Авторы новой работы объединили машинное обучение и метод неинвазивной визуализации мозга, чтобы оценить тяжесть шума в ушах. Исследование имеет решающее значение для разработки новых методов лечения тиннитуса.
Хронический шум или звон в ушах без внешнего акустического стимула, также известный как тиннитус, — изнурительное состояние, которое встречается среди 6-20% взрослых. Причем примерно 20% из них переносят его в тяжелой форме с такими сопутствующими симптомами, как депрессия, когнитивная дисфункция и стресс. На сегодня не существует объективных методов измерения уровня тиннитуса. Оценивать состояние таких пациентов и эффективность лечения можно лишь на основе их собственных слов, а это отнюдь не всегда надежно.
Однако новая разработка австралийских ученых из университетов Мельбурна и Дикина поможет значительно продвинуться в лечении людей, страдающих от шума в ушах, — при помощи fNIRS (Functional near-infrared spectroscopy), технологии нейровизуализации. Их исследование опубликовано в журнале PLOS One.
Исследования как на животных, так и на людях ранее показали изменения в центральной нервной системе, связанные с тиннитусом. Их обнаруживали в различных областях по ходу слухового пути, в слуховой коре, а позднее — и в других областях мозга, не связанных со слухом. Как предполагали ученые, шум в ушах возникает из-за аномальной активности нескольких перекрывающихся сетей мозга с вариациями вовлечения каждой из этих сетей, что приводит к разнообразным проявлениям состояния. Помимо этого, специалисты высказывали гипотезу, согласно которой активация слуховой коры в состоянии покоя отражает громкость шума. Совместная активация неслуховых областей, таких как лобные области и лимбическая система, коррелировала с последствиями тиннитуса, например дистрессом. Также исследования установили, что шум в ушах связан с изменениями уровня спонтанной нервной активности, нейронной синхронности, а еще реорганизации кортикальных тонотопических карт.
Чтобы понять, какие области мозга ответственны за возникновение тиннитуса, задействуют различные методы функциональной визуализации: особенно популярны электроэнцефалография (ЭЭГ), магнитоэнцефалография (МЭГ), позитронно-эмиссионная томография (ПЭТ) и функциональная магнитно-резонансная томография (фМРТ). Авторы новой работы решили использовать функциональную ближнюю инфракрасную спектроскопию (fNIRS), которая обладает огромным потенциалом. Этот способ неинвазивен и нерадиоактивен (в отличие от ПЭТ), а также портативный, тихий и экономичный. Подобно фМРТ, fNIRS отслеживает изменения уровня кислорода в крови в головном мозге, но при этом не создает никакого шума, что делает его более подходящим для исследований, связанных со слухом. Однако таким методом нельзя визуализировать глубокие области коры мозга.
Ученые собирали данные, полученные посредством fNIRS в состоянии покоя и в ответ на слуховые и зрительные стимулы, 25 человек с хроническим шумом в ушах и 21 участника контрольной группы без тиннитуса или нарушений слуха. Испытуемых также просили заполнить опросник, в котором они должны были оценить степень тяжести своего состояния.
При помощи многоканальной непрерывной системы fNIRS (16 источников и 16 датчиков разместили над лобной, височной и затылочной корковыми областями; эксперимент проводили в звукоизолированной кабине) удалось выявить статистически значимую разницу в связях между областями мозга у людей с тиннитусом и без него. Акустические стимулы подавали бинаурально через аудиометрические наушники; стимулы состояли из 15-секундных сегментов розового шума, откалиброванных с помощью шумомера; уровень звукового давления составил 65 децибел. Визуальный стимул представлял собой обратное отображение круговых рисунков в виде шахматной доски с реверсированием рисунка с временной частотой 7,5 герца (15 поворотов в секунду). Такой стимул вызывает сильные кортикальные реакции у людей с хорошей остротой зрения.
«Мы предполагаем, что из-за наличия нервных путей между слуховой и зрительной областями связанная с тиннитусом аномальная активность в слуховой коре может приводить к изменению активности клиновидной кости. Вероятно, активация слуховой коры и интеграция мультисенсорной аудиовизуальной информации влияют на воспринимаемую громкость шума в ушах. Это согласуется с нашими выводами, показывающими, что височно-затылочная связь связана с субъективными оценками громкости, но не раздражением. Ранее ученые показали, что громкость шума и раздражение можно измерить независимо с помощью fNIRS. Это важно, поскольку исследования, посвященные лечению тиннитуса, показали, что пациенты хотят снизить именно восприятие громкости. Измененная активность клина (cuneus) может привести и к снижению зрительных реакций, наблюдаемых в нашем исследовании», — объяснили ученые.
У пациентов, страдающих от шума в ушах, реакция мозга как на зрительные, так и на слуховые раздражители оказалась слабой. После этого к полученным данным специалисты применили машинное обучение: программа смогла отличить человека с легким шумом в ушах от участника с умеренным/тяжелым тиннитусом с точностью в 87,32%.
«Как и само состояние, степень тяжести тиннитуса ранее была известна и понятна только человеку, испытывающему его. Мы объединили машинное обучение и неинвазивную визуализацию мозга, чтобы количественно оценить тяжесть шума в ушах. Наше исследование имеет решающее значение для разработки новых методов лечения», — отметили авторы работы.
