Τρίτη, 15 Απριλίου 2008

Η αξία της σπείρας στον ΚΟΧΛΙΑ


Η ελληνίδα ερευνήτρια κυρία Δάφνη Μανουσάκη



Η εξήγηση της πρακτικής αξίας του σπειροειδούς σχήματος του κοχλία στο ανθρώπινο αφτί οδηγεί σε αποτελεσματικότερα εμφυτεύματα ακοής και χαρίζει μια θέση ανάμεσα στις 100 σημαντικότερες ανακαλύψεις της χρονιάς στους έλληνες ερευνητές που τη διατύπωσαν


Θα πιστεύετε ίσως ότι κάναμε λάθος βάζοντας σε ένα άρθρο για τον κοχλία του αφτιού μια φωτογραφία από τον καθεδρικό ναό του Αγίου Παύλου στο Λονδίνο. Και όμως η φωτογραφία αυτή, στην οποία απεικονίζεται η διάσημη «Στοά των Ψιθύρων» του ναού, αποτελεί ίσως το καλύτερο παράδειγμα που μαρτυρεί τις ιδιότητες του κοχλία μας. Στην κυλινδρική αυτή αίθουσα αν κάποιος σταθεί στη μια άκρη πολύ κοντά στον τοίχο και ψιθυρίσει κάτι, αυτό θα ακουστεί πεντακάθαρα στην άλλη άκρη της αίθουσας όπου κάποιος έχει «στήσει αφτί» και πάλι κοντά στον τοίχο. Με τον ίδιο τρόπο «ταξιδεύει» και ο ήχος στον κοχλία του αφτιού



Ολα ξεκίνησαν πριν από οκτώ χρόνια από την απλή αλλά εύλογη απορία μιας ελληνίδας βιομαθηματικού η οποία κλήθηκε ξαφνικά να λάβει μέρος σε μια μελέτη που αφορούσε ένα άγνωστο ως τότε πεδίο για εκείνη, την ακοή. Η απορία της επίκουρης σήμερα καθηγήτριας του Πανεπιστημίου Vanderbilt στις ΗΠΑ και του Πολυτεχνείου Κρήτης κυρίας Δάφνης Μανουσάκη ήταν η ακόλουθη: «Για ποιον λόγο ο κοχλίας του αφτιού μας έχει σπειροειδές σχήμα;».

Οκτώ χρόνια αργότερα, η απάντηση σ
την απορία αυτή χάρισε στην ερευνητική ομάδα, στην οποία συμμετείχε η ελληνίδα επιστήμων, μια δημοσίευση στο σημαντικότερο επιστημονικό έντυπο του τομέα της Φυσικής, περαιτέρω δημοσιοποίηση του θέματος από τις έγκριτες επιστημονικές επιθεωρήσεις «Nature» και «Science» και τώρα μία θέση μεταξύ των 100 καλύτερων ερευνητικών εργασιών σε παγκόσμιο επίπεδο για το 2006, σύμφωνα με το τελευταίο επετειακό τεύχος του περιοδικού «Discover» (δημοσίευση 15 Δεκεμβρίου). Τα εύσημα δεν είναι προφανώς τυχαία. Η απάντηση που έδωσε στο ίδιο το ερώτημά της η κυρία Μανουσάκη και οι συνεργάτες της άλλαξε άρδην τα όσα πίστευαν ως σήμερα οι επιστήμονες σχετικά με τον κοχλία του ανθρώπινου αφτιού.

Χωροταξία και λειτουργία

Ως τώρα το σχήμα του κοχλία αποδιδόταν από τους ειδήμονες σε αποκλειστικώς «χωροταξικούς» λόγους: χρειαζόταν, όπως πίστευαν, να βρεθεί ένας τρόπος προκειμένου μια δομή με μήκος περίπου 3,5 εκατοστών να χωρέσει σε έναν πολύ μικρό χώρο του κρανίου με όγκο της τάξεως του ενός κυβικού εκατοστού. Και όμως η νέα μελέτη έδειξε ότι η φύση έχει όντως ποιήσει τα πάντα εν σοφία. Το «σαλιγκάρι» που κρύβουμε στο έσω ους μας έχει το συγκεκριμένο σχήμα επειδή καλείται να επιτελέσει πολύ σημαντικό έργο: να ενισχύσει την αντίληψη των χαμηλών ακουστικών συχνοτήτων, δηλαδή τις συχνότητες ομιλίας ή και ακόμη χαμηλότερες.

Το νέο αυτό εύρημα δεν είναι μόνο ενδιαφέρον επειδή μας δείχνει ότι πρέπει να ευχαριστούμε τον κοχλία μας την επόμενη φορά που θα αφουγκραστούμε... ψιθύρους. Είναι επίσης ζωτικής σημασίας για τις μελέτες που διεξάγονται αυτή τη στιγμή σε ό,τι αφορά τη δημιουργία τεχνητού κοχλία ο οποίος θα μπορούσε να σώσει χιλιάδες άτομα με προβλήματα ακοής. Ισως μία ημέρα οι τουλάχιστον 250.000 άνθρωποι που αυτή τη στιγμή είναι υποψήφιοι σε παγκόσμιο επίπεδο για κοχλιακό εμφύτευμα καταφέρουν να ακούσουν ήχους σε συχνότητες που κάποτε θα τους ήταν αδιανόητο, χάρη στην τόσο καίρια, όπως αποδείχθηκε, ερώτηση μιας ελληνίδας ερευνήτριας.


Τρισδιάστατη απεικόνιση του ανθρώπινου κοχλία. Προέκυψε με σύνθεση εικόνων που προήλθαν από μαγνητικό τομογράφο


Για τη διεξαγωγή της μελέτης, που δημοσιεύθηκε τον περασμένο Μάρτιο στο επιστημονικό έντυπο «Physical Review Letters» και η οποία κρίνεται τώρα μία από τις σημαντικότερες της χρονιάς, η κυρία Μανουσάκη ένωσε τις δυνάμεις της με δύο ερευνητές των Εθνικών Ινστιτούτων Υγείας των ΗΠΑ (National Institutes of Health, ΝΙΗ), τον επίσης Ελληνα Αιμίλιο Δημητριάδη και τον Ρίτσαρντ Τσάντγουικ. Οπως η ίδια ανέφερε στο «Βήμα», «η ομάδα αυτή οργανώθηκε από το 1998 και συνέχισε, αν και με διαλείμματα καθώς εγώ άλλαξα κατά περιόδους χώρα αλλά και ερευνητικό αντικείμενο, να δουλεύει επί χρόνια προκειμένου να λύσει το "μυστήριο" του κοχλία».

Πώς προέκυψε η αρχική σύλληψη για αυτή τη μελέτη αφού επί έτη η χρησιμότητα του σχήματος του κοχλία ήταν - αν και όπως αποδείχθηκε λανθασμένα - δεδομένη για τους επιστήμονες; «Οταν ξεκίνησε η συνεργασία μου με τους ειδικούς του ΝΙΗ δεν γνώριζα τίποτε για το νέο αντικείμενο με το οποίο θα καταπιανόμουν. Μου έκανε λοιπόν εντύπωση το σπειροειδές σχήμα του κοχλία και ζήτησα να μάθω τον ρόλο που έπαιζε η συγκεκριμένη δομή στη λειτουργία του οργάνου. Ο Τσάντγουικ απάντησε ότι όπως έχουν δει οι περισσότεροι ερευνητές το σχήμα αυτό δεν παίζει κάποιο ρόλο. "Για να πειστείς όμως" μου είπε "ας δούμε τις ερευνητικές εργασίες που έχουν δημοσιευθεί μέχρι σήμερα και δείχνουν ότι το σχήμα του κοχλία δεν επηρεάζει την ακοή"».

Αυτό που τελικώς προέκυψε από αυτή την ανάλυση δεν έπεισε την κυρία Μανουσάκη για τη μη χρησιμότητα του σχήματος του κοχλία, αλλά έπεισε τον κύριο Τσάντγουικ για το αντίθετο! «Οι ερευνητές είχαν καταλήξει στο συμπέρασμα ότι το σχήμα του "σαλιγκαριού" είχε δοθεί στον κοχλία του οποίου το μήκος είναι σχετικά μεγάλο - περί τα 3,5 εκατοστά - προκειμένου να χωρέσει μέσα σε έναν μικρό χώρο στο κρανίο. Πίστευαν επίσης, με δεδομένο ότι από τον κοχλία ξεκινούν νεύρα που καταλήγουν στον εγκέφαλο, ότι αυτό το σχήμα βοηθάει στην καλύτερη κατανομή των νεύρων και των αιμοφόρων αγγείων» λέει η ελληνίδα ερευνήτρια. Συμπληρώνει όμως ότι «τα συμπεράσματα αυτά, όπως φάνηκε, προέρχονταν από μοντέλα που περιείχαν αρκετά λάθη ή απλοποιήσεις».

Ο μόνος τρόπος να ακούσουμε ψιθύρους

Η ομάδα συνεργατών ξεκίνησε λοιπόν να δημιουργεί ένα νέο μοντέλο. «Επειτα από μελέτη και δημιουργία πολλών μοντέλων καταλήξαμε σε ένα που μας έδωσε και την απάντηση. Βρήκαμε ότι το σπειροειδές σχήμα συμβάλλει στο να ακούμε καλύτερα τις χαμηλές συχνότητες - συχνότητες ομιλίας ή και πιο χαμηλές όπως οι ψίθυροι ή οι ήχοι που βγαίνουν από μουσικά όργανα τα οποία παράγουν μπάσα - ενισχύοντάς τις». Σύμφωνα μάλιστα με τους ερευνητές η ενίσχυση αυτή είναι της τάξεως των 20 ντεσιμπέλ στο εσωτερικό άκρο της σπείρας σε σύγκριση με έναν ευθύγραμμο κοχλία: για να καταλάβει κάποιος τη διαφορά αυτή στην ένταση μπορεί να αναλογιστεί τον ήχο που βγαίνει από μια συζήτηση σε ήπιους τόνους και εκείνον που βγάζει μια ηλεκτρική σκούπα!

Με τη νέα μελέτη οι ερευνητές είδαν ότι όλη η δομή του αφτιού δεν είναι τυχαία, όπως πίστευαν μέχρι πρότινος οι επιστήμονες, αλλά αντιθέτως έχει συγκεκριμένο λόγο ύπαρξης. Οταν ένας ήχος χαμηλής συχνότητας εισέρχεται στον κοχλία προκαλεί ταλάντωση της βασικής μεμβράνης του. Πρόκειται για τη μεμβράνη που «κόβει» στη μέση κατά μήκος τον κοχλία και έχει επάνω της ειδικά νευρικά κύτταρα που αντιλαμβάνονται τις δονήσεις και στέλνουν σήμα στον εγκέφαλο. Το μέγιστο της ταλάντωσης αυτής εντοπίζεται στην περιοχή των χαμηλών συχνοτήτων. «Αυτό που ανακαλύψαμε είναι ότι οι χαμηλές συχνότητες οι οποίες αναλύονται στο τέρμα της σπείρας "αντιλαμβάνονται" ότι ο κοχλίας είναι σπειροειδής. Μάλιστα το σπειροειδές αυτό σχήμα βοηθάει στο να ανακατανέμεται η ενέργεια με τρόπο ώστε η κίνηση της μεμβράνης να συμβάλλει στη σημαντική ενίσχυση της δραστηριοποίησης των τριχωτών κυττάρων. Ετσι στέλνεται το κατάλληλο σήμα στον εγκέφαλο».

Νέο σχήμα στα εμφυτεύματα

Το εύρημα αυτό μπορεί ίσως να αποτελεί σε πρώτη ανάγνωση «ψιλά γράμματα» για τους κοινούς θνητούς που δεν είναι εξειδικευμένοι σε θέματα που αφορούν την ακοή, μπορεί όμως στο μέλλον να έχει έναν άκρως χρηστικό χαρακτήρα, χαρίζοντας ακοή σε εκείνους που σήμερα τη στερούνται. Οπως επισημαίνει η κυρία Μανουσάκη η αντιμετώπιση αρκετών περιπτώσεων ασθενών με προβλήματα στον κοχλία γίνεται αυτή τη στιγμή με χρήση κοχλιακών εμφυτευμάτων. «Τα κοχλιακά εμφυτεύματα που βασίζονται σε τοποθέτηση ενός ηλεκτροδίου μέσα στον κοχλία έχουν βοηθήσει πολλούς ασθενείς. Αφορούν όμως ως επί το πλείστον παρέμβαση στην περιοχή των υψηλών συχνοτήτων. Αυτή τη στιγμή σε ερευνητικό επίπεδο επιχειρείται η δημιουργία τεχνητού κοχλία που είναι διαφορετικός από τα εμφυτεύματα. Μέχρι τώρα τα μοντέλα που δημιουργούνταν ήταν γραμμικά, δεν ακολουθούσαν το σπειροειδές σχήμα, καθώς οι ειδικοί πίστευαν ότι δεν παίζει κάποιο σημαντικό ρόλο. Τώρα πια με τη νέα ανακάλυψη οι ερευνητές αναθεωρούν τα μοντέλα τους και τους δίνουν σπειροειδή δομή. Γνωρίζουν πλέον ότι οι τεχνητοί κοχλίες που θα φθάσουν κάποια στιγμή στην αγορά πρέπει να έχουν αυτό το σχήμα για καλύτερα αποτελέσματα».

Υπό το πρίσμα των δυνάμει πολύτιμων εφαρμογών της η νέα μελέτη κατακτά επάξια μια θέση ανάμεσα στα σημαντικότερα επιτεύγματα της χρονιάς που μας πέρασε. Θέλουμε να πιστεύουμε ότι η συνέχειά της θα έχει και πάλι μια θέση ανάμεσα στα μεγαλύτερα επιτεύγματα της επόμενης χρονιάς...


ΘΕΟΔΩΡΑ ΤΣΩΛΗ / Το Βήμα

Δεν υπάρχουν σχόλια:

Ελληνικά Ιστολόγια

Ενδιαφέροντα Blogs / Sites

ο Σκουπιδιάρης Πεντάεδρον  aw2
Αρχιπέλαγο ΥΣΕΕ Δωδεκάθεον Έλληνες Εθνικοί του Καναδά Πολυτονικό