Dopasowanie neurokognitywne implantu to unikalny wielodyscyplinarny model opieki pooperacyjnej wdrożony w Światowym Centrum Słuchu. Polega on na dopasowaniu implantu, a dokładniej parametrów procesora mowy, nie tylko w oparciu o wyniki badań z zakresu inżynierii klinicznej, lecz także badań elektrofizjologicznych i testów psychologicznych specjalnie opracowanych pod kątem osób implantowanych. Dopasowanie neurokognitywne to jedyna metoda, która pozwala pacjentom na osiągnięcie maksimum korzyści z implantu ślimakowego. W Zakładzie Implantów i Percepcji Słuchowej dokładamy wszelkich starań, aby osoby po terapii słuchu mogły prowadzić takie samo życie jak te niemające z nim problemów. W wielu przypadkach to się udaje. Nie wszyscy pacjenci mają jednak takie same szanse na satysfakcjonującą ich poprawę. Wyniki terapii słuchu zależą m.in. od stopnia niedosłuchu, wieku wszczepienia implantu, a także – o czym rzadko się mówi – potencjału poznawczego, m.in. pojemności pamięci operacyjnej. Temu zagadnieniu poświęcamy ostatnio wiele uwagi. Prowadzimy badania, których wyniki nie tylko poszerzają wiedzę na temat przetwarzania informacji dźwiękowych w mózgu, lecz przede wszystkim pozwalają na dokładniejsze dopasowanie parametrów procesora mowy u pacjentów w różnym wieku, a szczególnie u osób starszych. Jak wiele zależy od możliwości poznawczych pacjentów oraz jakie sprawdzające je testy stosuje się w ramach dopasowania neurokognitywnego, wyjaśnia mgr Joanna Putkiewicz-Aleksandrowicz.
Wyobraźmy sobie pacjenta, który zgłasza się na dopasowanie procesora mowy. Z wywiadu poprzedzającego badania dowiadujemy się, że nie ma większych trudności w rozumieniu mowy w sprzyjających warunkach akustycznych, czyli w ciszy. Pacjent nie radzi sobie natomiast, rozmawiając w grupie – nie jest w stanie nadążyć za wątkiem rozmowy, gdy prowadzi ją kilka osób. Taka sytuacja może mieć miejsce podczas spotkania towarzyskiego, gorzej, jeśli zdarza się w pracy. Presja otoczenia, nierzadko lęk przez oceną współpracowników przy konieczności wywiązywania się z powierzonych obowiązków, mogą dodatkowo potęgować kłopoty z rozumieniem. Pacjent mówi wówczas o wysiłku słuchowym, a w konsekwencji o poczuciu zmęczenia i przeciążenia nie tylko psychicznego, ale również umysłowego. Jaka jest przyczyna takich trudności? Obecny stan wiedzy nie pozwala na szybką i prostą odpowiedź. Odwołując się do wiedzy na temat przetwarzania informacji słuchowych w mózgu, przypuszczamy, że przyczyny podobnych kłopotów można poszukiwać w ograniczeniach pamięci operacyjnej.
Ten rodzaj pamięci służy bieżącej aktywności poznawczej. W 2000 roku psycholog Alan Baddeley zaprezentował koncepcję działania pamięci operacyjnej, porównując ją do wieży kontrolnej na dużym lotnisku. Dzięki kontrolerom lotów samoloty mogą w bezkolizyjny sposób startować i lądować, natomiast te, dla których w danym momencie nie ma miejsca, muszą przez pewien czas krążyć wokół lotniska. Jednocześnie wieża kontrolna ma dokładny obraz ruchu samolotów w najbliższej okolicy. Pamięć operacyjna działa w podobny sposób – pozwala na utrzymanie informacji w pamięci i manipulowanie nimi zależnie od sytuacji. Informacje te są przechowywane i odświeżane tak długo, jak to jest konieczne, i w zależności od potrzeb odpowiednio włączane i wykorzystywane. Ma ona zasadnicze znaczenie dla prawidłowego przebiegu i integracji złożonych procesów poznawczych, takich jak planowanie, myślenie koncepcyjne, rozwiązywanie problemów, orientacja i podejmowanie decyzji w sytuacjach złożonych. Przykładem prostej czynności angażującej pamięć operacyjną jest przeprowadzanie w pamięci działań arytmetycznych, np. dodawanie wymaga zatrzymania w pamięci sumy jednego rzędu cyfr podczas dodawania następnych. Inną, bardziej skomplikowaną czynnością angażującą pamięć operacyjną jest planowanie ruchów podczas gry w szachy. Dla nas najbardziej istotne jest jednak to, że pamięć operacyjna ma ogromne znaczenie dla rozumienia przekazów językowych, jednego z najtrudniejszych i najbardziej złożonych zadań poznawczych związanych z interpretacją bodźców sensorycznych.
Jak odczytujemy znaczenie słów i dźwięków?
Jesteśmy w stanie zaobserwować jedynie reakcję pacjenta na bodziec sensoryczny, w tym przypadku dźwięk lub sygnał mowy. Nie wiemy natomiast dokładnie, jakie procesy w sieciach neuronalnych mózgu poprzedzają ów produkt finalny, jakim jest „rozumienie mowy”. Tej odpowiedzi nie dają nawet zaawansowane badania metodą rezonansu magnetycznego, dzięki którym możemy „podglądać” pracę mózgu. Aby lepiej poznać skomplikowany mechanizm, który sprawia, że sekwencjom dźwięku zostaje nadane określone znaczenie, tworzy się tzw. modele poznawcze. Jednym z nich jest model przetwarzania informacji słuchowej The Working Memory Model for Ease of Language Understanding (ELU) autorstwa Jerkera Rönnberga i wsp. (2003), Opiera się on na wspomnianej koncepcji pamięci operacyjnej Baddeleya i podkreśla rolę świadomego wysiłku wkładanego w odkodowanie sygnału w sytuacji trudnej słuchowo, np. w hałasie, czy w sytuacji, gdy informacja jest niedostatecznie wyraźna z powodu niedosłuchu.
Model Rönnberga zakłada, że rozumienie mowy przebiega bez wysiłku, nieświadomie, tylko w optymalnych warunkach. W przypadku niedosłuchu, hałasu czy w sytuacji niedostatecznego przetworzenia dźwięków, np. w protezie słuchowej, sygnał przychodzący (słowo lub dźwięk z otoczenia) może być trudny do interpretacji. Automatyczne procesy zawodzą. Aby zwiększyć szanse na zrozumienie informacji, umysł musi wykonać dodatkowy, świadomy wysiłek.
Zgodnie ze modelem przetwarzania informacji słuchowej, sygnał w postaci słów lub dźwięku trafia do jednego z segmentów pamięci operacyjnej nazywanego buforem epizodycznym. Tam, niezależnie od swojej specyfiki, jest szybko i automatycznie kojarzony z jego reprezentacją w pamięci długotrwałej. Najprościej mówiąc – umysł szuka informacji o nim w magazynie wcześniej nabytej wiedzy. Jeżeli takie informacje znajduje, sygnał jest rozpoznawany. Może to jednak nastąpić tylko wtedy, gdy sam sygnał jest dla umysłu czytelny, a więc w sprzyjających warunkach akustycznych. W trudniejszych warunkach, np. w hałasie, kiedy sygnał w postaci mowy jest zagłuszony przez inne dźwięki w tle, czy w sytuacji niedosłuchu wzrasta prawdopodobieństwo, że informacji nie uda się automatycznie odczytać. Umysł jest wówczas zmuszony do wykonania świadomego wysiłku w celu jej odkodowania i zaczyna pracować w trybie tzw. przetwarzania jawnego, który wymaga większego wysiłku poznawczego i zaangażowania pamięci operacyjnej. Ten wysiłek jest niezbędny do wyszukiwania dodatkowych wskazówek ułatwiających odczytanie informacji – może to być kontekst danej sytuacji, skojarzenie brzmienia sygnału z tymi poznanymi wcześniej czy też zwiększenie uwagi słuchowej w sytuacji, gdy sygnał się powtarza i jest szansa na kolejne jego odsłuchanie.
Choć – zgodnie z modelem Rönnberga – pamięć operacyjna odgrywa kluczową rolę w procesie identyfikowania sygnału mowy i dźwięków, to ma ona także swoje ograniczenia. Jedną z jej zasadniczych cech jest ograniczona pojemność. To ograniczenie wynika z faktu, że pamięć operacyjna nie jest zwykłym magazynem napływających informacji, lecz systemem, w którym te informacje są stale przetwarzane. Jeżeli system ten koncentruje się na przetwarzaniu, manipulowaniu informacjami, materiał informacyjny nie jest powtarzany i rośnie ryzyko jego straty. Gdy zaś nadmierne skupił się na utrzymaniu go w pamięci, może z kolei dojść do zakłóceń w jego przetwarzaniu.
Pojemność pamięci operacyjnej jest ściśle związana z odpornością człowieka na czynniki, które zakłócają napływające informacje. Z badań dotyczących indywidualnych różnic w pojemności pamięci operacyjnej jednoznacznie wynika, że osoby o większej pojemności operacyjnej są też bardziej odporne na czynniki zakłócające. W badaniach Conwaya zadaniem uczestników było powtarzanie informacji prezentowanych do prawego ucha i ignorowanie treści nadawanych do ucha lewego. Osoby o niskiej pojemności pamięci operacyjnej częściej powtarzały informacje, które miały ignorować. W ten sposób autorzy badania udowadniali, że od indywidulanej pojemności pamięci operacyjnej może zależeć radzenie sobie w sytuacjach, gdzie występuje kilka źródeł dźwięku. Trudność polega na tym, że dla słuchacza tylko jedno źródło zawiera informacje istotne do odebrania, a pozostałe emitują treści, które trzeba zignorować.
Pamięć operacyjna w terapii słuchu
Wyniki podobnych eksperymentów poznawczych zainspirowały nas do nowych badań nad efektywnością przetwarzania słuchowego w protezie, jaką jest implant ślimakowy. W Zakładzie Implantów i Percepcji Słuchowej postawiliśmy hipotezę, że pojemność pamięci operacyjnej pacjenta decyduje o tym, jak radzi sobie on z rozumieniem przekazów językowych po wszczepieniu implantu, zwłaszcza w trudnych warunkach akustycznych. Aby określić tę pojemność u naszych pacjentów korzystających z implantów ślimakowych, stworzyliśmy komputerową wersję testu pamięci operacyjnej. Podczas tego testu pacjent wykonuje jedno zadanie poznawcze, np. prostą operację arytmetyczną jak dodawanie lub odejmowanie przy jednoczesnym obciążaniu pamięci operacyjnej innym zadaniem polegającym na zapamiętywaniu szeregu cyfr lub wyrazów (tzw. metodą podwójnego zadania). Ponieważ zadania prezentowane są na ekranie i nie angażują drogi słuchowej, w teście mogą wziąć udział wszyscy pacjenci niezależnie od nabytych kompetencji słuchowych. Pierwsze wyniki badań przy użyciu opracowanego przez nas testu potwierdziły to, co wcześniej przypuszczaliśmy – osoby po 65. roku życia, u których kłopoty z rozumieniem mowy występują częściej niż w innych grupach wiekowych, mają mniejsze zasoby pamięci operacyjnej.
Osoby starsze są szczególną grupą pacjentów implantowanych – z racji na swoje ograniczenia zdrowotne, kondycyjne, wymagają naszej szczególnej troski. Wkładają w proces rehabilitacji dużo wysiłku, jednocześnie mają wysokie oczekiwania i stawiają sobie bardzo trudne do realizacji cele, np. swobodne rozumienie mowy podczas spotkań rodzinnych. Tymczasem rozumienie mowy jest u nich gorsze, niż można by oczekiwać na podstawie wyników badania audiometrycznego (zjawisko to nazywane jest regresją fonematyczną – ang. phonemic regression). Problemy z rozumieniem mowy nasilają się w trudnych warunkach, np. w hałasie, w dużych pomieszczeniach, gdy rozmówca mówi szybko i niewyraźnie lub gdy pojawia się konieczność przenoszenia uwagi między różnymi źródłami dźwięku.
W przypadku starszych pacjentów podobnych trudności nie można tłumaczyć tylko ubytkiem słuchu. Gdy porównuje się rozumienie mowy przez osoby w różnym wieku z podobnym ubytkiem słuchu, różnice na niekorzyść ludzi starszych nadal są widoczne. Zakładamy, że przyczyną tych trudności może być wolniejsze przetwarzanie informacji oraz spadek pojemności pamięci operacyjnej. Potwierdzeniem tej hipotezy jest obserwacja, że rozumienie tekstu pisanego, które w znacznie mniejszym stopniu obciąża pamięć operacyjną i nie wymaga szybkiego opracowywania informacji, praktycznie nie zmienia się z wiekiem.
Pytanie, dlaczego z wiekiem następuje pogorszenie funkcjonowania pamięci operacyjnej, pozostaje otwarte. Najprawdopodobniej przyczyną jest pogorszenie działania mechanizmów hamujących, czyli takich, które chronią nas przed nadmiarem informacji. Z badań wynika, że w pamięci operacyjnej starszych osób zapisuje się więcej informacji niezwiązanych z wykonywanym właśnie zadaniem, jakim może być rozumienie słuchanych treści. Ten nadmiar zakłóca prawidłowy przebieg procesów pamięciowych. Innymi słowy u osób starszych – w porównaniu z młodszymi – pamięć operacyjna jest zajęta mniej istotnymi informacjami i przez to nie angażuje się wystarczająco w proces rozumienia. To przypuszczenie wydaje się potwierdzać fakt, że starsze osoby zapamiętują zadany materiał równie dobrze jak młodzi, jednak pod warunkiem, że nic ich nie rozprasza.
Od wiedzy do praktyki
Wiedza na temat zmniejszającej się z wiekiem pojemności pamięci operacyjnej została uwzględniona w opracowanej przez nas neurokognitywnej metodzie dopasowania systemu implantu ślimakowego. Dzięki niej możemy nie tylko dokładniej ustawić parametry procesora mowy, lecz także nauczyć pacjentów skutecznych strategii prowadzenia rozmów czy kontroli warunków, w jakich się one odbywają. Wypracowanie ich jest jednym ze stałych elementów treningu, zwłaszcza pacjentów w wieku senioralnym.
Podsumowując: dopasowanie systemu implantu metodą neurokognitywną u opisanego na początku pacjenta zaczynamy od przeprowadzenia testu pamięci operacyjnej. Jeśli jego wyniki nie są satysfakcjonujące i wskazują na zaburzenia w procesie przetwarzania słuchowego, istnieje podejrzenie, że nawet najlepszej jakości proteza słuchu nie skompensuje wysiłku włożonego w rozumienie mowy w grupie i nie zapewni optymalnego słyszenia w obecności czynnika zakłócającego, jakim jest hałas w tle. W takim przypadku pożądana może okazać się rozmowa z pacjentem na temat wcześniej wspomnianych strategii pomocniczych. Pacjent może bardziej świadomie wybierać do rozmowy ciche miejsca, ograniczyć liczbę rozmówców, a w niesprzyjających warunkach – komunikować otwarcie swoje potrzeby, prosząc na przykład o wolniejsze powtórzenie treści pytania.
Jeśli wyniki testu pamięci są bardzo dobre, należy wrócić do etapu „neuro” w procedurze dopasowania neurokognitywnego i skorygować sposób stymulacji nerwu słuchowego (pisaliśmy na ten temat w poprzednich artykułach z cyklu „Mam implant”). Jest to konieczne, ponieważ do nerwu słuchowego prawdopodobnie trafia tak mało informacji dotyczących sygnału mowy, że nawet sprawna pamięć operacyjna nie radzi sobie z jej przetwarzaniem. Trzeba zatem poszukać takich parametrów stymulacji, przy których jakość sygnału dostarczanego do ośrodkowego układu nerwowego będzie możliwie najlepsza i zagwarantuje najefektywniejsze wsparcie w warunkach trudnych słuchowo.
Niezależnie od tego, jakie wyniki uzyskuje pacjent w teście sprawdzającym pojemność operacyjną, w Zakładzie Implantów i Percepcji Słuchowej dokładamy wszelkich starań, aby zredukować jego problemy z rozumieniem mowy, umożliwić mu swobodną komunikację, a tym samym poprawić satysfakcję z użytkowania implantu ślimakowego.
Neurokognitywistyka a słyszenie
Kognitywistyka (ang. cognitive science) to inaczej nauka o umyśle i poznaniu. Zajmuje się badaniem procesów umysłowych i poznawczych, takich jak percepcja, pamięć, rozumienie, zdolności językowe czy procesy komunikacyjne. Aby wyjaśnić, w jaki sposób mózg realizuje złożone zadania poznawcze, kognitywiści tworzą modele opisujące wybrane procesy albo zależności między nimi. W skład kognitywistyki wchodzi neurokognitywistyka, która łączy psychologię z najnowszą wiedzą na temat funkcjonowania mózgu (neurofizjologią poznawczą). Nauka ta zakłada, że zachowanie człowieka można obiektywnie zmierzyć i opisać poprzez analizę aktywności jego mózgu.
Dynamiczny rozwój neurokognitywistyki otwiera nowe perspektywy również dla naukowców i lekarzy szukających odpowiedzi na pytanie, czym tak naprawdę jest słyszenie. W neurokognitywistyce odchodzi się od koncepcji, według której słuch jest bierną reakcją organizmu na bodziec sensoryczny. Słyszenie jest postrzegane jako proces aktywny i twórczy, dynamicznie angażujący różne aspekty ludzkiego poznania. W tej koncepcji krytyczną rolę spełnia wysiłek umysłowy włożony w przetwarzanie informacji płynących z otoczenia, który w znacznym stopniu zależy od indywidualnego potencjału słuchowego jednostki.
Modelowanie zjawisk. Co to takiego?
Modelowanie to próba wyjaśnienia zjawisk, których nie możemy zbadać poprzez obserwację. Dla określonego zjawiska, np. rozumienia mowy, mogą powstać liczne propozycje modeli, z których każdy będzie uznawany za równorzędną próbę jego wyjaśnienia. Autorzy modeli określają poszczególne etapy interesujących ich zjawisk i – nadając im nazwę – tworzą określone pojęcia, które szczegółowo definiują ich specyfikę oraz wzajemne zależności. Wszystko po to, aby określonej hipotezie, np. teorii wyjaśniającej, w jaki sposób człowiek poznaje otaczającą rzeczywistość, nadać formalną, zdefiniowaną postać.