Profesor Pavel Jungwirth i jego koledzy z Instytutu Chemii Organicznej i Biochemii Czeskiej Akademii Nauk (IOCB Praga) oraz austriackiej firmy produkującej implanty ślimakowe MED-EL opracowali kompletny model komputerowy ucha. Można go używać do symulacji słuchu ssaków, w tym ludzi, od ucha zewnętrznego aż do nerwu słuchowego.

Wyniki ich badań zostały opublikowane w czasopiśmie Badania słuchu Ostatnio. Model ten nie tylko ułatwi dalsze badania ludzkiego ucha, ale może także pomóc w udoskonalaniu i lepszym dostosowaniu urządzeń kompensacyjnych dla osób z wadą słuchu, w tym implantów ślimakowych.

Szczegółowy model obliczeniowy ucha, oparty na najnowszej wiedzy z fizjologii i molekularnych podstawach słuchu, umożliwi badanie zaburzeń słuchu, niezależnie od tego, czy są one spowodowane czynnikami genetycznymi, czy zewnętrznymi. Pozwoli także ekspertom dowiedzieć się więcej na temat szczegółowych mechanizmów różnych form uszkodzenia słuchu i może otworzyć sposoby na udoskonalenie aparatów słuchowych i implantów ślimakowych.

Dzieje się tak także dlatego, że obecny model komputerowy umożliwia uzyskanie danych trudnych do uzyskania eksperymentalnie. Wykonywanie inwazyjnych pomiarów na ludzkim uchu jest prawie niewykonalne, jedyną alternatywą są modele zwierzęce. Jest to kolejny dowód na to, że modelowanie komputerowe może zapewnić wgląd w konkretne problemy, których nie da się rozwiązać w drodze eksperymentów, oraz że może pogłębić naszą wiedzę o systemach jako całości.

Nowy model komputerowy peryferyjnego układu słuchowego szczegółowo odwzorowuje sposób przekształcania dźwięku w wibracje mechaniczne w uchu środkowym i wewnętrznym. Następnie symuluje, w jaki sposób te wibracje wyzwalają sygnały elektryczne w zewnętrznych i wewnętrznych komórkach słuchowych ślimaka oraz w jaki sposób sygnały te przekształcają się pod wpływem działania neuroprzekaźników w impulsy elektryczne w nerwie ślimakowym. Sygnały te są następnie przekazywane do centralnego układu nerwowego.

Dlaczego Pavel Jungwirth rozpoczął badania, które na pierwszy rzut oka nie wpisywały się tematycznie w zakres naukowy jego grupy badawczej? „To mieszanka szaleństwa i powodów osobistych” – mówi. „Mój młodszy syn Matěj ma poważny ubytek słuchu, a ja chciałem lepiej zrozumieć zasady słyszenia. Poza tym zdałem sobie sprawę, że w przekazywaniu informacji w uchu pośredniczą przepływy jonów wapnia i potasu, i właśnie o to mi chodziło w mojej grupie badawczej pracuje dalej.”

Pavel Jungwirth przyznaje, że rozpoczynając pracę nad tym projektem w 2011 roku, być może naiwnie, wierzył, że jest to praca na maksymalnie dwa, trzy lata. Wszystko zaczęło się od nawiązania współpracy z Pavelem Mistríkiem z firmy MED-EL, która wykorzystuje modele komputerowe przy opracowywaniu implantów ślimakowych. Ostatecznie badania udało się zakończyć pomyślnie dopiero po 12 latach, dzięki kluczowemu wkładowi Ondřeja Ticháčka, jak twierdzi Jungwirth, wyjątkowo utalentowany i pracowity student.

Świeżo opublikowany komputerowy model ucha, zaimplementowany w języku programowania i środowisku obliczeń numerycznych MATLAB, jest już dostępny dla szerokiego środowiska naukowego. Oznacza to, że może z niego skorzystać każdy, kto interesuje się modelowaniem różnych rodzajów zaburzeń słuchu lub szuka sposobów na lepsze ich kompensowanie za pomocą aparatów słuchowych lub implantów ślimakowych.