Contrainte Psycho-Physiques et Electrophysiologiques sur le codage de la stimulation électrique chez les sujets porteurs d'un implant cochléaire

Article 7 :

MODIFICATION DES SEUILS EN FONCTION DES CARACTERISTIQUES
DES SUJETS PORTEURS D'UN IMPLANT COCHLEAIRE DIGISONIC

S. Gallégo, B. Frachet, E. Truy, L. Collet
Proceeding du congrès SFA, 1998, sous presse

Cet article analyse avec un modèle par régression linéaire multiple les modifications des seuils (de détection et confort) et des dynamiques électriques en fonction des caractéristiques du patient. Trois paramètres ont été choisis, l'âge, la durée de privation et la durée d'implantation.

Pour quantifier ces modifications, nous avons utilisé une base de données comportant les seuils et dynamiques électriques de 80 sujets porteurs d'un implant cochléaire Digisonic sur une durée de 2 ans d'implantation sur les 15 électrodes.

Les résultats mettent en évidence des modifications très nettes des seuils en fonction de l'âge, de la durée de privation et de la durée d'implantation des patients.

La prise en compte de ces trois facteurs est donc importante lors des séances de réglage de l'implant cochléaire.

Modification des seuils en fonction des caractéristiques des sujets porteurs d'un implant cochléaire Digisonic

S. Gallégo (1,2), B. Frachet (3), E. Truy (2), L. Collet (2)

1- Laboratoires MXM, Vallauris

2- UPRESA- CNRS 5020, Lyon

3- Hôpital Avicenne, Bobigny e-mail: sgallegoemxmlab.com

La mise en place d'une technique objective (par Potentiels Evoqués Auditifs Electriques Précoces, ou Réflexe Stapédien) de mesure des seuils de détection (TL) (Gallégo et al, 1997) et de confort (CL) (Jerger et al, 1988) chez les implantés cochléaires est très importante. Elle permettrait d'obtenir un réglage chez les enfants et chez certains adultes lorsque le conditionnement apparaît difficile. Néanmoins ces techniques sont trop longues pour être utilisées en routine clinique pour toutes les électrodes. La possibilité d'obtenir les seuils (TL et CL) de toutes les électrodes à partir de seulement deux ou trois électrodes (Battmer et al, 1995) parait intéressante. D'après la littérature, plusieurs paramètres influencent les valeurs des seuils (TL et CL). Tout d'abord Lusted et al (1984), Shannon (1983), Pfingst et al (1980,1984) montrent que les seuils et la dynamique sont très dépendants de l'étiologie et de la population neurale du ganglion spiral des sujets implantés. Les seuils sont aussi très dépendants de la distance de l'électrode par rapport aux neurones à stimuler (Javel et al, 1987; Pfingst et al, 1980). L'orientation de la stimulation radiale ou longitudinale par rapport au porte électrode influence aussi les seuils (Pfingst et al, 1981). Le site de stimulation le long de la cochlée est aussi important car il existe des différences de quantité de neurones par millimètre carré en fonction de la tonotopie cochléaire et ganglionnaire (Hinojosa et al, 1985 ; Spoendlin et Schrott, 1988, 1989). Cette modification de la population neurale se traduit par des différences de la dynamique (Shannon, 1983).

Nous présentons les résultats d'une étude multicentrique Européenne réalisée sur une population de 80 sujets porteurs d'un implant cochléaire Digisonic. L'objectif de ce travail est d'étudier trois facteurs qui pourraient influencer les seuils et la dynamique des 15 électrodes (durée d'implantation, âge, durée de privation auditive).

L'implant cochléaire Digisonic

Le Digisonic est un implant cochléaire transcutané composé de 15 électrodes (Beliaeff et al, 1994). La partie implantée le long de la cochlée est composée d'un porte électrode sur lequel sont disposées 15 électrodes de 0.5 mm espacées de 0.7 mm. La zone stimulée se situe approximativement le long du premier tour de cochlée entre le cinquième et le vingtième millimètre par rapport à l'extrême base (Miller et al, 1993). Le mode de stimulation est appelé masse commune (une électrode stimule, toutes les autres sont à la masse). Sur le Digisonic le paramètre que l'on fait varier pour augmenter l'intensité de stimulation perçue (la sonie) est la durée de pulse (l'amplitude du pulse est constante). Cette durée est donnée en microseconde. Le courant injecté entre l'électrode de stimulation et les autre électrodes est de l'ordre de 1 mA (Gallégo et al, 1998). Quatre-vingt sujets porteurs de l'implant cochléaire multicanaux Digisonic ont participé à cette étude multicentrique Européenne (Bobigny Hôpital Avicenne (Fr) -

Paris Hôpital St Antoine (Fr) - North Riding Infirmary, Middlesbrough (UK) - Istituto di Audiologie Milano (It) - Marseille
Hôpital de la Timone (Fr) - Paris Hôpital Trousseau (Fr) - CHU Grenoble (Fr) - CHU Bordeaux ( Fr) - Lyon Hôpital E. Herriot

(Fr)). La population se compose de 41 femmes et 39 hommes. Les étiologies sont très variables. Une base de données contenant tous les réglages patients a été constituée avec en particulier les seuils (TL et CL) de chaque électrode (15 électrodes). Chaque fichier de réglages patient contient aussi la chronologie des différents réglages effectués depuis la première stimulation, jusqu'à 24 mois de suivi postopératoire. Pour participer à l'expérience et être retenues 12 sur 15 des électrodes des patients

devaient être fonctionnelles. On a choisi arbitrairement de numéroter les électrodes de la façon suivante : l'électrode 1 est la plus basale, l'électrode 15 la plus apicale.

Mesure de seuils de détection (TL) et de confort (CL) pour chaque électrode

Pour les réglages des seuils du sujet porteur de l'implant cochléaire Digisonic la mesure s'effectue à une fréquence de stimulation électrique fixe de 300 Hz. Pour éviter les phénomènes d'adaptation la stimulation est intermittente (0.5 seconde ON, 0.8 seconde OFF). Les seuils s'effectuent séparément sur les 15 électrodes en partant généralement de l'électrode la plus apicale (électrode 15) car celle-ci produit des sons plus facilement identifiables et très différents de sensations fantômes dues aux acouphènes (surtout lors des premiers réglages). Le seuil de détection (TL) correspond à un son à la limite de la perception, mais nettement audible. Le seuil de confort (CL) correspond à un son d'un niveau de sensation très fort mais supportable. Une fois les électrodes testées séparément, on procède à un équilibre des TL et CL par un balayage des électrodes basales aux électrodes apicales et un balayage des électrodes apicales aux électrodes basales pour ajuster les seuils. Cela permet d'équilibrer les niveaux de sonies aux TL et CL de toutes les électrodes. En plus des seuils, nous avons étudié la dynamique de chaque électrode. La dynamique se calcule en prenant dix fois le logarithme du rapport CL sur TL (dynamique = 10 Log (CL / TL)).

Seuils (TL et CL) et dynamiques moyens en fonction de l'électrode :

60 46 40 96 30 20 16

1 2 9 4 6 8 7 8 0 10 , 12 19 14 16

2 3 4 6 8 7 0 0 10 11 12 13 14 16

Numéro d'électrode (1:13m 15:
·pleale)

Figure 1: Valeurs moyennes et erreurs standards sur quatre-vingt sujets porteur d'un implant cochléaire Digisonic des seuils de détection (TL) confort (CL) (haut) ainsi que la dynamique (partie du bas) en fonction de l'électrode stimulée.

La figure 1 représente la moyenne et l'erreur standard sur 80 sujets porteurs d'un implant cochléaire Digisonic des TL et CL (partie du haut) et de la dynamique (partie du bas) en fonction de l'électrode stimulée. Les TL et CL sont indiqués en microseconde pour une stimulation de 1 mA. La dynamique est mesurée en dB électrique. Pour chaque sujet, on a pris la moyenne des différents seuils au cours du temps. Les TL et CL en fonction de l'électrode stimulée ont une forme appelée classiquement 'banane', ils sont semblables à ceux décrits par Battmer et al (1995) sur l'implant cochléaire Nucleus en stimulation 'common ground'. La dynamique est en moyenne de 2 à 4 dB électrique et est en accord avec les travaux de Shannon (1989).

L'étude statistique par une Anova ne trouve pas de dépendance entre le TL et la zone de cochlée stimulée (l'électrode stimulée). Les distances entre les neurones stimulés, l'électrode de stimulation, et l'état fonctionnel des neurones sont donc probablement peu dépendants de la zone de cochlée stimulée (numéro d'électrode). Par contre le CL et la dynamique sont dépendants de la zone de cochlée stimulée (p<0.001). D'après la littérature (Lusted et al, 1984 ; Shannon, 1983 ; Pfingst et al 1980, 1984), cela pourrait s'expliquer par des différences liées au nombre de neurones excités. De plus cela peut se confirmer par des corrélats anatomo-physiologiques (Hinojosa et al, 1985 ; Spoendlin et Schrott,1988, 1989) qui montrent chez le normo entendant un gradient croissant du nombre de cellules par millimètre carré jusqu'à la fin du premier tour de cochlée, puis une décroissance progressive jusqu'à l'apex. L'électrode 13 correspondrait à la zone où le nombre de neurones excités est le plus important car sa dynamique est maximale.

Etude des variations des seuils et dynamiques en fonction des différents paramètres

Une régression linéaire multiple entre les seuils et dynamiques pour chaque électrode et chacun des trois paramètres (durée d'implantation, durée de privation auditive avant implantation, âge du sujet) a été effectuée. Les résultats représentés correspondent aux coefficients qui relient les seuils et dynamiques à la variable étudiée (pentes des régressions linéaires). Pour chaque coefficient un test de significativité a été effectué (si p<0.05, le paramètre étudié fait varier significativement les seuils ou dynamiques).

Seuils (TL et CL) et dynamique en fonction de la durée d'implantation

TL CL DR

0 2 4 6 8 10 12 14
Electrode Number

0.2

0.01
j 0.00
à -0.01
-0.02

I

-0.03

.1

1 ^0.1

a

· 0.0

Y -0.04

C

e

-0.1₀

14 16

2 4 6 e 10 12 electrets number

2 4 6 e 10 12 14 16 Citerait number

· 0.008

0.007 v 0.006 e 0.005 e 0.004

· 0.003 ^t.r.^e 0.002

· p<0.05

m p= NS

Figure 2 : Pentes sur 80 sujets porteurs d'un implant cochléaire Digisonic des seuils de confort (CL), des seuils de détection (TL), et de la dynamique en fonction de la durée d'implantation (en jours).

Les seuils de détection sont stables au cours du temps d'implantation (coefficient légèrement négatif). Par contre les seuils d'inconfort ainsi que les dynamiques, surtout dans la zone apicale, augmentent statistiquement en fonction du temps d'implantation (coefficient positif). De ces résultats plusieurs points positifs en ressortent. La constance, voire même la décroissance des seuils de détection, avec l'augmentation des seuils d'inconfort reflète une stabilité et une intégrité de l'interface bioélectrique. L'augmentation progressive de la dynamique pour chaque électrode montre une plasticité et une accoutumance du système auditif à la stimulation électrique.

Seuils (TL et CL) et dynamique en fonction de l'âge des sujets porteurs de l'implant

Les seuils de détection et de confort varient en fonction de l'âge des patients implantés. Ces modifications sont différentes en fonction du numéro d'électrode stimulé. Les seuils de détection et de confort augmentent en fonction de l'âge des sujets sur les électrodes apicales, inversement sur les électrodes basales. Ces résultats paraissent à priori surprenants mais il peuvent s'expliquer par un déplacement progressif du porte électrode en fonction de l'âge des sujets implantés par la croissance. Pour des raisons de difficulté d'insertion, le porte électrode se situe dans une zone plus basale de la cochlée lorsque le sujet est jeune. Ce déplacement pourrait aussi expliquer l'augmentation de la dynamique en fonction de l'âge des sujets (cf figure 1).

TL CL DR

0.02

·

2 0.00

N

-0.01

t4

16

m 2 4 6 8 10 12 14
Electrode Number

2 4 6 6 10 12 Chocim«, number

0.2
0.1
I 0.0
-0.1
-0.2
I -0.3
I. -0.4
-0.6

0.6

o

· p<0.05

m NS

Figure 3 : Pentes sur 80 sujets porteurs d'un implant cochléaire Digisonic des seuils de confort (CL), des seuils de détection (TL), et de la dynamique en fonction de l'âge des sujets implantés (en année).

Seuils (TL et CL) et dynamique en fonction de la durée de privation auditive

TL CL DR

16

14

ît^. 0.04

0

2 4 6 8 10 12 14
Elec1rode Numbor

2 4 6 8 10 12 Electro44 number

É -0.03

î 1.0
0.8
10.6
0.4
0.2
0.0

g -0.2
-0.4
t -0.6

0.00

· p<0.05 0 p= NS

Figure 4 : Pentes sur 80 sujets porteurs d'un implant cochléaire Digisonic des seuils de confort (CL), des seuils de détection (TL), et de la dynamique en fonction de la durée de privation auditive (en année).

Les seuils de détection, de confort et dynamique sont très influencés par la durée de privation auditive.
Une augmentation des seuils de détection et une diminution de la dynamique peut s'expliquer par une

diminution de la population neurale et un moins bon fonctionnement du système auditif.

Conclusion

La prise en compte de l'évolution des seuils et de la dynamique des électrodes en fonction du temps

d'implantation, de l'âge du sujet, de la durée de privation est donc nécessaire et intéressante pour
pouvoir modéliser les seuils des 15 électrodes à partir de ceux trouvés objectivement sur 1 à 3
électrodes. En effet les techniques objectives ne permettent pas de détecter le TL et CL simultanément.

Les potentiels évoqués auditifs électriques précoces (PEAEPs) peuvent nous donner le TL (Gallégo et al, 1997); le réflexe stapédien nous donne uniquement le CL (Jerger et al, 1988).

Références

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L'article précédent ayant montré une nette modification des seuils et dynamiques électriques en fonction de la durée d'implantation, il paraît intéressant d'étudier plus précisément la part liée à la modification de l'interface bio-électrique et celle liée à plasticité neurale sur l'évolution de ces seuils