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https://www.krm.or.kr/krmts/link.html?dbGubun=SD&m201_id=10013553&local_id=10014911
Cochlear 임플란트에서 전기적 자극과 소리적 자극에 에 따른 청각 신경 뉴럴 모델링
Reports NRF is supported by Research Projects( Cochlear 임플란트에서 전기적 자극과 소리적 자극에 에 따른 청각 신경 뉴럴 모델링 | 2006 Year | 우지환(한양대학교) ) data is submitted to the NRF Project Results
Researcher who has been awarded a research grant by Humanities and Social Studies Support Program of NRF has to submit an end product within 6 months(* depend on the form of business)
사업별 신청요강보기
  • Researchers have entered the information directly to the NRF of Korea research support system
Project Number H00007
Year(selected) 2006 Year
the present condition of Project 종료
State of proposition 재단승인
Completion Date 2008년 05월 29일
Year type 결과보고
Year(final report) 2008년
Research Summary
  • Korean
  • 본 과제에서는 cochlear implant에 사용되는 전기적 자극에 따른 뉴럴 신경 반응을 동물실험결과와 비교하여 새로운 신경 모델을 연구하고자 한다.
    기존에 사용된 Hodgkin-Huxley 모델에서는 구현되지 않는 auditory nerve의 adaptation 특성을 나타낼 수 있도록 한다. Adaptation 모델로서는 뉴럴 activity에 따른 extracelluar 공간의 K이온의 농도를 변화시켰다. 변화함수의 상수를 구하기 위하여, cat auditory nerve에서 측정한 뉴럴 신호와 비교 분석하여, 오차를 최소화하는 상수를 선택하게 되었다.
    구현된 computational 뉴럴 모델을 이용하여, 250 pulse/s와 5000 pulse/s의 전기적 신호 자극에 따른 뉴럴 반응을 구하였다. 분석은 histogram, decreament와 inter-spike interval을 각각 동물 데이터, adaptation이 없는 모델과 있는 모델의 데이터에서 구하여 비교 분석하였다.
    본 연구결과 K이온의 변화에 따른 computational 뉴럴 모델은 전기적 자극에 따른 뉴럴 반응을 보다 잘 예측할 수 있게 되었다.
    이러한 연구 결과는 추후 cochlear implant의 효율적인 자극 방식을 위한 연구에 유용하게 사용되리라 예측한다.
  • English
  • The Hodgkin-Huxley (HH) model can not demonstrate the significant changes in response to sustained stimulation that are associated with neural adaptation. Given the nature of cochlear-implant stimulation, a model incorporating adaptation-like responses is warranted. In this paper, we represented a modified HH single node model which includes potassium ion (K+) concentration change in response to an action potential. Nernst potential was also updated according to the changes in K+ concentration. The single node consists of stochastic sodium ion and K+ channels. A decaying exponential function was fit to the predicted post-stimulus time histograms and decrement was calculated in order to find model parameters (scale factor and build-up- and decaying- time constant) that yielded results consistent with the physiological data from cat auditory nerve fibers (ANFs). The neural responses to 250 and 5000 pulse/s pulse trains modeled with and without change in K+ concentration were compared. It was shown that post-stimulus histogram decaying values by our modified model were within the range of cat ANFs data as well as decrements which were plotted as a function of onset response rate. Inter-spike intervals produced by our model were similar to that observed in cat ANFs data.
    This model could be useful in understanding how the auditory nerve responds to a wide variety of the time-varying stimuli provided by speech processor algorithms implemented in current designs of cochlear implants.
Research result report
  • Abstract
  • 본 과제에서는 cochlear implant에 사용되는 전기적 자극에 따른 뉴럴 신경 반응을 동물실험결과와 비교하여 새로운 신경 모델을 연구하고자 한다.
    기존에 사용된 Hodgkin-Huxley 모델에서는 구현되지 않는 auditory nerve의 adaptation 특성을 나타낼 수 있도록 한다. Adaptation 모델로서는 뉴럴 activity에 따른 extracelluar 공간의 K이온의 농도를 변화시켰다. 변화함수의 상수를 구하기 위하여, cat auditory nerve에서 측정한 뉴럴 신호와 비교 분석하여, 오차를 최소화하는 상수를 선택하게 되었다.
    구현된 computational 뉴럴 모델을 이용하여, 250 pulse/s와 5000 pulse/s의 전기적 신호 자극에 따른 뉴럴 반응을 구하였다. 분석은 histogram, decreament와 inter-spike interval을 각각 동물 데이터, adaptation이 없는 모델과 있는 모델의 데이터에서 구하여 비교 분석하였다.
    본 연구결과 K이온의 변화에 따른 computational 뉴럴 모델은 전기적 자극에 따른 뉴럴 반응을 보다 잘 예측할 수 있게 되었다.
    이러한 연구 결과는 추후 cochlear implant의 효율적인 자극 방식을 위한 연구에 유용하게 사용되리라 예측한다.
  • Research result and Utilization method
  • 본 연구 결과 기존의 computation model에서 불가능하였던, nerve의 adaptation 특성을 K+ 이온의 농도를 변화시킴으로서 구현할 수 있었다. 구현된 adaptation component을 이용한 computation model 반응을 cat auditory nerve fiber 데이터와 비교한 결과, decrement, histogram, inter-spike interval에서 동일한 패턴을 보임을 알 수 있었다.
    뉴럴 모델의 개발은 청각신경(auditory nerve)의 반응을 세부적으로 이해할 수 있는 지식을 제공해줄뿐만 아니라, 시간적, 개체적 제한이 있는 실험동물 모델을 대신하여 결과를 예측할 수 있다.
    또한, 난청 모델의 반응신호 분석을 통하여 특성을 연구함으로서, 청각 보정 메카니즘에 대한 연구에 적극 활용 될 수 있으리라 기대된다.
  • Index terms
  • auditory nerve, computational model, cochlear implant, neural modeling, electric stimulus, adaptation
  • List of digital content of this reports
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