La cóclea humana tiene una disposición notable. A lo largo de dos espiras y media, la frecuencia de respuesta natural está estrechamente ordenada en una escala logarítmica descendente. Esta respuesta de frecuencia tonotópia a lo largo de toda la cóclea permite un mapeo de frecuencia a lo largo de un recorrido claro y lógico—la función Greenwood.¹

Con la función Greenwood, puedes determinar la frecuencia tonotópica natural de cualquier punto a lo largo de la membrana basilar. Solo necesitarás saber la longitud del conducto coclear, medido desde el centro de la ventana redonda hasta el helicotrema, que corresponde a la longitud del Órgano de Corti.

Guías de electrodos cortas = Menor cobertura

En humanos, el promedio de longitud del conducto coclear (“CDL” por sus siglas en inglés) es de aproximadamente 31,5 mm, aunque puede variar hasta 35 mm.^2,3 Interesantemente, la espira basal sola puede representar los primeros 20 mm del total de la longitud del conducto coclear.^2,3,4

Supongamos que tomas una guía de electrodos común precurvada o recta, designada para una profundidad de inserción de 20 mm. Estas guías generalmente son llamadas como de “extensión completa”, pero con solo 14-19.1 mm de longitud de estimulación activa, solo una espira puede ser estimulada para la mayoría de las cócleas^3,5,6 Estas guías pueden insertarse más profundo, pero esto limitaría la cobertura de las frecuencias altas en la primera espira.⁵

Entonces, ¿hasta dónde llegaría una inserción de 20 mm a lo largo del mapa tonotópico de la membrana basilar?

• En una cóclea promedio (31.5 mm “CDL”), una inserción de 20 mm alcanzaría la ubicación tonotópica 820 Hz.^1,2,3
• En una cóclea ligeramente más larga, (32.5 mm “CDL”), 20 mm corresponderían a la ubicación 917 Hz.^1,2,3
• Incluso en una cóclea más pequeña que el promedio (29.5 mm “CDL”), 20 mm solo alcanzarían la ubicación 640 Hz.^1,2,3

Las guías de electrodos que cubren una sola vuelta pueden afirmar tener “los electrodos más activos,” pero estos electrodos a menudo pueden no estimular gran parte de la cóclea más allá de las altas frecuencias de la primera espira. 

Fuera de alcance

Entonces, con estas guías de una curva, incluso el electrodo más apical es probable que solo alcance aproximadamente la posición de 600–800 Hz en el mapa tonotópico natural.^1,2,3,7 Si una guía de electrodos no puede alcanzar la región apical en la segunda espira, los tonos graves a medios no pueden ser mapeados naturalmente de acuerdo con la función de Greenwood.^1,5,7 

Ahora bien, ¿las frecuencias fundamentales más bajas que 600–800 Hz son importantes? Veamos algunos ejemplos de qué está por debajo de los 700 Hz.

No son solo los tambores y los bajos los que faltarían. Como referencia, Do central (C4) en un piano es 261.63 Hz, y la cuerda abierta de tono más agudo en un violín es 659 Hz (E5). La afinación de una guitarra estándar no alcanza más que 659 Hz (E5 en el traste 12). Por otro lado, por encima de los 700 Hz encontrarás la mayoría de las notas de un pícolo.

Esta afinación de tono agudo no aparece solo en la sala de conciertos. En una conversación cotidiana, las frecuencias fundamentales y las armonías más graves de la voz son mucho más graves que 700 Hz.^8,9

• Voz masculina: F₀~120 Hz, F₁ ~240 Hz, F₂ ~360 Hz, F₃ ~480 Hz, F₄ ~600 Hz
• Voz femenina: F₀~200 Hz F₁ ~400 Hz, F₂ ~600 Hz

La codificación tonotópica natural de la cóclea es como la afinación de las teclas de un piano. Sin una guía de electrodos larga para cubrir mejor la cóclea, la mayoría de las notas están simplemente fuera de alcance, entonces los tonos más graves se deben transportar a una octava más aguda.

Sin correspondencia entre tono y lugar

Las frecuencias más bajas se pueden mapear en guías de una curva, pero es probable que haya una falta de correspondencia considerable entre tono y lugar.^1,5,7,10 Este mapeo de tono tergiversado de manera no natural puede aumentar las frecuencias bajas hasta aproximadamente dos octavas, de manera que la calidad del sonido se puede ver claramente afectada.

Con las guías cortas y las inserciones de una curva, los resultados pueden ser con frecuencia menos que ideales.

• Usuarios con experiencia han descripto el sonido como “robótico”, “metálico”, “con eco” o “mecánico”¹¹
• Comprensión del habla reducida en silencio y con ruido ^12,13,14,15
• La adaptación neuronal puede tomar años incluso para la corrección de una sola octava ⁷
• Mejora limitada de la percepción del discurso a lo largo del tiempo ¹³

Cobertura coclear completa

Por otro lado, las guías de electrodos largas (28 mm o 31,5 mm) permiten una cobertura a lo largo de la primera y la segunda espira de la cóclea. Esto permite la estimulación tonotópica de las frecuencias medias a bajas, es decir, una coincidencia de ubicación- tono en la función de Greenwood hasta aproximadamente 100 Hz.^5,10,16

Las guías de electrodos flexibles de longitud completa de MED-EL pueden proporcionar una cobertura coclear excepcional mientras se adaptan suavemente a la forma natural de la cóclea.

Mejor cobertura, mejores resultados

Los implantes cocleares no tienen la capacidad de restaurar la audición natural, pero creemos que deben ofrecer una mayor correspondencia cuando sea posible. En cuanto a la calidad de sonido más natural, esta correspondencia adecuada de tono y lugar es un buen punto de partida.¹⁶

¿Qué beneficios pueden proporcionar las guías de electrodos largas?

• “Voces mucho más claras y resonantes” y “Sonido más grave, resonante y natural”¹¹
• Comprensión del habla considerablemente mejor en silencio y con ruido ^13,15
• Mapeo de frecuencia más natural ^16,17
• Mejora considerable de la comprensión del habla en un plazo reducido ^13,18

En la segunda parte de esta publicación, observaremos la segunda parte de la ecuación: codificación con correspondencia de tono y frecuencia en la región apical. ¿Por qué es importante combinar la correspondencia de tono y lugar y de tono y frecuencia?

Referencias:

1. Greenwood, D.D. (1990) A cochlear frequency-position function for several species–29 years later. J Acoust Soc Am., 87(6), 2592–2605.
2. Hardy, M. (1938). The length of the organ of Corti in man. J. Anat., 62, 291–311.

1. Ni, Y. Dai, P., Dai, C., & Li, H.. (2017) Cochlear implant-related three-dimensional characteristics determined by micro-computed tomography reconstruction. Clin Anat., 30(1), 39–43.

1. Adunka, O., Unkelbach, M.H., Mack, M.G., Radeloff, A., & Gstoettner, W. (2005) Predicting basal cochlear length for electric-acoustic stimulation. Arch Otolaryngol Head Neck Surg., 131(6), 488–492.

1. Landsberger, D.M., Svrakic, M., Roland, J.T. Jr., & Svirsky, M. (2015). The relationship between insertion angles, default frequency allocations, and spiral ganglion place pitch in cochlear implants. Ear Hear., 36(5), 207–213.

1. Radeloff, A. Mack, M., Baghi, M., Gstoettner, W.K., & Adunka, O. (2008). Variance of angular insertion depths in free-fitting and perimodiolar cochlear implant electrodes. Otol Neurotol., 29(2), 131–136.

1. McDermott, H., Sucher, C., & Simpson, A. (2009) Electro-acoustic stimulation. Acoustic and electric pitch comparisons. Audiol Neurootol., 14(1), 2–7.

1. Pepiot, E. (2014). Male and female speech: a study of mean f0, f0 range, phonation type and speech rate in Parisian French and American English speakers. Speech Prosody, 7, 305–309.

1. Eriksson, A., & Traunmueller, H. (1994). The frequency range of the voice fundamental in the speech of male and female adults.

1. Prentiss, S., Staecker, H., & Wolford, B. (2014). Ipsilateral acoustic electric pitch matching: a case study of cochlear implantation in an up-sloping hearing loss with preserved hearing across multiple frequencies. Cochlear Implants Int., 15(3), 161–165.

1. Harris, R.L., Gibson, W.P. Johnson, M., Brew, J., Bray, M., & Psarros, C. (2011) Intra-individual assessment of speech and music perception in cochlear implant users with contralateral Cochlear and MED-EL systems. Acta Otolaryngol., 131(12), 1270–1278.

1. Arnoldner, C., Riss, D., Baumgartner, W.D., Kaider, A., & Hamzavi, J.S. (2007). Cochlear implant channel separation and its influence on speech perception–implications for a new electrode design. Audiol Neurootol., 12(5), 313–324.

1. Buchman, C.A., Dillon, M.T., King, E.R., Adunka, M.C., Adunka, O.F., & Pillsbury, H.C. (2014). Influence of cochlear implant insertion depth on performance: a prospective randomized trial. Otol Neurotol., 35(10), 1773–1779.

1. O’Connell, B.P., Cakir, A., Hunter, J.B., Francis, D.O., Noble, J.H., Labadie, R.F., Zuniga, G., Dawant, B.M., Rivas, A., & Wanna, G.B. (2016) Electrode location and angular insertion depth are predictors of audiologic outcomes in cochlear implantation. Otol Neurotol. 37(8):1016–1023.

1. O’Connell, B.P., Hunter, J.B., Haynes, D.S., Holder, J.T., Dedmon, M.M., Noble, J.H., Dawant, B.M., & Wanna, G.B. (2017) Insertion depth impacts speech perception and hearing preservation for lateral wall electrodes. Laryngoscope. Epub ahead of print.

1. Rader, T., Döge, J., Adel, Y., Weissgerber, T., & Baumann, U. (2016). Place dependent stimulation rates improve pitch perception in cochlear implantees with single-sided deafness. Hear Res., 339, 94–103.

1. Vermeire, K., Landsberger, D.M., Van de Heyning, P.H., Voormolen, M., Kleine Punte, A., Schatzer, R., & Zierhofer, C. (2015) Frequency-place map for electrical stimulation in cochlear implants: Change over time. Hear Res., 326,8–14.

1. Helbig, S., Helbig, M., Leinung, M., Stöver, T., Baumann, U., & Rader, T. (2015). Hearing preservation and improved speech perception with a flexible 28-mm electrode. Otol Neurotol. 2015 Jan;36(1):34-42.