electrónica, un amplificador de bajo ruido no es necesariamente un gran desafío para construir si estás dispuesto a gastar energía adicional”, dice Lang. Pero, según el estudiante de posgrado del MIT John Zhang, los fabricantes de implantes cocleares intentan limitar la energía para todo el dispositivo a 5 milivatios, y solo 1 mW para el micrófono. “El equilibrio entre ruido y energía es difícil de lograr”, dice Zhang. Él y su compañero de estudios Aaron Yeiser desarrollaron un amplificador de carga de bajo ruido y bajo consumo personalizado que superó las opciones disponibles comercialmente. «Nuestro objetivo era obtener un rendimiento mejor o al menos igual al de los micrófonos externos capacitivos de alta gama», dice Nakajima. Para los principales micrófonos externos para audífonos, eso significa una sensibilidad de hasta un nivel de presión sonora de 30 decibeles, el equivalente a un susurro. En las pruebas del UmboMic en cadáveres humanos, los investigadores implantaron el micrófono y el amplificador cerca del umbo, introdujeron el sonido a través del canal auditivo y midieron lo que se percibía. Su dispositivo alcanzó los 30 decibeles en el rango de frecuencia de 100 hercios a 6 kilohercios, que es el estándar para implantes cocleares y audífonos y cubre las frecuencias del habla humana. «Pero agregar los efectos de filtrado del oído externo significa que lo estamos haciendo mejor». [than traditional hearing aids]»El sonido puede reducirse hasta 10 dB, especialmente en las frecuencias del habla», afirma Nakajima. Quedan muchas pruebas por delante, en el laboratorio y en ovejas, antes de un ensayo en humanos. Pero si su UmboMic pasa la prueba, el equipo espera que ayude a más de un millón de personas en todo el mundo a seguir con sus vidas con un nuevo sentido del sonido. El trabajo se publicó el 27 de junio en el Journal of Micromechanics and Microengineering. Artículos de su sitio Artículos relacionados en la Web