Intervención con Implante Coclear. Funcionamiento y programación

del Implante Coclear. Rehabilitación de pacientes implantados

Angel de la Torre (1), Cristina Roldán (2), Marta Bastarrica (3) y Manuel Sainz (4)

(1) Dpto. Electrónica y Tecn. de Computadores, Universidad de Granada

(2) Programación I.C. Hospital Universitario S. Cecilio de Granada

(3) Programación I.C. MED-EL España

(4) Jefe Servicio O.R.L. Hospital Universitario S. Cecilio de Granada

Introducción

Los implantes cocleares han supuesto una revolución en el tratamiento de las hipoacusias

severas y profundas. Durante las últimas décadas, y más especialmente en los últimos 10

años, los implantes cocleares han evolucionado considerablemente, convirtiéndose en una

solución eficaz para numerosos casos de sordera. En el Hospital Universitario S. Cecilio de

Granada han sido implantados 220 pacientes desde el inicio del programa de implantes

cocleares, en 1990, hasta la fecha. Durante este periodo hemos podido apreciar el desarrollo

tecnológico que han sufrido tanto los implantes como los procesadores de voz. La experiencia

acumulada ha sido útil para mejorar los programas de rehabilitación, adecuándolos a las

innovaciones que incorporan continuamente los implantes.

Un aspecto muy importante, de cara a la planificación adecuada de la rehabilitación, es

conocer en detalle qué información proporciona el implante coclear al paciente, cuál es el

papel que juega esta información en la comunicación oral y qué limitaciones presenta en la

actualidad la percepción del sonido mediante el implante coclear. En este trabajo tratamos de

proporcionar una visión global con respecto al funcionamiento de los implantes cocleares y

las posibilidades que ofrecen para los pacientes implantados. De acuerdo con nuestra

experiencia en rehabilitación de pacientes implantados, proponemos algunas ideas que pueden

ser de utilidad de cara a la planificación de la rehabilitación, indicando los aspectos que nos

parecen de mayor relevancia para explotar todas las posibilidades que ofrece actualmente el

implante coclear.

Nuestra participación en numerosos proyectos de investigación nos ha permitido saber las

principales líneas en las que se trabaja para mejorar los implantes. En esta contribución

proporcionamos también una visión sobre los avances tecnológicos que esperamos que se

incorporen en los próximos años en los implantes cocleares.

El trabajo que presentamos se ha estructurado en tres grandes bloques. El primero de ellos

está dedicado al funcionamiento del implante coclear. En él se describe el funcionamiento

básico del oído normal, las disfunciones que dan lugar a la utilización del implante y el

mecanismo mediante el cual el implante sustituye a la cóclea sana. También se describe el

proceso de audición y de producción de voz desde el punto de vista del procesamiento de

señales, y cómo es procesada la señal de voz por el implante coclear. Se describen los

compromisos y soluciones que surgen en el diseño de los implantes cocleares, profundizando

en las principales tendencias en estrategias de codificación. Por último, se analizan las

posibilidades y limitaciones de la audición a través de los implantes cocleares.

El segundo bloque está dedicado a la rehabilitación de los pacientes implantados. Se inicia

con el modelo de rehabilitación desarrollado en nuestra clínica. Analizamos los aspectos más

relevantes para el aprovechamiento óptimo de los implantes, y las perspectivas de evolución

que hemos encontrado en los distintos grupos de pacientes. Este análisis proporciona una

información que puede ser de gran utilidad a la hora de planificar la rehabilitación de los

pacientes implantados.

El último bloque está dedicado a los avances tecnológicos que cabe esperar en los implantes

cocleares. Se analizan las líneas de investigación más relevantes en la actualidad, los

resultados que han proporcionado y los que se espera que proporcionen en los próximos años.

1. Percepción de sonido

1.1 Audición en un oído normal.

El sonido consiste en una onda de presión, originada por una fuente de vibración mecánica,

que se propaga a través de un medio material, usualmente el aire. El proceso de audición

consiste en la percepción de estímulos originados por la onda de sonido y en éste intervienen

el oído externo (pabellón auditivo y conducto auditivo externo), el oído medio (tímpano y

huesecillos), el oído interno (cóclea), el nervio auditivo y el sistema nervioso central.

La onda de sonido es recogida por el pabellón auditivo y se propaga a través del conducto

auditivo externo. En el fondo de éste se encuentra el tímpano, que es una membrana que vibra

bajo la acción de la onda acústica. El movimiento del tímpano se transmite a la cadena de

huesecillos (yunque, martillo y estribo) que propagan la onda mecánica hasta la cóclea. En el

interior de la cóclea se produce la transducción auditiva, o conversión de vibración mecánica

en estímulos eléctricos. Dichos estímulos son transmitidos a través del nervio auditivo hasta

los centros corticales, donde son analizados y procesados. La figura 1 representa los distintos

órganos involucrados en el proceso de audición.

1.2 Transducción auditiva

En la audición juega un papel fundamental la cóclea. Ésta es una estructura ósea, hueca por

dentro, enrollada en forma de caracol (de ahí su nombre) que describe aproximadamente dos

vueltas y media. Si se desenrollara, tendría forma cónica, estrecha en el apex y ancha en la

base. En la zona basal, la cóclea presenta dos aberturas: la ventana oval, sobre la que se apoya

el estribo, y la ventana redonda. Un corte transversal de la cóclea mostraría 3 canales (rampa

timpánica, rampa media y rampa vestibular) divididos por dos membranas (membrana basilar

y membrana de Reissner). Sobre la membrana basilar se encuentra el órgano de Corti, que

contiene las células ciliadas. Las células ciliadas hacen sinapsis con las terminaciones

nerviosas del nervio auditivo y son responsables de la transducción auditiva. El movimiento

de los cilios provoca la despolarización de las células ciliadas y la generación de potenciales

de acción en las terminaciones del nervio auditivo, que son propagados hasta los centros

corticales.

Los canales de la cóclea están llenos de líquidos incompresibles, de modo que la vibración del

estribo provoca una vibración de los líquidos que pone en movimiento la membrana basilar.

La vibración de la membrana basilar provoca el movimiento de los cilios de las células

ciliadas, que a su vez estimulan las diferentes terminaciones del nervio auditivo. En la figura

2 se ha representado la cóclea y el proceso que da lugar a la transducción auditiva o

conversión de vibración mecánica del estribo en potenciales de acción en el nervio auditivo.

1.3 Hipoacusias neurosensoriales

Una disfunción en alguno de los órganos que intervienen en el proceso de audición va a dar

lugar a una hipoacusia. Si la hipoacusia está asociada a problemas en el conducto auditivo, en

el tímpano o la cadena de huesecillos, se hablará de una hipoacusia de transmisión. En estos

casos, la onda acústica alcanza la cóclea atenuada en comparación con una audición normal.

Las pérdidas en estos casos suelen ser moderadas (salvo que por proximidad se lesione el

laberinto, lo que dará lugar a una hipoacusia mixta), ya que en presencia de un estímulo

acústico intenso, la onda acústica puede propagarse a través de los huesos de la cabeza,

llegando hasta la cóclea con energía suficiente para proporcionar un estímulo perceptible.

Este tipo de hipoacusias permiten en general soluciones basadas en la reparación o

reconstrucción del órgano dañado y en su defecto se corrigen satisfactoriamente mediante la

utilización de prótesis auditivas.

Si el órgano dañado es la cóclea, se habla de hipoacusias de oído interno. Estas hipoacusias

suelen estar asociadas a una lesión de las células ciliadas. Las células ciliadas son

extremadamente sensibles y pueden quedar dañadas debido al consumo de determinados

medicamentos u otras sustancias (denominadas por este motivo "ototóxicas"), como

consecuencia de determinados procesos infecciosos, etc. También hay descrito un conjunto de

síndromes que llevan o pueden llevar asociados daños cocleares.

En el caso de haber una lesión de las células ciliadas, aún siendo funcional el oído medio, se

presenta una pérdida auditiva debido a la ineficacia de la transducción auditiva. En una cóclea

con las células ciliadas lesionadas, aun en el caso de transmitirse correctamente la vibración

mecánica hasta los líquidos cocleares, la percepción auditiva se ve disminuida debido a que

no es eficaz la conversión de la vibración mecánica en potenciales de acción del nervio

auditivo. En el caso de un daño severo en las células ciliadas, la transducción auditiva se ve

alterada y hay una pérdida de discriminación frecuencial, con lo que los sonidos y la voz

tienden a oírse distorsionados con la amplificación. Debido a la menor irrigación de la zona

basal de la cóclea, las células ciliadas de esta zona, responsables de la percepción de los

sonidos agudos, están más expuestas a los agentes patógenos y quedan dañadas con más

facilidad que las de la región apical. Esta es la razón de la característica caída de las

frecuencias agudas que aparece en los audiogramas tonales realizados a pacientes que sufren

hipoacusias de oído interno, especialmente claro en los casos de hipoacusias progresivas.

2. Percepción con un implante coclear

El implante coclear constituye actualmente la única solución eficaz en los casos de

hipoacusias neurosensoriales severas o profundas. El principio básico de los implantes

cocleares consiste en la estimulación eléctrica del nervio auditivo. De este modo, insertando

corriente eléctrica en las proximidades del nervio auditivo, el implante sustituye la generación

de potenciales de acción de las células ciliadas, haciendo posible la percepción de estímulos

auditivos.

La mayor parte de los sistemas de implantes cocleares están constituidos por los elementos

representados en el esquema de la figura 3. El sistema consta de dos subsistemas, la parte

externa y la parte interna, esta última implantada mediante una intervención quirúrgica. La

parte externa del equipo consta de un micrófono, el procesador de señal (o procesador de

voz), la unidad de baterías y el transmisor de radio frecuencia. La parte interna está formada

por un receptor de radio frecuencia-generador de estímulos, un electrodo de referencia (que

no está presente en todos los modelos de implantes) y una guía de electrodos que contiene los

distintos electrodos y que permite que éstos sean alojados en la cóclea.

El papel de cada elemento del sistema se puede comprender fácilmente siguiendo el camino

que sigue la señal de audio desde la adquisición hasta la estimulación del nervio auditivo. La

señal de audio, una vez adquirida por el micrófono es amplificada y analizada por el

procesador. El conjunto de operaciones realizadas por el procesador depende de la estrategia

de codificación, y varía bastante de unos modelos a otros, si bien todos los procesadores

actuales tienen en común la separación de la señal de audio en distintas bandas de frecuencia,

con el objeto de asociar cada banda espectral a un electrodo y por tanto a una región de la

cóclea. El procesador, por tanto, calcula con qué intensidad de corriente deberá ser estimulado

cada uno de los electrodos en cada instante de tiempo. Esta información es codificada y

transmitida junto con la energía eléctrica necesaria para la estimulación eléctrica mediante

una transmisión de radio frecuencia, a través de la piel del paciente, hacia la parte interna

implantada. Tanto el transmisor como el receptor-emisor de estímulos disponen de sendas

antenas de radio que permiten esta transmisión. El receptor-emisor de estímulos recibe la

señal radio, la decodifica obteniendo los niveles de estimulación eléctrica en cada electrodo y

en cada instante de tiempo, y genera los estímulos cocleares, estableciendo una diferencia de

potencial entre el electrodo de referencia y cada uno de los electrodos alojados en la cóclea.

Los estímulos eléctricos producidos en la cóclea dan lugar a la generación de potenciales de

acción en el nervio auditivo, que son transmitidos al cerebro y percibidos e interpretados

como sensaciones auditivas o sonidos. La unidad de baterías juega un papel fundamental en

todo el proceso, pues debe proporcionar la energía eléctrica necesaria para el procesamiento

de señal, la transmisión de radio frecuencia entre las partes interna y externa, y la

estimulación eléctrica del nervio auditivo.

En la figura 4 se muestra una radiografía de un implante coclear. En ella se puede apreciar el

receptor-generador de estímulos, el electrodo de referencia (que en este modelo presenta un

contacto trilobulado) y la guía de electrodos que va desde el generador de estímulos hasta la

cóclea. En el receptor-generador de estímulos se aprecia en el centro un elemento circular,

que es un imán, y tiene por objeto mantener adherido y correctamente posicionado el

transmisor consiguiendo un correcto acoplamiento de radio frecuencia entre las antenas de las

partes externa e interna. En la periferia del receptor se pueden apreciar unas metalizaciones

que describen varias espiras y que constituyen la antena. También se ven los distintos

elementos electrónicos que incorpora el implante para realizar la decodificación de la señal de

radio frecuencia y la estimulación eléctrica en los electrodos. En el extremo de la guía se

pueden apreciar los electrodos (unos puntos blancos que siguen la forma de la cóclea). En esta

radiografía la cóclea aparece girada con respecto al plano de la imagen (el eje de la cóclea es

paralelo al plano de la radiografía). La figura 5 muestra una radiografía de una cóclea en la

que se aprecian claramente tanto los electrodos como la guía portaelectrodos. En esta figura,

el eje de la cóclea es perpendicular al plano de la imagen y se aprecia perfectamente la forma

espiral de la cóclea.

3. Procesamiento de la señal de audio en el oído normal

El sonido, como se ha indicado anteriormente, es una onda de presión que se propaga a través

de un medio material, usualmente el aire. El oído recoge la onda acústica en el tímpano, y la

vibración de éste es transmitida hasta el oído interno. La forma de realizarse la transducción

auditiva en el oído interno determina los aspectos de la señal de audio que el oído es capaz de

analizar y percibir.

La percepción de la frecuencia, cuando se estimula el oído con un tono puro, es un

mecanismo complejo, basado en el lugar del máximo desplazamiento de la membrana basilar

y del propio mecanismo activo de las células ciliadas del órgano de Corti. La complejidad es

mayor para los sonidos compuestos y para los elementos de baja frecuencia. El punto de

máxima estimulación de la cóclea depende de la frecuencia del tono utilizado. Para

frecuencias bajas (sonidos graves), el punto de máxima estimulación se sitúa cerca del ápex y

para frecuencias altas (sonidos agudos), cerca de la base. La localización del punto de

máxima estimulación para las distintas frecuencias se muestra en la figura 6. Si se representa

la frecuencia frente a la distancia al ápex se observa que la localización del punto de máxima

estimulación sigue una relación aproximadamente logarítmica. La teoría de la percepción que

asocia a cada punto de la cóclea una frecuencia característica se denomina teoría tonotópica.

De acuerdo con esta teoría, un sonido, formado por diversas componentes de frecuencia, va a

producir una estimulación en el nervio auditivo de modo que cada componente espectral va a

excitar las terminaciones nerviosas que inervan la región de la cóclea asociada a la frecuencia

de la componente.

El rango espectral audible por el ser humano se extiende entre 20 Hz y 20 kHz. La resolución

espectral del oído humano (o capacidad para percibir como diferentes dos tonos de

frecuencias distintas) está determinada por el número de células ciliadas, neuronas y

terminaciones nerviosas en la cóclea y su disposición a lo largo de la cóclea. En la cóclea hay

alrededor de 4000 células ciliadas y cerca de 40.000 terminaciones nerviosas que las inervan.

Su disposición permite una resolución espectral próxima a 1/10 de tono, o lo que es

equivalente, un oído entrenado sería capaz, por ejemplo, de distinguir tonos de 450 Hz y 455

Hz.

La percepción de la intensidad se basa en la tasa de descarga del nervio coclear, relacionada

con el mayor o menor desplazamiento vibratorio de las distintas particiones cocleares y la

capacidad de análisis frecuencial de la cóclea. Las neuronas responden a una frecuencia

característica a baja intensidad. Si se produce un filtrado defectuoso por parte de la cóclea, la

respuesta neuronal es menos selectiva en relación con el daño coclear, más intensa para altas

intensidades acústicas pero con peor capacidad de discriminación. La distribución y

disposición de las células ciliadas a lo largo de la cóclea y su inervación permite que un oído

entrenado sea capaz de percibir diferencias de intensidad próximas a 1 dB.

La señal de audio no es estacionaria, es decir, sus propiedades (distribución espectral de la

intensidad) no son constantes, sino que varían en el tiempo. El oído puede percibir estas

variaciones gracias a la respuesta dinámica de las células ciliadas y del nervio auditivo. De

este modo, el patrón de estimulación que transmite el nervio auditivo varía en el tiempo de

acuerdo con la evolución temporal de la señal de audio, y más concretamente, con la

evolución temporal de la intensidad en cada componente de frecuencia de la señal.

Debido al proceso de generación de potenciales de acción, tanto las neuronas como las células

ciliadas, tras haber producido una descarga, necesitan un tiempo de relajación antes de estar

en condiciones de producir una nueva descarga. Esto limita el número de disparos por unidad

de tiempo que pueden realizar las células ciliadas o las neuronas. La tasa de disparo en las

neuronas del nervio auditivo se sitúa en torno a 400 o 500 disparos por segundo. De este

modo, el patrón de estimulación que transmite el nervio auditivo puede representar

variaciones de las propiedades espectrales de la señal de audio cuando éstas tienen asociados

tiempos característicos muy superiores a 2 milisegundos. La resolución temporal del oído

queda por tanto limitada por la tasa de disparo de las células ciliadas y las neuronas del nervio

auditivo.

Debido a la respuesta dinámica del oído, para las señales cuya frecuencia fundamental es muy

inferior a la tasa máxima de disparo, los disparos en las neuronas se sincronizan, teniendo

lugar en los instantes en los que la señal tiene más energía. Mediante este mecanismo, la

frecuencia fundamental puede quedar representada en el patrón temporal de estimulación en

el nervio auditivo. De este modo, para señales de frecuencia fundamental baja (inferior a 400

o 500 Hz), la frecuencia fundamental se puede percibir a través del patrón temporal de

estimulación. Este mecanismo de percepción de la frecuencia fundamental se denomina

principio de codificación temporal o principio de temporización.

Existen, por tanto, dos mecanismos de percepción de la frecuencia fundamental: el descrito

por la teoría tonotópica (según el cual la frecuencia se percibe a partir de la localización a lo

largo de la cóclea de las fibras nerviosas que transmiten el estímulo) y el descrito por el

principio de codificación temporal (según el cual, la frecuencia fundamental se extrae a partir

del patrón temporal de estimulación en las fibras transmisoras de estímulos). El principio

tonotópico es el dominante en la percepción de frecuencias altas (especialmente para

frecuencias superiores a 400 Hz) mientras que el principio de codificación temporal domina

para frecuencias bajas. Debe destacarse que el entrenamiento auditivo permite, en sujetos con

audición normal, mejorar tanto la resolución espectral tonotópica como la obtenida de la

codificación temporal.

4. La señal de voz

4.1 Producción de la señal de voz

Los órganos que intervienen en la producción de la voz constituyen el aparato fonador

humano y se pueden clasificar en tres grupos: la caja torácica, la cavidad laríngea y las

cavidades supraglóticas.

El fuelle pulmonar constituye un sistema de presión encargado desde el punto de vista

fonatorio de la generación del flujo de aire que con mayor o menor presión encontrará como

válvula la glotis. En este sentido, la musculatura intercostal y el propio diafragma juegan un

papel importantísimo en la fonación.

La laringe está constituida por una serie de cartílagos que constituyen el armazón laríngeo.

Éstos, articulados entre sí, cambian la tensión de la musculatura intrínseca de la laringe, que

se modifica igualmente por la extrínseca, fuera del armazón cartilaginoso, pero insertada en

él, y con un papel importante en la modificación de la tensión glótica. Un papel fundamental

es el que juega la ondulación mucosa, que genera una vibración al paso del aire por la glotis.

Ésta se desplaza sobre la estructura músculo-tendinosa que constituye el músculo vocal. La

fonación así entendida, debe considerarse como un todo único en el que cada elemento juega

su papel.

La onda glotal se propaga hacia las cavidades supraglóticas (faringe, cavidad oral y cavidad

nasal), que actúan como filtros que atenúan a amplifican determinadas componentes

espectrales, dependiendo de las frecuencias de resonancia. La conformación de labios,

faringe, cavidad oral, fosas nasales y senos paranasales va a determinar las frecuencias de

resonancia de la cavidad oronasal, y su disposición y movimiento va a establecer el timbre y

duración de los sonidos emitidos. De este modo, en las cavidades supraglóticas es donde se

establece la mayor diversificación acústica y fonética de la voz.

En procesamiento de voz, la producción de la voz es usualmente descrita mediante modelos

denominados de excitación-filtrado. De acuerdo con éstos, la voz es el resultado de generar en

algún punto del aparato fonador un sonido (denominado excitación) que es filtrado en las

cavidades supraglóticas. La voz es la señal resultante de aplicar a la señal excitación el filtro

que caracteriza a las cavidades supraglóticas, teniendo en cuenta que tanto la excitación como

el filtro presentan una evolución temporal.

Existen básicamente tres mecanismos de generación de la excitación. El primero de ellos

consiste en la vibración de las cuerdas vocales. Este tipo de excitación se manifiesta en la

producción de las vocales (/a/ /e/ /i/ etc.) y de las consonantes sonoras (/m/ /n/ /l/ etc.). Los

sonidos producidos con este tipo de excitación se caracterizan por la presencia del tono

fundamental. Cuando en algún punto del tracto vocal se produce un estrechamiento, la presión

del aire produce un flujo turbulento que genera un sonido con aspecto de ruido estacionario.

Este tipo de excitación es característico de los fonemas fricativos (/s/ /f/ /x/ etc.) Finalmente,

la excitación se puede producir mediante un cierre del tracto vocal en algún punto seguido de

una apertura repentina. Este tipo de excitación produce un pulso de presión breve e intenso,

que es característico de las consonantes oclusivas (o plosivas) (/b/ /d/ /g/ /p/ /t/ /k/). Es

importante destacar que los mecanismos de producción de excitación no son excluyentes,

siendo posible encontrar excitaciones fricativas sonoras (la /s/ sonora, por ejemplo, que

aunque no se utiliza en español, está presente en otros idiomas) o plosivas sonoras (/b/ /d/ /g/).

La excitación es filtrada en las cavidades supraglóticas. Debido a las dimensiones del tracto

vocal y la velocidad de propagación del sonido en el aire, en la voz aparece en promedio un

pico de resonancia por cada kHz. Estos picos son denominados formantes y su posición en el

espectro depende de la conformación de la cavidad oronasal, es decir, de la posición de la

lengua con respecto a los labios, los dientes y el paladar, la posición del velo del paladar

permitiendo o no el acoplamiento de la cavidad nasal, la disposición de los labios, etc.

4.2 Análisis de la señal de voz

En la figura 7 se ha representado el espectro de potencia de señales de voz correspondientes a

las vocales y a la consonante /s/. En estas gráficas se ha representado en el eje horizontal la

frecuencia (en Hz) y en el eje vertical la potencia espectral relativa (en dB). En cada una de

las gráficas se ha representado tanto el espectro de potencia como la envolvente espectral. Se

han marcado también las frecuencias en las que se encuentran las resonancias del tracto vocal,

que corresponden con los picos de la envolvente espectral. Estos picos son los formantes.

Puede apreciarse que aparece aproximadamente un formante por cada kHz, y que la

disposición de los formantes varía de unas vocales a otras.

En la figura puede apreciarse que el espectro de las vocales presenta una serie de picos

uniformemente distribuidos, especialmente claros en bajas frecuencias. Estos picos

corresponden a la serie de armónicos asociados al tono fundamental y se observan en el caso

de los fonemas sonoros (consonantes sonoras y vocales) debido a la vibración periódica de las

cuerdas vocales. En el caso de fonemas sordos (como la /s/) no tiene lugar la vibración de las

cuerdas vocales y la serie de armónicos asociada al tono fundamental no aparece.

Es importante destacar que la distribución de energía en el espectro proporciona dos tipos de

información. Por una parte, la estructura gruesa del espectro, es decir, la envolvente espectral,

proporciona información con respecto al fonema pronunciado, a través de la posición de los

formantes. Por otra parte, la estructura fina del espectro contiene información relativa a la

presencia o ausencia del tono fundamental y la frecuencia de éste. En el caso de las vocales, la

frecuencia de los dos primeros formantes permite su discriminación, tal y como se representa

en la figura 8.

El mecanismo de percepción del oído integra información espectral, información sobre la

intensidad de cada componente espectral e información relativa a la evolución temporal de

estas intensidades. Por esta razón, para el análisis de la señal de audio, suelen ser de gran

utilidad los espectrogramas. Los espectrogramas son una representación de la señal que

muestra la intensidad espectral evaluada en distintos instantes de tiempo. En el eje horizontal

se representa el tiempo y en el eje vertical se representa la frecuencia. La intensidad asociada

a cada componente espectral en cada instante de tiempo se representa en el espectrograma

asignando a cada punto tiempo-frecuencia un nivel de gris o un color de acuerdo con un mapa

de colores. De este modo, el espectrograma permite analizar la evolución en el tiempo de la

intensidad en las distintas componentes espectrales. De este modo se pueden localizar los

formantes, identificar los fonemas y sus características espectrales o temporales.

La figura 9 muestra el espectrograma de una señal de voz correspondiente a la frase "voy a

comprar pan". Se han etiquetado además los distintos fonemas para facilitar su análisis.

Debido a los parámetros utilizados para generar el espectrograma, el tono fundamental se

puede resolver en el eje de tiempo, de modo que durante la pronunciación de los fonemas

sonoros, se aprecian variaciones rápidas de la intensidad en el tiempo (tal y como se

representarían en las terminaciones nerviosas de acuerdo con el principio de codificación

temporal antes explicado). Los instantes de más intensidad corresponden con los pulsos

glotales asociados a la vibración de las cuerdas vocales. Puede apreciarse que antes de la

pronunciación del fonema /b/ aparece una nasalización con vibración de cuerdas vocales (una

/m/). Durante la pronunciación del triptongo /oia/ se observa la evolución de los 3 primeros

formantes, cuya frecuencia es bastante parecida a la observada en las figuras 7 y 8. Las

consonantes oclusivas sordas (la /k/ y las dos /p/) se caracterizan por el silencio durante la

oclusión previa a la plosión, seguida por un pico de energía bastante breve. La vibración de la

lengua en la /R/, vibrante múltiple, de frecuencia mucho menor que la vibración de las

cuerdas vocales, también se puede observar. En la figura 10 se muestra un detalle del

triptongo /oia/. En esta figura se aprecian con más claridad los pulsos glotales y los formantes.

Puede apreciarse también que en una frase pronunciada de forma natural, los formantes no

toman posiciones fijas, sino que varían de forma continua en el tiempo (ya que el cambio de

disposición de los órganos en el tracto vocal se realiza de forma continua y no de forma

instantánea). Este efecto de modificación de los fonemas debido a los fonemas anteriores y

posteriores (con respecto a sus ejecuciones ideales si fueran pronunciados de forma aislada)

se denomina coarticulación.

5. Percepción del sonido con un implante coclear

La cóclea sana realiza un proceso de análisis del sonido que permite extraer información

relativa a la intensidad, la distribución espectral y la distribución temporal de la energía

acústica. Esta información queda representada en forma de potenciales de acción en el nervio

auditivo, y es transmitida al cerebro donde es procesada e interpretada.

En una cóclea dañada, el implante coclear trata de imitar el mecanismo de conversión del

sonido en potenciales de acción, proporcionando al paciente implantado una representación

del sonido lo más parecida posible a la que tendría con una cóclea sana.

5.1 Procesamiento del sonido con el implante coclear

En la actualidad, cuando se coloca un implante coclear, se aloja en la cóclea un conjunto de

electrodos. De acuerdo con el principio tonotópico de la percepción auditiva, a cada uno de

los electrodos se le asigna una banda de frecuencia, de modo que el paciente implantado

percibe los estímulos de las distintas frecuencias en distintos puntos de la cóclea (en

terminaciones nerviosas asociadas a las distintas regiones cocleares), de forma análoga a la

percepción en una cóclea sana. Cada uno de los electrodos proporciona una estimulación en

cada instante de tiempo de acuerdo con la intensidad que hay en la señal de audio en la banda

espectral correspondiente. De este modo, los pacientes implantados reciben una estimulación

que les proporciona información espectral, relativa a los niveles de intensidad, y su evolución

temporal.

Sin embargo, hay algunas diferencias entre la generación de los potenciales de acción y la

estimulación eléctrica del nervio auditivo mediante electrodos. La conexión sináptica entre las

células ciliadas y las fibras nerviosas permite que la vibración de la membrana basilar en un

punto determinado de la cóclea produzca potenciales de acción únicamente en las

terminaciones que inervan las células ciliadas en ese punto de la cóclea. Sin embargo, la

estimulación eléctrica mediante electrodos produce un campo de corriente en una región no

confinada, que da lugar a la generación de potenciales de acción en una región relativamente

extensa de la cóclea (mucho más que en el caso de la estimulación natural), por lo que la

estimulación con implantes cocleares lleva implícita una pérdida importante de resolución

espectral tonotópica.

Por otra parte, la generación de potenciales de acción en una célula ciliada no afecta a las

células ciliadas situadas en su periferia, por lo que en la estimulación natural, los estímulos se

generan independientemente en las distintas regiones de la cóclea sin interferir unas células

ciliadas con otras. En el caso de los implantes cocleares (también debido a que no existe

sinapsis entre los electrodos y las terminaciones nerviosas), si se estimulan simultáneamente

dos electrodos, se produce una interferencia entre ambas estimulaciones. Esto es debido a que

se ha establecido una diferencia de potencial entre el primer electrodo y el de referencia, y

otra diferencia de potencial entre el segundo electrodo y el de referencia, y puesto que en

general la estimulación en el primer y el segundo electrodo son distintas, va a aparecer una

diferencia de potencial también entre el primer y el segundo electrodo, que va a dar lugar a

una interferencia entre canales estimulando de forma incontrolada las terminaciones situadas

entre ambos electrodos. Este fenómeno se conoce bien desde las primeras investigaciones en

el campo de los implantes cocleares y se denomina efecto de suma de campos. Como

consecuencia de esto, no deben estimularse simultáneamente dos electrodos, y por tanto, el

proceso de estimulación de electrodos debe realizarse de forma secuencial, estimulando en

cada instante de tiempo un único canal. Es, además, conveniente dejar un intervalo de tiempo

entre dos estimulaciones consecutivas para garantizar la repolarización de las terminaciones

nerviosas estimuladas.

Debe tenerse en cuenta que estas dos limitaciones que presentan los implantes cocleares en la

actualidad son comunes a todos los implantes cocleares y son consecuencia del hecho de

utilizar electrodos que suministran corriente eléctrica para generar los potenciales de acción

en el nervio auditivo. La tecnología actual no permite por el momento realizar una conexión

con el nervio auditivo que permita una estimulación selectiva de las distintas fibras nerviosas

o que permita la estimulación simultánea en varios puntos de la cóclea sin producir

interferencia. En la actualidad se realiza un esfuerzo investigador para mejorar los implantes

cocleares en este sentido.

5.2 Compromisos y soluciones en el diseño de los implantes cocleares

Un equipo para un implante coclear es un sistema que debe proporcionar al paciente una

estimulación del nervio auditivo que represente el sonido con la máxima calidad posible. El

sistema debe realizar todas las operaciones necesarias sobre la señal de audio en tiempo real y

debe ser diseñado de forma que resulte cómodo para el paciente (tratando de minimizar el

consumo eléctrico, el peso, etc.).

En el diseño del implante y el procesador existen, pues, compromisos que deben resolverse,

buscando la solución más razonable. Por ejemplo, la incorporación en el procesador de una

técnica de procesamiento de señal que mejore la calidad de la percepción va a suponer un

incremento del tamaño del circuito electrónico y del consumo eléctrico del sistema, lo que va

a ocasionar mayor tamaño en el equipo y la necesidad de utilizar baterías más pesadas o tener

que sustituirlas más a menudo. Durante el diseño del sistema deberían evaluarse los

beneficios e inconvenientes derivados de la incorporación de la técnica de procesamiento de

señal considerada, adoptando la solución más razonable.

Por otra parte, los avances tecnológicos hacen que continuamente se puedan considerar

nuevas posibilidades. Por ejemplo, la evolución de las tecnologías electrónicas ha hecho que

cada vez los circuitos sean más pequeños y tengan menor consumo eléctrico, permitiendo

además la incorporación de técnicas de procesamiento de señal cada vez más refinadas.

Los principales aspectos que deben considerarse en el diseño de los implantes cocleares se

refieren a los siguientes aspectos: número de electrodos, tasa de estimulación, configuración

eléctrica de la estimulación, estrategia de estimulación, consumo, tamaño y peso.

Número de electrodos

En cuanto al número de electrodos, debido a las consideraciones expuestas anteriormente, los

implantes fabricados actualmente tienen un número bajo de electrodos (entre 8 y 24 según

modelos), muy reducido en comparación con las cerca de 4.000 células ciliadas y alrededor

de 40.000 terminaciones que hay en la cóclea. Hay varias razones por las que no tiene sentido

aumentar excesivamente el número de electrodos:

Puesto que los campos eléctricos no están confinados, la corriente eléctrica que inyecta

cada electrodo se difunde en una zona amplia de la cóclea, lo que limita la resolución

espectral de la cóclea. Por tanto, el hecho de utilizar un número elevado de electrodos no

supone mejorar la resolución espectral tonotópica. Se han realizado numerosos estudios

comparativos sobre el rendimiento auditivo en función del número de electrodos. Estos

estudios concluyen que a partir de tan solo 4 electrodos se puede obtener un rendimiento

aceptable. Al aumentar el número de electrodos, se aprecia una mejora progresiva en el

rendimiento auditivo. Esta mejora se satura al llegar a 7 u 8 electrodos, no observándose

mejoras por el hecho de utilizar mayor número de electrodos.

La utilización de un número elevado de electrodos supone un consumo importante de

recursos del sistema (aumenta el número de operaciones de procesamiento de señal, y por

tanto el consumo del sistema, el tamaño dedicado a circuitos, el tamaño dedicado a

baterías y el peso).

Debido al efecto de suma de campos, no se pueden estimular simultáneamente dos

electrodos (si se hiciera se produciría una interferencia entre electrodos). Por esta razón,

la utilización de un número elevado de electrodos supone repartir la tasa total de

estimulación entre un número elevado de electrodos, lo que da lugar a una tasa de

estimulación por electrodo excesivamente baja.

Por estos motivos, la fabricación de los implantes de mayor número de electrodos responde

más a motivos comerciales que a razones técnicas y se apoya en la idea errónea (aunque muy

difundida) de que un implante, por el hecho de incorporar muchos electrodos debe funcionar

mejor que uno con menor número de electrodos. De hecho, los implantes con mayor número

de electrodos se ven obligados a paliar los inconvenientes asociados mediante diversos

mecanismos, que conducen a pérdidas de calidad en determinados aspectos (por ejemplo,

estimular en cada ciclo únicamente algunos de los electrodos, de modo que algunos aspectos

de la señal de audio no quedan representados, o reducir la tasa de estimulación por debajo de

la tasa de disparo de las neuronas, ocasionando sincronización artificial de los disparos en el

nervio auditivo, o mantener la tasa de estimulación alta a costa de solapar parcialmente los

estímulos en los distintos electrodos, dando lugar a problemas de suma de campos y la

consiguiente pérdida de resolución espectral).

Tasa de estimulación

El siguiente aspecto crítico en el diseño de los implantes es la tasa de estimulación, y como se

ha visto anteriormente, está íntimamente relacionado con el número de electrodos que se

estimulan en cada ciclo. Se denomina tasa de estimulación al número de descargas que realiza

cada electrodo por unidad de tiempo. Para obtener una correcta representación de la señal de

audio es importante que la tasa de estimulación sea muy superior a la tasa de disparo de las

neuronas (que está situada en torno a 400 ó 500 disparos por segundo). Algunos estudios

recomiendan que la tasa de estimulación por electrodo sea entre 2 y 4 veces la tasa de disparo

para evitar la sincronización de los disparos con la estimulación eléctrica. Si la tasa de

estimulación es inferior, el lapso de tiempo entre dos estímulos de un electrodo permite que

las neuronas se relaricen y estén preparadas para un nuevo disparo, de modo que los disparos

de todas las neuronas estimuladas por el electrodo se sincronizan con la estimulación del

electrodo. La sincronización de los disparos con los estímulos del electrodo impiden que los

disparos se sincronicen con los máximos de energía de la señal asociados al tono

fundamental, y dificulta o impide la percepción del tono fundamental de la señal de audio

basada en el principio de codificación temporal. En estos casos, los pacientes perciben, en

lugar del tono fundamental de la señal, un pseudo tono fundamental, de frecuencia constante e

igual a la tasa de estimulación. Los pacientes que han utilizado procesadores o estrategias con

tasas bajas de estimulación muestran frecuentemente un escaso control del tono en el habla

(presentan un habla robotizada) si han desarrollado las habilidades lingüísticas después de ser

implantados, o bien, si las habilidades lingüísticas las tenían desarrolladas antes de la sordera,

se quejan de percibir una voz muy desnaturalizada. Una estrategia que se ha utilizado para

evitar este efecto en los procesadores de baja tasa de estimulación ha sido estimar la

frecuencia fundamental de la señal de audio y estimular con una tasa de estimulación igual a

la frecuencia fundamental estimada. De este modo se consigue una percepción por principio

de codificación temporal del tono fundamental, aunque con una representación muy pobre de

la envolvente de la señal en cada banda espectral. El problema principal de esta estrategia es

que, aunque proporciona una representación aceptable del tono fundamental cuando la voz es

pronunciada en silencio, el detector de tono fundamental es muy ineficaz en presencia de

varias fuentes de sonido o en condiciones de ruido, debido a que la estimación del tono

fundamental en el procesador pierde mucha precisión. En la actualidad, las tendencias en el

diseño de los implantes cocleares y procesadores se orientan a proporcionar una alta tasa de

estimulación.

Configuración de la estimulación

La configuración eléctrica de la estimulación se refiere a la disposición de los electrodos. La

estimulación monopolar utiliza un electrodo de referencia común situado fuera de la cóclea y,

por cada canal, un electrodo activo dentro de la cóclea. La configuración bipolar utiliza por

cada canal una pareja de electrodos situados muy próximos entre sí. La pequeña distancia

entre electrodos en la configuración bipolar hace que el campo eléctrico quede confinado en

una región muy pequeña, lo que permite realizar una estimulación selectiva de una región

reducida de la cóclea. Sin embargo esto hace que el número de fibras estimuladas por la

pareja de electrodos sea reducido, de modo que para obtener una sensación de estimulación

aceptable, se requieren niveles de corriente muy altos en comparación con la estimulación

monopolar. La configuración bipolar requiere además una aproximación de los electrodos al

modiolo (el eje de la cóclea, hacia donde se encuentran las fibras nerviosas) ya que si los

electrodos quedan muy lejos del nervio auditivo la producción de potenciales de acción es

muy ineficaz. La aplicación de estimulación bipolar está contraindicada en los casos de cóclea

osificada debido a la imposibilidad de aproximar los electrodos al nervio auditivo.

La estimulación monopolar tiene el inconveniente de requerir un electrodo adicional de

referencia. Debido a que durante la estimulación se produce un flujo de corriente entre los

electrodos activos y el de referencia, la estimulación monopolar produce una inyección de

corriente en la región donde está alojado el electrodo de referencia, de modo que algunos

pacientes notan, durante los primeros meses de utilización del implante coclear, sensaciones

tactiles en dicha región (descrito en ocasiones como calambres o picores) que tienden a

desaparecer progresivamente. La estimulación monopolar hace que los campos de corriente se

distribuyan en una región amplia de la cóclea, permitiendo la estimulación de un gran número

de fibras nerviosas y una producción más eficaz de potenciales de acción en el nervio auditivo

con menor consumo de corriente.

Estrategias de estimulación

Se denomina estrategia de codificación al conjunto de operaciones que se realizan con la

señal de audio desde su adquisición por el micrófono hasta la determinación de los estímulos

a generar en cada uno de los electrodos en cada instante de tiempo.

Las primeras estrategias de codificación que se aplicaron son las denominadas analógicas.

Bajo estas estrategias, cada electrodo es estimulado con una intensidad proporcional a la señal

de voz, filtrada con el filtro paso-banda que caracteriza al canal asociado a dicho electrodo.

Las estrategias analógicas tienen la ventaja de requerir muy poco cálculo en el procesamiento

de la señal. Sin embargo, por el hecho de realizar la estimulación simultáneamente en todos

los canales, las estrategias analógicas presentan el problema de la suma de campos, dando

lugar a una fuerte interacción entre canales. En un principio se diseñó esta estrategia pensando

que en el proceso de transducción auditiva, el potencial en cada neurona era proporcional al

desplazamiento de la membrana basilar en la región coclear que inerva. Más adelante se

descubrió que las células ciliadas producen pulsos mediante procesos de despolarización y

repolarización, y se desarrollaron las estrategias de estimulación pulsátiles, que tienden a

imponerse en la actualidad.

Entre las estrategias pulsátiles se puede establecer una clasificación atendiendo a las

operaciones de preprocesamiento que se realizan. En las estrategias de extracción de

características (como la estrategia F0-F2 o la F0-F1-F2) se estiman parámetros que

caracterizan a la señal de voz y se realiza la estimulación teniendo en cuenta únicamente los

parámetros estimados. En el otro extremo están las estrategias de forma de onda, en las que

no se realiza ninguna estimación de parámetros y la estimulación depende únicamente de la

energía que hay en cada banda espectral en cada instante de tiempo (en este grupo están las

estrategias CIS y CIS+ por ejemplo). Las estrategias híbridas realizan la estimación de

algunos parámetros característicos de la voz y en la estimulación combinan los parámetros

estimados con la energía en las bandas (en este grupo se encuentran las estrategias SMSP,

MPEAK, SPEAK, etc.). De este modo, por ejemplo, la estrategia F0-F1-F2 realiza una

estimación de la frecuencia fundamental (F0), y de los dos primeros formantes (F1 y F2) y

estimula los electrodos asociados a F1 y F2 con la tasa de estimulación correspondiente a la

frecuencia fundamental estimada. Las estrategias MPEAK, SPEAK y n-of-m realizan un

análisis de la energía en las distintas bandas espectrales y seleccionan, con distintos criterios,

cuáles son, en cada ciclo de estimulación, los canales que deben ser estimulados.

Las estrategias que realizan estimación de parámetros están orientadas a mejorar el

funcionamiento de los procesadores que por su diseño presentan una tasa de estimulación baja

o un número de electrodos demasiado elevado. Presentan en general dos inconvenientes: por

una parte, estas estrategias suplen mediante la extracción de características parte de la

información contenida en la señal de audio original, dando lugar a una pérdida de calidad

(con respecto a las estrategias de codificación de forma de onda) que puede ser más o menos

importante dependiendo de la estrategia considerada y el papel que juegue la extracción de

características. Por otra parte, la estimación de características está orientada a mejorar la

percepción de la voz, por lo que estas estrategias parten de la premisa de que la señal de audio

procesada es voz adquirida en un entorno silencioso. Por esta razón, cuando la señal

procesada no es voz o está adquirida en un entorno ruidoso, la estimación de las

características puede ser ineficaz proporcionando al paciente una estimulación que no

representa correctamente la señal de audio. Este efecto es particularmente acusado en las

estrategias de extracción de características puras (actualmente en desuso) como la estrategia

F0-F1-F2, debido a que, por ejemplo, en presencia de ruidos impulsivos o ruidos

estacionarios el algoritmo de estimación de F0 tarda mucho en estabilizarse, proporcionando

una estimulación que no representa el tono fundamental de la señal de voz. En general, la

aplicación de estrategias basadas en la extracción de características responde a la necesidad de

paliar las limitaciones técnicas buscando soluciones que proporcionen una representación más

inteligible de la voz en condiciones de silencio a costa de reducir la calidad de la

representación de la señal de audio. A medida que progresa la tecnología, hay una tendencia

entre los diseñadores de procesadores a reducir las operaciones basadas en la extracción de

características, consiguiéndose una representación de la señal de más calidad y una mayor

inteligibilidad de la voz cuando es adquirida tanto en condiciones de silencio como de ruido.

Consumo, tamaño y peso

La energía eléctrica de las baterías se utiliza fundamentalmente (a) para realizar el

procesamiento de señal de acuerdo con la estrategia de estimulación, (b) para realizar la

transmisión de radio frecuencia (en esta transmisión hay pérdidas cuya magnitud depende del

acoplamiento entre las antenas del transmisor y del receptor-estimulador) y (c) para realizar la

estimulación eléctrica de los electrodos (que requiere el establecimiento de una corriente

eléctrica entre los electrodos activos y el de referencia). El consumo del sistema del implante

coclear viene determinado por un conjunto amplio de factores. La tecnología electrónica

utilizada va a determinar el consumo de corriente de cada microoperación de procesamiento

de señal. Los avances en esta línea proporcionan continuamente circuitos de menor consumo

lo que permite simultáneamente reducir el consumo total del sistema y aumentar el número de

operaciones que se realizan en el procesador. La estrategia de codificación, teniendo en

cuenta el número de electrodos estimulados en cada ciclo, la tasa de estimulación, etc. va a

determinar el número de operaciones necesarias y por tanto va a afectar al consumo total del

sistema. El uso de DSP's (Digital Signal Processors) de propósito específico con un diseño

muy cuidadoso de las técnicas de procesamiento de señal ha permitido reducciones muy

importantes del consumo frente a la utilización de DSP's de propósito general. El número de

electrodos y tipo de estimulación, así como los requerimiento de corriente en cada electrodo,

específicos para cada paciente, determinará el consumo de corriente asociado a la

estimulación eléctrica.

El tamaño y peso del procesador están condicionados por el tamaño y peso de los circuitos

electrónicos y de las baterías. El peso dedicado a las baterías depende de la autonomía que se

quiera dar al equipo y la capacidad de las baterías utilizadas. De igual modo que el progreso

en el campo de la electrónica proporciona circuitos cada vez más pequeños y con menor

consumo, el trabajo de investigación en el campo de los acumuladores de energía eléctrica

está proporcionando baterías con mayor capacidad y menor peso y tamaño, lo que permite

simultáneamente mayor autonomía y comodidad de los sistemas. La reducción del peso y

tamaño del sistema ha permitido, en la década de los 80, el cambio de los procesadores de

maletín a los de petaca y recientemente el cambio de los procesadores de petaca a los

retroauriculares. Aunque algunos fabricantes han reducido prestaciones en las versiones

retroauriculares con respecto a las de petaca, los avances en las tecnologías electrónicas

permiten el diseño de procesadores retroauriculares con las máximas prestaciones y en

algunas marcas, la utilización de un procesador retroauricular no supone una renuncia a la

calidad en la percepción.

En la actualidad todos los sistemas para implantes cocleares que se fabrican proporcionan un

grado de calidad aceptable, de modo que llevando un procesador de petaca o retroauricular, el

sistema proporciona una representación de la señal de voz con calidad suficiente como para

mantener una conversación fluida sin apoyo visual. Aunque existen diferencias en la cuanto a

la calidad que proporcionan los distintos modelos, dependiendo de la solución adoptada frente

a los distintos compromisos, la estrategia de codificación utilizada y la tecnología electrónica

aplicada, debe tenerse en cuenta que el objetivo principal de los implantes cocleares es

permitir la comunicación oral y el desarrollo de habilidades comunicativas en los pacientes

implantados. Los constantes avances tecnológicos que se realizan en la actualidad hacen que

continuamente se puedan incorporar mejoras en distintos aspectos de los sistemas de

implantes cocleares. En este sentido, la situación actual de competencia entre los distintos

fabricantes de implantes cocleares está siendo muy beneficiosa pues está garantizando la

transferencia rápida de los nuevos avances tecnológicos a los equipos de los implantes

cocleares y está impulsando la investigación orientada a mejorar los distintos aspectos

comentados anteriormente.

5.3 Posibilidades y limitaciones de los implantes cocleares

Cuando se analizó el procesamiento de la señal de audio que se realiza en el oído, se vio que

el oído normal permite la percepción de la frecuencia a través de los mecanismos tonotópico y

de codificación temporal, con un rango espectral de 20 Hz a 20 kHz y una resolución

espectral próxima a 1/10 de tono. También permite percepción de la intensidad, con

resoluciones que pueden llegar a 1 dB, en el rango entre 0 dB y 120 dB SPL. Finalmente, el

mecanismo de transducción auditiva permite representar en el nervio auditivo la evolución

temporal de las propiedades espectrales de la señal de audio.

Se ha visto también que el diseño de los electrodos tiene implícita una reducción importante

de la resolución espectral tonotópica. Por esta razón, el rango espectral en los implantes

cocleares está reducido a la banda entre 250–300 Hz y 5000–8500 Hz, según los modelos. El

implante coclear permite resolver distintos niveles de intensidad, siendo posible alcanzar

resoluciones próximas a 3 dB. Finalmente, dependiendo de la tasa de estimulación, los

implantes proporcionan una representación de la evolución temporal de la señal de audio,

alcanzándose una representación temporal similar a la audición normal en los sistemas de alta

tasa de estimulación. Se ha observado los pacientes implantados, ante la imposibilidad de

obtener una buena resolución espectral tonotópica, desarrollan la capacidad de extraer

información a partir de la codificación temporal.

Estos aspectos condicionan las posibilidades y limitaciones de la audición con implante

coclear. En la actualidad los implantes cocleares permiten una percepción auditiva con

calidad suficiente para la comprensión del habla cuando es pronunciada en ausencia de ruido.

En general en condiciones de ruido la comprensión de la voz se dificulta mucho más que en el

caso de la audición normal, si bien dependiendo de la estrategia de codificación se aprecian

diferentes comportamientos frente a los distintos niveles de ruido. Debido a la pérdida de

resolución espectral tonotópica, la percepción de la música con el implante coclear pierde

mucha calidad con respecto a la audición normal, encontrándose también diferencias

importantes dependiendo de la estrategia de codificación.

6 Rehabilitación de pacientes implantados

El proceso que sigue un paciente afectado por una hipoacusia severa o profunda, desde que es

diagnosticada la sordera hasta que es implantado y rehabilitado, sigue un modelo similar en la

mayor parte de los centros implantadores, e incluye las siguientes fases: diagnóstico y

evaluación de la hipoacusia, selección del paciente, intervención quirúrgica, ajuste del

procesador, rehabilitación y seguimiento.

6.1 Diagnóstico de hipoacusias

En la actualidad se están llevando a cabo cambios legislativos que tienen por objeto establecer

la realización de tests de audición en todos los recién nacidos, con el objeto de identificar los

posibles casos de hipoacusia y de realizar sobre éstos un seguimiento continuo de la

capacidad auditiva. No obstante, la aplicación de estas medidas se ve muy limitada por las

restricciones presupuestarias, por lo que los tests se suelen limitar, en muchos centros

hospitalarios, a los recién nacidos pertenecientes a grupos de riesgo y en la actualidad no se

realizan de forma generalizada en nuestro país.

En cualquier caso, hay una tendencia a mejorar los mecanismos de detección y evaluación de

hipoacusias. En el caso de recién nacidos, el protocolo de diagnóstico y seguimiento incluye

un conjunto amplio de pruebas entre las que se encuentran las pruebas subjetivas (en las que

la evaluación se basa en la respuesta que proporciona el sujeto) y las pruebas objetivas (en las

que la evaluación se realiza sin necesidad de que proporcione una respuesta). Entre las

primeras se encuentran, entre otras, las audiometrías tonales y verbales, y en el caso de los

niños las agrupadas bajo el concepto de audiometría conductual. Entre las pruebas objetivas

están, por ejemplo, el test otoemisiones acústicas, los tests de potenciales evocados o el test

de reflejo estapedial.

6.2 Selección de pacientes

Se consideran indicados los implantes cocleares en pacientes que presentan una hipoacusia

neurosensorial bilateral severa o profunda de origen coclear y que se benefician de forma

insuficiente o nula del uso de las prótesis auditivas, siempre que no existan

contraindicaciones. La mayor parte de las hipoacusias severas y profundas son de origen

neurosensorial y de éstas, sólo en una pequeña fracción hay daños o malformaciones

cocleares que contraindiquen la utilización del implante coclear. En individuos con una

hipoacusia con umbrales auditivos bilaterales superiores a 90 dB de media en las frecuencias

de 500 Hz, 1 kHz y 2 kHz, con umbrales superiores a 55 dB en audiometría de campo libre

con audífonos y con una discriminación de palabra inferior al 40% en listas abiertas de

palabras, debe estudiarse la posibilidad de utilizar un implante coclear. No obstante este

criterio tiende a flexibilizarse, pues en el caso de una sordera poslocutiva, el aprovechamiento

auditivo con pérdidas superiores a estos niveles puede ser aceptable y no ser imprescindible el

implante, mientras que una pérdida inferior en niños prelocutivos o perilocutivos puede

dificultar fuertemente su desarrollo lingüístico y cognitivo haciendo recomendable la

aplicación del implante coclear.

La prescripción del implante coclear suele evaluarse teniendo en cuenta los beneficios que se

espera que se logren gracias a la utilización del implante, tanto en términos absolutos (la

capacidad auditiva y lingüística que puede llegar a alcanzar el paciente al ser implantado)

como relativos (la mejora que va a experimentar con respecto a su situación sin implante). En

términos generales, los principales factores pronóstico que determinan el aprovechamiento del

implante son la edad de implantación, el grado, evolución y duración de la hipoacusia, el

nivel lingüístico del paciente y sus habilidades cognitivas.

Los niños de menor edad (menores de 3 años) tienen muy buena capacidad de aprendizaje y

son capaces de desarrollar habilidades lingüísticas incluso en los casos de sordera profunda

congénita y capacidad lingüística nula en el momento de ser implantado, si bien los resultados

son mucho más rápidos en el caso de presentar restos auditivos, de haber tenido experiencia

auditiva o de haber desarrollado habilidades lingüísticas. Las perspectivas de desarrollo de

habilidades comunicativas en niños implantados con menos de 3 años son muy buenas, siendo

frecuente que tras un periodo de rehabilitación se pueden integrar en centros educativos para

normoyentes.

Los resultados en pacientes implantados con más edad dependen fuertemente de la evolución

de la sordera, (la duración y/o el carácter progresivo de ésta) y el grado de desarrollo

lingüístico en el momento de la sordera. Esto es debido a que con el paso del tiempo se pierde

progresivamente la plasticidad cerebral, resultando más difícil el desarrollo de habilidades

lingüísticas. En el caso de pacientes adultos prelocutivos, las expectativas son en general

bastante pobres, pues estos pacientes no han desarrollado muchas habilidades lingüísticas y

debido a la edad, su capacidad de aprendizaje se ve muy limitada. En cambio, los pacientes

poslocutivos, puesto que tienen un lenguaje interior, son capaces de obtener un buen

rendimiento comunicativo gracias al implante coclear. Los principales factores que

determinan el aprovechamiento del implante en el caso de adultos poslocutivos son la

duración de la sordera y el carácter progresivo de ésta.

A la hora de valorar las expectativas de un paciente debe tenerse en cuenta que el implante

proporciona una estimulación del nervio auditivo que le va a permitir una representación de la

señal de voz con calidad suficiente como para mantener una conversación fluida. Sin

embargo, para que esto sea posible, es necesario que el paciente aprenda a procesar la

información que le proporciona el implante coclear. La interpretación de los estímulos

proporcionados por el implante requiere un aprendizaje. El proceso de aprendizaje es mínimo

en el caso de los pacientes que antes de ser implantados habían desarrollado plenamente la

capacidad comunicativa y que han sufrido sorderas de corta duración (en este caso los

pacientes sólo tienen que asociar la nueva forma de percibir los distintos sonidos y fonemas a

los sonidos y fonemas que ya conocen). En el caso de pacientes que carecen de capacidad

comunicativa, el proceso de aprendizaje para desarrollar habilidades auditivas y lingüísticas

es mucho más complejo, obteniéndose los mejores resultados en los pacientes de menor edad

(que tienen una mayor capacidad de aprendizaje). Puesto que el aprovechamiento del

implante coclear pasa por un proceso de aprendizaje, las perspectivas dependen muy

fuertemente del proceso de rehabilitación y de la motivación del paciente con respecto al

esfuerzo que supone el proceso de aprendizaje. La evaluación de posibles implantes cocleares

se apoya, por tanto, en informes audiométricos, médicos, logopédicos y psicológicos del

paciente.

La selección de pacientes para implantes cocleares en el contexto de la sanidad pública es una

responsabilidad muy delicada, ya que el número de pacientes que solicitan ser implantados y

que pueden obtener un beneficio de la utilización del implante es muy elevado en

comparación con la cantidad de implantes que proporciona la sanidad pública. En el proceso

de selección se prioriza a los pacientes para los cuales un retraso en el momento de

implantación supone un daño irreversible. Este es el caso de los pacientes que sufren

patologías que dan lugar a procesos de osificación de la cóclea (meningitis, otoesclerosis,

etc.), en los cuales un aprovechamiento óptimo requiere que el implante sea insertado antes de

que evolucione el proceso de osificación, y de los niños de menor edad, ya que las

perspectivas de aprovechamiento se reducen a medida que el paciente crece y aumenta la

duración de la sordera.

6.3 Intervención quirúrgica

Los candidatos seleccionados son sometidos a una intervención quirúrgica para la colocación

de la parte interna del equipo. Aunque hay distintos criterios con respecto a cuál de los oídos

debe ser implantado (el de mejores o el de peores restos auditivos), en algunos pacientes se

puede combinar la utilización del implante en un oído con la utilización de un audífono en el

otro, en cuyo caso el oído implantado es el de mayor pérdida. Durante la operación se accede

a la cóclea, donde se inserta la guía de electrodos del implante coclear y, dependiendo del

modelo, se utilizan diferentes ubicaciones para el electrodo de referencia y el receptor-

estimulador del implante coclear.

6.4 Ajuste del procesador

Pasado un periodo de 4 semanas tras la operación se procede al encendido y primer ajuste del

procesador. En esta sesión se determinan qué electrodos son funcionales. Puede ocurrir que la

inserción del implante no haya sido completa debido, por ejemplo, a una osificación parcial

de la cóclea. También puede ocurrir que alguno de los electrodos esté situado en una región

de la cóclea en la que las terminaciones nerviosas presentan daños. Los electrodos no situados

en el interior de la cóclea o los situados en regiones cocleares donde las terminaciones están

muy dañadas no van a proporcionar una estimulación eficiente del nervio auditivo y por tanto

deben ser desconectados, pues si un electrodo no funcional se mantiene conectado, la banda

de frecuencia asociada a dicho electrodo no es percibida por el paciente. Cuando el electrodo

se desconecta, se produce una reasignación de bandas de frecuencia entre los electrodos que

permanecen conectados, de modo que todas las bandas espectrales quedan correctamente

representadas en el patrón de estimulación nerviosa del paciente.

Una vez determinados los electrodos funcionales, se determinan los umbrales de estimulación

eléctrica (mínimos niveles de corriente en cada electrodo, para los que el paciente detecta la

presencia de estímulo) y los máximos niveles de confort (máximos niveles de corriente que

tolera el paciente sin molestias). Los sonidos de diferentes intensidades se van a mapear al

intervalo de corriente eléctrica comprendido entre el umbral y el máximo nivel de confort

establecidos, de modo que los sonidos débiles le van a proporcionar estímulos eléctricos que

va a ser capaz de detectar (por estar por encima del umbral de percepción) y los sonidos muy

fuertes proporcionarán estímulos eléctricos que el paciente percibirá como intensos. Es

también necesario que la sensación de intensidad en los distintos electrodos esté equilibrada

pues en caso contrario se producen fenómenos de distorsión. Esto es particularmente difícil de

conseguir en el caso de los niños y también en los adultos cuando confunden la intensidad y la

frecuencia. Durante la sesión de ajuste del procesador se establecen también los parámetros

más adecuados para el paciente, relativos a la estrategia de estimulación.

Los valores establecidos para los umbrales y máximos niveles de confort deben ser revisados

frecuentemente en las primeras semanas de uso del implante, ya que pueden presentar

variaciones importantes. Las terminaciones nerviosas que han llevado mucho tiempo sin

recibir estimulación pierden la capacidad de detectar estímulos y esto hace que los umbrales

de detección sean relativamente altos. Por otra parte, debido a la ausencia de estimulación, las

terminaciones no toleran niveles de estimulación altos, de modo que los máximos niveles de

confort son relativamente bajos. A partir del encendido del procesador comienza la

estimulación de las células ganglionadas, y en poco tiempo las terminaciones nerviosas,

relativamente funcionales, toleran mayores niveles de estimulación (suben los máximos

niveles de confort) y mejoran la sensibilidad ante estímulos débiles (bajan los umbrales de

audición), consiguiéndose un rango de estimulación eléctrica cada vez más amplio, lo que

además mejora la resolución en intensidad del paciente implantado (puede distinguir con más

facilidad variaciones de intensidad de los sonidos). Estos cambios fisiológicos requieren el

ajuste de los parámetros de estimulación del implante coclear. El proceso de la adaptación de

las terminaciones nerviosas a la estimulación eléctrica es rápido al principio (durante el

primer mes) alcanzándose unos parámetros de estimulación estables al cabo de unos 3 o 4

meses a partir del primer encendido. Este proceso de adaptación determina el calendario de

ajustes del procesador de los implantes cocleares, que incluye revisiones a la semana del

primer encendido, a las dos semanas, al mes, a los tres meses, a los seis meses, al año y

revisiones anuales a partir de entonces.

6.5 Rehabilitación

Desde el momento del primer encendido del procesador comienza el proceso de rehabilitación

del paciente implantado. Una vez encendido el procesador el paciente recibe estímulos

eléctricos que se perciben en el sistema nervioso central. Si el paciente tiene experiencia

auditiva, los estímulos que percibe son interpretados como sensaciones auditivas, mientras

que si carece de ella los estímulos los percibe pero le proporcionan sensaciones desconocidas

hasta entonces por él. El papel de la rehabilitación consiste en ayudar al paciente para que

aprenda a extraer información de los estímulos que percibe mediante el implante coclear. La

rehabilitación está especialmente orientada al desarrollo de habilidades para la comunicación

oral y en el proceso de rehabilitación se incluyen distintas habilidades, que son, por orden de

dificultad, detección de sonidos, identificación de sonidos, discriminación de fonemas, de

palabras y frases en listas cerradas, reconocimiento en listas abiertas de palabras y

comprensión del mensaje oral.

La primera fase de la rehabilitación se realiza en el centro implantador en estrecha

coordinación con el personal responsable del ajuste del procesador. En esta fase se evalúa la

evolución del paciente obtenida a partir del momento de encendido del procesador. También

se determina la capacidad del paciente para detectar los estímulos de diferentes intensidades

en las distintas frecuencias y las deficiencias en el desarrollo de habilidades que pueden estar

asociadas a problemas en la percepción de estímulos, con el objeto de utilizar esta

información para mejorar el ajuste del procesador. En el caso de niños pequeños, este aspecto

es fundamental pues en general proporcionan poca información durante las primeras sesiones

de ajuste del procesador. También en el caso de los niños es importante mejorar el

condicionamiento ante estímulos auditivos con el objeto de facilitar el ajuste del procesador y

obtener una programación adecuada en el menor tiempo posible. Por esta razón es muy

conveniente, en el caso de niños, un entrenamiento previo al proceso de implantación.

Además de las tareas mencionadas anteriormente, orientadas a mejorar el ajuste del

procesador, en este periodo se realizan tareas de rehabilitación propiamente dicha, orientadas

a desarrollar las habilidades auditivas y lingüísticas del paciente implantado, mejorando la

detección e identificación de sonidos, de fonemas y de palabras. Se orienta a los padres,

familiares y al paciente con respecto a actividades que permiten un mejor desarrollo de las

distintas habilidades. En esta fase también se establece un contacto con los centros en los que

el paciente va a recibir rehabilitación logopédica, proporcionando información general sobre

los implantes cocleares en caso de que no dispongan de experiencia con este tipo de casos e

información específica relativa al paciente.

Una vez finalizada la primera fase de la rehabilitación (que puede durar alrededor de un mes),

los pacientes han desarrollado (al menos) habilidades auditivas básicas de acuerdo con sus

posibilidades, y los procesadores han sido ajustados en un número suficiente de sesiones, de

modo que el paciente recibe una estimulación que le permite percibir el sonido con una

calidad adecuada, y además, el entrenamiento auditivo ha hecho que esté familiarizado con

los estímulos auditivos y sea capaz de identificar un cierto conjunto de sonidos (el alcance de

esta capacidad varía enormemente teniendo en cuenta la madurez del paciente, su experiencia

auditiva, etc.). En este momento comienza una fase de rehabilitación planificada a más largo

plazo, desarrollada fuera del entorno clínico (aunque manteniendo una coordinación con el

centro implantador) dedicada a la obtención del máximo aprovechamiento del implante

coclear. En esta fase, cuya duración no está limitada, juegan un papel fundamental los padres

y familiares del implantado, los educadores y logopedas y el propio paciente.

El aprovechamiento óptimo del implante coclear requiere dos condiciones: por una parte una

estimulación adecuada del nervio auditivo (lo que se consigue en pocas semanas mediante el

ajuste del procesador) y por otra parte el desarrollo de la capacidad para extraer información

de la estimulación e interpretar las sensaciones auditivas que produce. En el caso de pacientes

poslocutivos con experiencia auditiva reciente, esta capacidad está aprendida y el proceso de

rehabilitación es muy rápido. En el resto de casos, la habilidad para extraer la información

contenida en la señal de audio debe desarrollarse y constituye un proceso de aprendizaje más

extenso en el tiempo.

6.6 Seguimiento de los pacientes implantados

Una vez que finaliza en la clínica la fase inicial de la rehabilitación, se mantiene un contacto

tanto con el paciente y su entorno familiar como con los centros involucrados en su

rehabilitación, lo que permite intercambiar información y seguir la evolución de los pacientes

implantados. Periódicamente los pacientes son citados con el objeto de realizar tests de

seguimiento, así como para realizar ajustes en las programaciones del procesador. El

seguimiento de los pacientes permite coordinar la actividad rehabilitadora, y es fundamental

para la detección y resolución de los problemas y dificultades que aparecen durante la

rehabilitación. Esta acción coordinadora es esencial porque en la mayoría de los centros en los

que se rehabilita a pacientes implantados, la experiencia con este tipo de pacientes es muy

reducida en comparación con la experiencia de que se dispone en los centros implantadores.

6.7 Factores relacionados con el aprovechamiento del implante coclear

Hemos estudiado la evolución de habilidades en los distintos pacientes implantados en

nuestro hospital con el objeto de analizar los principales factores que determinan el

aprovechamiento óptimo del implante coclear.

Uno de los principales factores se refiere a los aspectos técnicos del equipo. El

aprovechamiento del implante exige que el equipo esté funcionando correctamente durante

todo el tiempo posible. Para ello es necesario que el procesador esté correctamente

programado y que el paciente o las personas responsables que hay a su alrededor (padres,

profesores, logopedas, etc.) conozcan el funcionamiento básico del equipo: comprobación de

funcionamiento, sustitución de baterías agotadas, control de volumen, detección de problemas

técnicos y conocimiento de los mecanismos para resolver rápidamente los problemas

técnicos.

La rehabilitación debe planificarse teniendo en cuenta que el paciente percibe, y que el

objetivo de la rehabilitación es enseñarle a interpretar lo que percibe: el paciente percibe, pero

hay que enseñarle a entender y desarrollar el lenguaje. Las características del paciente (edad,

experiencia auditiva, patologías asociadas, nivel de comunicación e intelectual, etc.) van a

determinar las perspectivas de evolución y la rapidez con que va a desarrollar las distintas

habilidades. El proceso de aprendizaje debe adaptarse a las características de cada paciente,

ajustando el nivel de exigencia a las posibilidades del paciente en cada momento. Una

rehabilitación adecuada va a permitir un desarrollo de las habilidades rápido y efectivo,

dentro de las limitaciones que presentará cada paciente debido a la edad, las características de

su sordera, etc.

6.8 Planificación de la rehabilitación

La situación ideal con respecto a la aplicación de implantes cocleares pasaría por: (1) la

realización de tests de audición sobre todos los pacientes recién nacidos, para identificar y

seguir las posibles hipoacusias, (2) seguimiento personalizado con revisiones periódicas de

todos los pacientes con posibles hipoacusias y (3) intervención inmediata para la colocación

de implante coclear en caso de que se confirme que hay una hipoacusia que lo requiere. Esta

estrategia de intervención permitiría que los pacientes fueran implantados a las edades en las

que se pueden obtener los resultados óptimos (es decir, implantar al paciente en el momento

en que la hipoacusia impidiera el desarrollo de habilidades auditivas en el caso de pre o

perilocutivos o en el momento en el que la hipoacusia impidiera la comunicación oral en el

caso de poslocutivos).

A pesar de que se han producido avances importantes en los últimos años, por una parte un

gran número de hipoacusias es aun detectado con bastante retraso, y por otra parte la demanda

de implantes está muy por encima de los recursos actuales, de modo que la intervención

inmediata es, en la mayoría de los casos, inviable. A esto hay que añadir la relativamente

escasa (aunque creciente) difusión de la información disponible con respecto a los implantes

cocleares en la sociedad, que hace que la demanda actual de implantes esté muy por debajo de

las necesidades reales.

En este contexto resulta fácil encontrar pacientes implantables que tardan tiempo (a veces

meses o incluso años) en ser implantados. En estos casos la planificación logopédica antes de

la intervención quirúrgica debe realizarse teniendo en cuenta que los resultados finales con el

implante pueden ser muy superiores con un trabajo logopédico adecuado previo al implante.

El desarrollo de la lectura labial, por ejemplo, permite que los pacientes desarrollen las

estructuras lingüísticas utilizando fonemas como unidades básicas y asociando a cada palabra

una imagen visual. De igual modo, el desarrollo de la fonación permite que se asocie a los

fonemas una imagen motora. Los pacientes implantados con lectura labial o con una buena

capacidad de producción manifiestan un mejor aprovechamiento del implante coclear, ya que

tienen una idea más o menos precisa de los distintos fonemas y son capaces de identificar la

imagen sonora que le proporciona el implante con la imagen visual o motora que conocen.

Existen casos, aunque muy poco frecuentes, de pacientes adultos prelocutivos oralistas, que

tras ser implantados han obtenido un aprovechamiento muy bueno del implante, resultándoles

mucho más fácil la lectura labial con el apoyo auditivo en una primera fase, y llegando a ser

posible posteriormente la comunicación oral con apoyo visual. Es importante, por tanto,

trabajar las distintas habilidades relacionadas con la comunicación oral en aquellos pacientes

que requieren ser implantados.

Una vez implantado el paciente y encendido el procesador, la rehabilitación debe planificarse

teniendo en cuenta que el paciente está percibiendo. La rehabilitación de un hipoacúsico

profundo está basada en la premisa de que presenta deficiencias en la percepción. En cambio

la rehabilitación en un hipoacúsico implantado debe planificarse teniendo en cuenta que es

capaz de percibir pero requiere de la asistencia logopédica para aprender a utilizar la

información que le proporciona el implante coclear: el paciente percibe razonablemente bien

y hay que enseñarle a oír.

Un aspecto muy importante en la planificación de la rehabilitación es el ajuste de objetivos.

Puesto que la rehabilitación es básicamente un proceso de aprendizaje, es importante evaluar

las posibilidades del paciente y elegir los métodos que van a conducir de una forma más

eficiente a un aprendizaje más rápido y completo. La intervención con implante coclear

supone un cambio muy brusco en la evolución del paciente hipoacúsico, y normalmente

necesita un cierto tiempo para acomodarse a la nueva situación. Por esta razón,

frecuentemente los pacientes implantados manifiestan una evolución irregular de las

habilidades auditivas y lingüísticas, sobre todo en las primeras fases. Como consecuencia de

esto, los objetivos logopédicos deben ajustarse y revisarse periódicamente para adecuarlos lo

mejor posible a la situación del paciente en cada momento de su rehabilitación.

La integración de los pacientes implantados en centros escolares de normoyentes es un

aspecto que también debe tenerse en cuenta en el proceso de rehabilitación y estará en función

de cada caso. La interacción con los centros educativos es esencial y debe realizarse de forma

paulatina y consensuada. En cualquier caso es necesario que los centros cuenten con personal

especializado en el tratamiento de hipoacúsicos.

7. Principales líneas de investigación

Desde su aparición, los implantes cocleares han experimentado un progreso continuo,

incorporando constantemente nuevos avances tecnológicos que han proporcionado mejoras

muy importantes tanto en la calidad de la audición como en la comodidad del uso de los

equipos. Estas mejoras han sido resultado de una investigación orientada a diversos aspectos

de los implantes cocleares. En la actualidad, hay abiertas muchas líneas de investigación. El

análisis de las líneas de investigación es interesante para conocer hasta dónde llega el

conocimiento científico, cómo se transfiere a la tecnología, y que mejoras se podrán encontrar

en los sistemas de los implantes cocleares en los próximos años.

Las principales líneas de investigación centran su atención, en la actualidad, en el diseño de

los electrodos, la transmisión de radio frecuencia, incorporación en los implantes de

herramientas que permitan el diagnóstico y chequeo de los electrodos, mejoras de calidad en

el procesamiento de señal, aspectos relacionados con la seguridad eléctrica de la estimulación

coclear, búsqueda de soluciones confortables para los pacientes, y el desarrollo de técnicas de

rehabilitación adaptadas a las nuevas tecnologías.

7.1 Diseño de los electrodos

Los electrodos son un elemento fundamental de los implantes cocleares, y su diseño busca

proporcionar una estimulación adecuada de las fibras del nervio auditivo, a la vez que una

fácil inserción en la cóclea. Los diseños más avanzados permiten la inserción profunda

(llegando hasta 30 mm de inserción), para lo cual la guía portaelectrodos se elabora utilizando

materiales muy flexibles. Las guías de electrodos se diseñan de modo que puedan ser

extraídos en caso de avería o rotura del implante, y dejando abierta la posibilidad de sustituir

el dispositivo por otro más avanzado cuando los avances tecnológicos hicieran esta

posibilidad recomendable.

Los fabricantes de implantes cocleares disponen de una variedad de guías portaelectrodos que

permite la elección del modelo más adecuado en cada caso. En cócleas parcialmente

osificadas en las que la inserción profunda no es posible, se puede utilizar una guía corta en la

que los electrodos se encuentran más próximos entre sí. En cócleas muy osificadas es posible

labrar un canal coclear y la utilización de una guía bifurcada (en la que una parte de los

electrodos está en una guía y el resto en la otra) lo que permite la aproximación del máximo

número de electrodos a las fibras nerviosas.

En la actualidad se está trabajando en el diseño de electrodos que se aproximen al modiolo,

con el objeto de mejorar la estimulación minimizando la interacción entre canales, y para

reducir la cantidad de corriente necesaria para la estimulación (lo que permitiría una

reducción importante del consumo de potencia del equipo). Estos diseños, denominados

perimodiolares, incluyen un mecanismo que permite a la guía portaelectrodos, una vez

insertada, cerrarse sobre el eje de la cóclea, aproximándose a las terminaciones del nervio

auditivo. El diseño de estos dispositivos es complejo y tienen el inconveniente, en algunos

casos, de producir lesiones mayores en el receptor coclear y fenómenos de fibrosis que hay

que tener en cuenta en el caso de una sustitución del implante. En la figura 11 se han

representado ejemplos de los diseños de electrodos que se han descrito.

7.2 Transmisión de radio frecuencia

La transmisión de radio frecuencia ha permitido la eliminación del principal inconveniente

que presentaban los primeros modelos, evitando el contacto físico en la comunicación entre la

parte externa y la parte interna del sistema del implante coclear. La utilización de una

transmisión radio para la comunicación entre las partes externa e interna presenta algunos

inconvenientes, como son la posibilidad de interferencias con otras fuentes de radio

frecuencia, la disipación de potencia en la transmisión (y consiguiente aumento del consumo

eléctrico) y la necesidad de conseguir un buen acoplamiento entre las antenas emisora y

receptora del implante.

La investigación realizada en esta línea está orientada a la reducción de las pérdidas en la

transmisión y de las interferencias con otras fuentes. Este último aspecto resulta esencial en la

actualidad, teniendo en cuenta el incremento que experimentan las comunicaciones

inalámbricas en general, y la telefonía móvil en particular. Continuamente se realizan

numerosos estudios para determinar qué modelos de teléfonos móviles son compatibles con

los implantes cocleares y cuáles producen excesivas interferencias sobre el implante.

7.3 Herramientas de diagnóstico

El equipo de implante coclear es diseñado para la estimulación eléctrica del nervio auditivo.

No obstante, la mayor parte de los equipos incorporan además herramientas y utilidades que

permiten comprobar la integridad del equipo, el acoplamiento entre el emisor y el receptor,

las características eléctricas de los electrodos y la interacción eléctrica entre ellos. Esta

comprobación, denominada usualmente telemetría, puede realizarse en pocos segundos en la

actualidad. Los diseños actuales permiten también la realización de test de potenciales

evocados y de reflejo estapedial.

7.4 Seguridad en la estimulación eléctrica

Las condiciones de seguridad en la estimulación eléctrica constituyen un aspecto esencial del

diseño de los implantes cocleares. Los niveles de corriente y la estrategia de estimulación

deben diseñarse de modo que quede garantizado que no va a producirse un daño fisiológico

irreversible en las terminaciones nerviosas. Los campos de corriente excesivamente intensos o

la acumulación de carga en las terminaciones nerviosas o sus inmediaciones deben evitarse.

Los niveles de corriente intensos hacen que la neurona pierda la capacidad de repolarización

reduciéndose la tasa de disparo y la resolución en intensidad. La acumulación de carga en las

inmediaciones de las fibras nerviosas es extremadamente peligrosa pues puede producir

alteraciones en el pH del medio celular e intercelular que conducen a la muerte celular de las

neuronas. Por esta razón, los implantes más avanzados tienden a realizar estimulación

monopolar (es decir, utilizando un electrodo de referencia) lo que permite niveles de

percepción fuertes con campos de corriente bajos, y realizan la estimulación con pulsos

bifásicos (con un ciclo positivo en el que se inserta corriente y un ciclo negativo en el que la

corriente insertada se retira) incorporando condensadores en la salida de los electrodos que

suprimen las componentes de corriente continua en la estimulación que darían lugar a la

acumulación de carga. En la figura 4 puede apreciarse tanto el electrodo de referencia

utilizado para la estimulación monopolar como los condensadores de salida, colocados junto a

los contactos de los electrodos activos, que suprimen las componentes de corriente continua.

7.5 Procesamiento de señal

El conjunto de operaciones de procesamiento de señal realizadas desde la adquisición del

sonido por el micrófono hasta la estimulación del nervio auditivo con los electrodos

constituye la estrategia de codificación y es determinante en la calidad con la que el paciente

va a percibir el sonido. Una de las principales líneas de investigación que se desarrolla en el

campo de los implantes cocleares está dedicada a mejorar las técnicas de procesamiento de

señal que se incorporan en las estrategias de codificación para proporcionar mejor calidad de

audición.

Las estrategias de codificación más avanzadas proporcionan una estimulación esencialmente

basada en la forma de onda, es decir, con una extracción de características mínima o nula, con

una alta tasa de estimulación y sin solapamiento entre pulsos consecutivos. Se ha encontrado,

además, que la estimulación de todos los electrodos en cada ciclo de estimulación mejora la

sensibilidad en la audición frente a las estrategias que sólo estimulan un grupo de electrodos

en cada ciclo, ya que la estimulación de las terminaciones con niveles bajos de corriente,

próximos al umbral de percepción, mantienen las terminaciones activas y preparadas para

generar potenciales de acción ante la aparición de estímulos acústicos débiles. Con este tipo

de procesadores es frecuente encontrar pacientes imlpantados con audiogramas alrededor de

30 o 35 dB.

Los procesadores de última generación incorporan la utilización de filtros FIR (más estables

que los IIR) para la separación de la señal de audio en bandas de frecuencia, y la detección de

envolvente se realiza utilizando para cada canal una pareja de filtros en cuadratura de fase (es

decir, la detección de envolvente se realiza mediante la transformada de Hilbert) lo que

proporciona una envolvente más precisa, especialmente cuando las propiedades de la señal

evolucionan muy rápidamente en el tiempo.

Una línea de investigación en la que se dedica mucho esfuerzo en la actualidad es la

compensación del ruido en la señal de audio, ya que la percepción de voz en condiciones de

ruido es una de las limitaciones más importantes que sufren los pacientes implantados. Se

están realizando avances importantes en estas líneas y cabe esperar que en poco tiempo los

procesadores incorporen técnicas eficientes de compensación del ruido de fondo.

7.6 Tamaño, peso y consumo de los equipos

El tamaño, peso y consumo de los elementos que integran el implante coclear son muy

importantes a la hora de alcanzar un sistema confortable para el paciente. La aplicación de los

avances tecnológicos en los diseños permite conseguir, en los sistemas de última generación,

equipos pequeños (que pueden ser utilizados en configuración retroauricular) sin necesidad de

renunciar a las mejoras de calidad que permite la tecnología. En la figura 12 se muestra un

procesador de petaca y otro retroauricular. Se han fotografiado junto al implante coclear (que

es el mismo en ambos casos), de modo que se puede apreciar la reducción de tamaño que han

experimentado los equipos. En estos modelos, los avances tecnológicos han proporcionado un

diseño que además de ser más pequeño y ligero, y con menor consumo de corriente,

proporciona mejoras sustanciosas en el procesamiento de señal. El procesador de petaca

mostrado en la figura dedica aproximadamente la mitad del espacio y el peso a las baterías

(que son dos baterías de tipo AA de 1.5 V). En el procesador retroauricular mostrado, más del

60% del tamaño está dedicado a las baterías (tres pilas de botón), que suponen

aproximadamente el 80% del peso total del sistema. En los equipos más avanzados, por tanto,

el factor que limita la reducción de tamaño y peso es el consumo eléctrico del equipo.

El desarrollo de las tecnologías electrónicas de bajo consumo, el diseño de procesadores de

señal de propósito específico y la investigación dedicada al diseño de electrodos y de la

transmisión de radio frecuencia van a permitir en un futuro próximo reducir aun más el

consumo de los sistemas, permitiendo soluciones más confortables, de menor tamaño y peso y

con menores requerimientos de mantenimiento para la sustitución de baterías.

7.7 Investigación en rehabilitación

Teniendo en cuenta que el principal factor que condiciona el aprovechamiento del implante

coclear es el proceso de rehabilitación, resulta de vital importancia la investigación en el

campo de la rehabilitación. En este campo, la investigación se centra en diversos aspectos,

como pueden ser:

La evaluación sistemática, seguimiento de pacientes implantados y análisis de los

resultados para poder realizar el ajuste de objetivos en una nueva rehabilitación.

El desarrollo de técnicas de rehabilitación que permitan explotar las distintas

posibilidades de percepción que ofrecen los implantes cocleares, ajustándolas a las

mejoras que continuamente incorporan los equipos.

El desarrollo de técnicas que permitan un ajuste y programación del procesador preciso y

optimizado para cada paciente, el análisis de la evolución que sufren los parámetros

ajustables del procesador y el desarrollo de métodos objetivos y precisos para la

estimación de los parámetros de la programación.

La implantación bilateral, (en la actualidad poco extendida debido a la escasez de recursos

frente a la fuerte demanda de implantes cocleares), se investiga también, encontrándose

resultados muy positivos (frente a la implantación unilateral) tanto en localización de la

fuente de sonido (a través de la audición en estéreo) como en la comprensión de la voz en

condiciones de ruido. El desarrollo de habilidades en el caso de implantes bilaterales requiere

la elaboración de nuevos protocolos de rehabilitación adaptados a las nuevas posibilidades

que ofrece la implantación, con el objeto de explotarlas al máximo.

8. Perspectivas para el futuro

8.1 La tecnología del implante coclear en el futuro

Los sistemas de los implantes cocleares van a experimentar mejoras continuas en el futuro

próximo, debido, por una parte, a la evolución global de la tecnología, y por otra, a la

investigación específica en el campo de los implantes cocleares.

Teniendo en cuenta únicamente la evolución de las tecnologías electrónicas, (que se

manifiesta, por ejemplo, en la evolución de prestaciones que experimentan los equipos

informáticos), en el futuro va a ser posible incorporar nuevas técnicas de procesamiento de

señal y reducir el consumo eléctrico sin más que aplicar los nuevos avances al diseño de los

procesadores. La evolución de la telefonía móvil, por una parte, ha impulsado la investigación

en el campo de las radiocomunicaciones tratando de mejorar la eficiencia de las transmisiones

a través de radio frecuencia, y por otra parte, ha impulsado la investigación en el campo de los

acumuladores de carga eléctrica, consiguiéndose cada vez baterías de más alta potencia y

capacidad con menor tamaño y peso. La aplicación de estos avances, en principio no

específicos del campo de los implantes cocleares, hace prever, en un futuro próximo, la

aparición de sistemas más pequeños, ligeros y confortables. Por otra parte, la investigación

realizada específicamente en el campo de los implantes cocleares va a permitir mejorar la

calidad en la percepción de la señal de audio o la eficiencia de la estimulación eléctrica

mediante el diseño de las nuevas guías de electrodos y el desarrollo de nuevas técnicas de

procesamiento de señal en las estrategias de codificación.

Las previsiones para el futuro más inmediato consisten fundamentalmente en una reducción

progresiva del tamaño y peso de los equipos y la mejora de la calidad de la percepción en

condiciones de ruido. En la actualidad, los principales fabricantes de implantes cocleares

están realizando un esfuerzo orientado al diseño de sistemas totalmente implantables. El

principal problema que ofrece esta posibilidad es, de nuevo, el consumo eléctrico del sistema,

que obligaría a la sustitución periódica de las baterías (mediante una intervención quirúrgica)

ya que aunque las pilas se pueden recargar mediante una transmisión de radio, el número de

cargas y descargas está limitado. Aunque la tecnología disponible no permite en la actualidad

el desarrollo de sistemas totalmente implantables, cabe esperar que en el futuro sean posibles

este tipo de equipos, incluso sin necesidad de renunciar a la calidad que actualmente

proporcionan los implantes cocleares.

8.2 La difusión de los implantes cocleares en el futuro

Paralelamente al desarrollo tecnológico de los implantes cocleares, en los últimos años se está

observando una creciente difusión del conocimiento relativo a su existencia y las

posibilidades y limitaciones que ofrece. Se ha producido un incremento del número de

profesionales (educadores, logopedas, audiólogos, médicos, etc.) que han accedido a los

conocimientos que resultan de interés para trabajar con pacientes implantados o para dar a

conocer a los pacientes potencialmente implantables y sus familiares información orientativa

con respecto al implante coclear. En la formación de los profesionales (médicos de la

especialidad de ORL, logopedas, psicólogos, educadores, etc.) se dedica un espacio creciente

a los implantes cocleares. También aumenta el número de cursos y congresos especializados

en este tema o en los que se incluyen los implantes como uno de los principales temas de

interés.

La difusión de información por parte de los pacientes implantados y sus familiares ha

contribuido también a un mayor conocimiento general del mundo de los implantes cocleares,

lográndose la aceptación global de esta técnica como la mejor solución para las hipoacusias

neurosensoriales severas y profundas tanto fuera como dentro del contexto profesional

especializado en implantes cocleares. Los resultados obtenidos por los pacientes implantados

y esta concienciación han dado lugar a un crecimiento continuo del número de implantes

demandados y colocados.

En la actualidad, el número de implantes que proporciona la administración pública resulta

insuficiente para la demanda existente de implantes cocleares. Este déficit tiende a agravarse

por el hecho de que la demanda de implantes cocleares está aun bastante por debajo de las

necesidades reales y que la demanda tiende a aumentar rápidamente a medida que la

información relativa a los implantes es difundida. Las buenas perspectivas de evolución,

especialmente cuando se realiza un diagnóstico e intervención rápida, hace prever un

crecimiento importante en la utilización de los implantes cocleares. Esto, unido al hecho de

que el coste social a largo plazo de un paciente implantado es muy inferior al de un paciente

con hipoacusia severa o profunda no implantado, hace prever un aumento importante del

número de implantes cocleares para los próximos años.

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