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Electrophysiology
Korean Journal of Audiology 2002;6(2):111-113.
Effects of Differential Stimulus Levels on Electrically Evoked Auditory Responses
Dukhwan Lim, Chong Sun Kim, Sun O Chang, Seungha Oh
Department of Otolaryngology, College of Medicine, Seoul National University, Seoul, Korea
차등 전기자극 진폭이 청각 유발 전위에 미치는 영향
임덕환, 김종선, 장선오, 오승하
서울대학교 의과대학 이비인후과학교실
Abstract

Different types of electrode arrays and coding strategies have been used to aid speech intelligibility in cochlear implantees. Most of these arrays adopted scala tympanic electrical stimulation modes based on cochlear tonotopy. In this study, electrically evoked auditory responses were analyzed to investigate differential effects of current levels in the scala tympanic electrode array. Electrically evoked compound action potential (NRT) and E-ABR responses were recorded in six cochlear implantees wearing Nucleus 24M devices in response to refer-enced and off-referenced parameter values to estimate reflection coefficients in differential stimulations. Current levels were systematically varied and channel distances were adjusted in both mono and bipolar electrode arrays. Subjective responses were also compared with these differential response data. Differential response curves were steeper at lower portions of the scale and then terminally reached saturated states in its dynamic range. Monopolar and bipolar stimulation modes showed similar patterns and these effects depended on electrode arrays and channel arrangements. This analysis may be used to objectively determine effective differential current levels and to estimate channel interactions in the scala tympanic electrode array.

Keywords: Differential level;Electrical stimulation;NRT;E-ABR.

교신저자:임덕환, 110-744 서울 종로구 연건동 28번지
            전화) (02) 760-2445 · 전송) (02) 745-2387 · E-mail:wavelet@plaza.snu.ac.kr

서     론


현재 전기자극으로 청각을 회복시키는 인공와우 시스템에서는 여러 가지 방식의 언어처리기전을 이용함으로써 그 효과를 극대화하고자 하고 있다. 이러한 방식들은 모두 고실계에 위치한 전극배열의 형태를 이루고 있으며, 그 이론적인 배경으로 와우에서의 주파수에 따른 tonotopy를 근거로 하고 있다. 본 연구에서는 이 고실계 전극배열에서 전류 레벨의 변화가 감지될 수 있는 패턴을 객관적인 유발전위반응을 통해서 분석해보고자 하였다. 이러한 전기자극에 의한 차등반응에 대해서는 잘 알려진 바가 없으며, 음향자극에서의 차등자극 진폭 변별과는 다른 패턴을 보일 것으로 추정되고 있다. 이러한 차등전류진폭의 영향은 인공와우 이식자의 변별력 향상에도 중요한 변수로 작용할 것으로 기대된다.4) 본 실험을 위하여 자극 전류의 레벨을 조직적으로 변화시켜고, 이에 대응하는 차등청각유발전위를 측정하여 그 패턴을 분석하고자 하였다. 
차등 청각유발전위는 Fig. 1에서와 같이 전기적으로 유발된 와우전위(electrically evoked compound action potential, NRT)와 E-ABR 반응이 측정되었다. 이 NRT나 E-ABR은 현재까지 제한적이기는 하지만 인공와우 이식기의 최적화에 활용이 되고있다.2)3) 본 연구에서도 이 객관적인 반응을 응용하여 진폭레벨 변별의 최적화를 분석하고자 하였다.

재료 및 방법

여섯 명의 Nucleus 24M을 이식 받은 대상자(10
~26세)에게서 전기적으로 유발된 와우전위(NRT)와 뇌간유발전위가 객관적인 반응으로 기록되었다. 기준이 되는 전류레벨과 기준에서 변화된 차등전류레벨의 자극이 주어지고 이에 대응하는 청신경 반응에서 최소자승오차법(least square error approximation)에 의한 reflection coefficient(RC)를 구하였다.1) 이 RC값은 (Z1-Z2)/(Z1+Z2)의 형태로 구해지며, 여기서 Z1과 Z2는 각각 기준 자극반응과 차등자극반응의 결과이다. 이 전류 레벨은 단계별로 조직적으로 변화되었으며 전극 채널간의 간격도 각각 mono polar와 bipolar 방식으로 분류되었다.3) 이 기준자극과 차등자극에 의한 RC값은 최종적으로 주관적인 참여자의 반응과도 비교가 되었다. 
이 기준자극과 차등자극에 의한 신경변별패턴 분석하는 과정은 Fig. 2와 같이 요약이 될 수가 있다. 이 결과에서 1-RC값은 transmission coefficient(TC)에 해당되며, RC값에 의해서 결정된다.1) 즉, 정규화 된 RC값에 의한 TC값이 차등전류 레벨에 대한 반응척도를 나타내는 지수가 된다. 

결     과

Nucleus 24M을 1년이상 사용한 총 6명의 대상자들이 이 차등 전류자극 실험에 참여하였다. 앞서 언급된 과정에 의해서 구해진 transmission coefficient(TC)는 0에서 1까지의 값을 취하게 되며, 0은 자극과 반응간의 독립적인 상황을 나타내며, unit 값은 입력레벨의 변화에 대한 최대변별을 의미하였다. 
전기자극에 대한 NRT반응의 결과를 종합해보면, Fig. 3과 같은 형태의 패턴을 나타냈다. 전류레벨의 normalized index가 증가함에 따라서 증가된 차이를 보이다가 점차 그 값이 감소되고, 최종적으로 포화 되는 패턴을 나타내었다. 전극간의 채널에 변화를 준 bipolar나 monopolar mode의 경우에도 비슷한 과정의 패턴을 나타냈다. 즉, 입력 역동범위에서 초기 부분에서 최대 변별효과가 나타났다(<0.45). 
동일한 과정으로 차등전류 레벨에 의한 뇌간유발전위(E-ABR)이 기록되었고, 이 결과가 Fig. 4에 요약되었다. 변별효과는 전기와우 반응과 유사한 패턴을 보였으며, NRT의 경우에서처럼 전체 지수범위에서 초반부에서 최대 신경 반응 변별효과가 나타났다(<0.45). 이들 결과에서 각 개인의 단전극 및 양전극 간의(mono/bipolar modes) 경향은 비슷하였으나, 기울기의 정도나 형태는 대상자마다 다르게 나타났다. 이 결과로 전류 자극 형태가 청신경반응에 영향을 주는 것이 확인되었으며, 여러 가지 요인 중 대상자의 잔존 청신경 분포와 와우의 물리적인 형태가 기여하는 것으로 추정되어 추가분석을 요하고 있다. 

고     찰

전류의 차등진폭에 대한 변별의 효과가 고실계 전극 시스템에서 확인되었다. 이 결과는 차등 변별이 청신경계에서 입력 레벨의 크기에 따라서 달라지고 있음을 시사하고 있다. 청신경 레벨에서의 변별의 향상은 주로 역동범위의 아래부분(<0.45)에서 일어나며, 추가적으로 단전극과 양전극에서의 차이가 잔존 청신경과 와우의 형태와 관련하여 차등 레벨 변별에 영향을 줄 수 있음이 확인되었다. 

요약 및 결론

고실계 전극을 사용하는 인공와우 이식자에게서 일반적으로 사용될 수 있는 객관적인 전기자극 반응인 NRT나 E-ABR을 이용하여 청신경계에서 전류레벨에 대한 변별을 분석하여 볼 수가 있었다. 본 결과에서는 입력범위의 전반부에서 보다 나은 최적화가 가능한 것으로 추정되었다. 이 결과는 여러 변별요소 중에서 차등 진폭에 관한 것으로, 전체 변별효과에도 기여할 것으로 판단된다. 이러한 분석과 자료는 인공와우 이식자의 소리크기의 변별을 최적화 하는데 활용될 수가 있을 것을 기대된다. 특히 유소아와 같은 경우 중에서 주관적인 검사로 정량화가 어려운 경우에, 이러한 객관적인 과정을 이용함으로써 보다 효과적인 와우이식기 적합에 도움을 줄 것으로 판단된다.


REFERENCES

  1. Branham RL. Scientific Data Analysis: an introduction to overdetermined systems. Springer-Verlag, New York, 1990.

  2. Brown CJ, Hughes ML, Luk B, Abbas PJ, Wolaver A, Geravis J. The relationship between EAP and EABR threshold and levels used to program the nucleus 24-speech processor: data from adults. Ear Hear 2000;21(2):151-63.

  3. Jon KS, George WF, Peterson A. Neural response telemetry with the nucleus CI24M cochlear implant. Laryngoscope 1999;109:1755-59.

  4. Wilson BS, Finley CC, Lawson DT, Wolford R, Eddington DK, Rabinowiz WM. Better speech recognition with cochlear implants. Nature 1991;352:236-9.



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