Dr. Graeme Clark și primul implant cohlear multicanal

Clark a studiat medicina la Universitatea din Sydney și s-a specializat în chirurgie ORL la Colegiul Regal al Chirurgilor din Londra. În 1969 și-a susținut lucrarea de doctorat la Universitatea din Sydney cu lucrarea pe tema „Urechea medie și mecanismele neuronale în auz și în managementul surdității” („Middle Ear & Neural Mechanisms in Hearing and in the Management of Deafness”.) Simultan, a absolvit și masteratul în chirurgie cu teza „Principiile suportului structural al nasului și aplicațiile acestuia în chirurgia nazală și a septului” („The Principles of the Structural Support of the Nose and its Application to Nasal and Septal Surgery”).

În lucrarea sa de doctorat, dr. Clark a studiat convertirea semnalelor auditive pentru stimularea electrică a nervului auditiv.

El a emis ipoteza că auzul, în special pe frecvențele conversaționale uzuale (vocea umană cuprinde spectrul 500-3000 Hz, după o clasificare foarte generalizantă), ar putea fi reprodus la persoanele cu surditate, dacă urechea deteriorată sau subdezvoltată ar fi „ocolită”, iar nervul auditiv ar fi stimulat electric pentru a reproduce „codificarea” sunetului. În timpul studiilor de la Universitatea din Sydney, medicul a investigat efectul pe care îl are variația ratei stimulării electrice asupra celulelor și grupurilor de celule care participă la formarea răspunsului auditiv al trunchiului cerebral, locul în care este decodificată inițial discriminarea frecvențelor.

Cercetările lui Clark au demonstrat că un mănunchi de electrozi cu „rigiditate graduală” ar putea pătrunde fără a produce vătămări în spirala cohleei (urechea internă), până în regiunea responsabilă pentru frecvențele vocale. Dacă până la acel moment avusese dificultăți în identificarea unei modalități de a insera electrozii în cohlee fără a provoca daune, dr. Clark a avut o „revelație” în timpul unei vacanțe la plajă; el a conceptualizat viitoarele intervenții chirurgicale utilizând o cochilie de melc marin și lamele de iarbă (flexibile la vârf, crescând treptat în rigiditate) pentru a reprezenta cohleea și electrozii.

În viziunea cercetătorului, electrozii trebuia să fie „liberi” să se fixeze, iar firele trebuia să se termine cu benzi circumferențiale pentru a reduce frecarea de peretele exterior al cohleei și astfel să faciliteze inserția. Benzile trebuiau să fie suficient de largi pentru a reduce densitatea încărcării electrice, pentru siguranță, dar totodată suficient de înguste pentru stimularea localizată a fibrelor nervoase. Pentru a rezolva problemele legate de siguranța dispozitivului, Clark a efectuat experimente pentru a arăta că riscul de meningită din cauza unei infecții a urechii medii, dacă o teacă de țesut fibros crește în jurul mănunchiului de electrozi, era minim. „Teaca” a fost dezvoltată dintr-o grefă de țesut, care a fost plasată în jurul electrodului, la locul unde acesta pătrundea în cohlee.

Primul implant auditiv din istorie a fost inventat și dezvoltat de dr. William F. House, despre care am scris câteva cuvinte aici. Dispozitivul lui House avea însă o configurație cu un singur electrod, comparativ cu dispozitivul cu electrozi multipli dezvoltat de Clark.

Împreună cu colegul său de la cercetarea post-doctorală, Yit Chow Tong, Clark a putut demonstra că, deși stimularea electrică a nervului auditiv ducea la o „gâtuire” a informației între sunet și creier, o parte din informația vocală poate fi transmisă variind rata și locul de aplicare a stimulului. Întrebarea era care informație să fie transmisă prin această „gâtuire” în așa fel încât să producă înțelegerea vorbirii? La această întrebare se putea răspunde doar prin testarea dispozitivului pe oameni.

Prima operație de implantare cu acest dispozitiv multi-canal a fost făcută la spitalul afiliat Universității din Melbourne, Royal Victorian Eye and Ear Hospital în 1978 de Clark însuși și de dr. Brian Pyman. Pacientul se numea Rod Saunders, în vârstă de 46 de ani pe atunci. La mai puțin de un an, a urmat un al doilea pacient, George Watson, un veteran australian din cel de-al doilea război mondial, care își pierduse auzul după o explozie a unei bombe, cu 17 ani mai devreme.

În decembrie 1978, într-un prim test, pacientul implantat a fost capabil să identifice corect mai multe cuvinte rostite de audiologul lui Clark. Medicul a demonstrat astfel că strategia sa de codificare a vorbirii funcționa și că memoria auditivă poate persista mulți ani după ce persoana a surzit.

În 1982, Clark a cerut Administrației pentru Alimente și Medicamente din Statele Unite (Food and Drug Administration, FDA) să îi supervizeze studiile clinice inițiale, conform protocolului medical uzual în Australia. În 1985, după un studiu la nivel mondial, FDA a aprobat utilizarea implantului cohlear multicanal la pacienți adulți cu surditate post-linguală.

Din 1985 până în 1990, Clark și echipa sa de implanturi cohleare de la Spitalul ORL din Melbourne, confirmați ulterior de alte clinici din întreaga lume, au observat că până la 60% dintre copiii implantați cu soluția dezvoltată de cercetătorii australieni erau capabili să înțeleagă un număr semnificativ de cuvinte și propoziții doar prin stimulare electrică, fără ajutor vizual.

Drept urmare, în 1990, FDA a anunțat că implantul cohlear cu 22 canale este suficient de sigur și pentru copiii surzi genetic, de la vârsta de doi ani, dar și îndeajuns de eficient pentru ca aceștia să înțeleagă vorbirea, atât cu citire pe buze, cât și fără.

Patentul lui Clarke a devenit astfel primul sistem aprobat de vreun organism de reglementare a sănătății la nivel mondial, în beneficiul persoanelor adulte cu surditate post-linguală dar și al copiilor cu surditate genetică. Până la această oră, creația sa este, încă, unica interfață senzorială cu creierul funcțională și eficientă.

 

Cercetător, fondator dar și… întreprinzător privat

Graeme Clark a făcut o mare parte a cercetării sale dintr-o poziție de pionierat în implanturi cohleare, la fel ca și dr. House. Și, la fel ca acesta, atunci când și-a început cercetările, în 1967, Clark s-a izbit de opoziția considerabilă a comunității medicale și științifice. În anii 1960 consensul științific era acela că stimularea directă a nervului auditiv pentru a crea percepția vorbirii nu era posibilă. Ceea ce înseamnă că dr. Clark a avut la dispoziție foarte puțini bani pentru cercetările sale de început, absolut cruciale. Și-a finanțat inițial echipa prin apeluri publice de tip Tele-don, prin amabilitatea vizionarului proprietar al unei stații TV australiene.

După prima operație, având deja un parcurs impresionant, Graeme Clark s-a ocupat de găsirea de sprijin guvernamental și filantropic pentru dezvoltarea industrială a soluției auditive. A primit fonduri și subvenții de la Consiliul Național de Sănătate și Cercetări Medicale, Consiliul Australian al Cercetării, Institutele Naționale de Sănătate din SUA și Centrul de Cercetare Cooperativă.

Pentru a-și face activitatea cunoscută, Clark a organizat trei congrese mondiale, a vorbit la numeroase întâlniri internaționale și a organizat ateliere pentru a-i pregăti pe alți medici și terapeuți în folosirea implantului.

Dovedind o viziune pe termen lung, el a colaborat îndeaproape cu industria de profil pentru a se asigura că producerea dispozitivului devine viabilă din punct de vedere economic. Această colaborare a fost concretizată de Cochlear Limited, compania care azi este lider mondial în producția de soluții auditive implantabile, cu o cotă de piață de aproape 3/4. Principalul produs comercial al acesteia, Nucleus, este descendentul direct al implantului cohlear dezvoltat de echipa dr. Clark în anii 1970.

În 1984, G. Clark a înființat Institutul Urechii Bionice (Bionic Ear Institute) ca centru de cercetare independent cu scopul de a îmbunătăți dispozitivul creat și implantat în premieră în 1978, și a fost directorul său până în 2005, când s-a pensionat.

Deja, de la începutul anilor 2000 institutul lucra și la proiecte care excedeau tehnologia auzului, iar în 2005 și 2007 a primit subvenții filantropice semnificative, în valoare totală de 1,5 milioane de dolari, pentru a întreprinde un studiu de concept al unui ochi bionic. Succesul acestui studiu a adus o finanțare în valoare de 42 de milioane de dolari din partea Consiliului Australian al Cercetării în beneficiul consorțiului Vedere Bionică Australia (Bionic Vision Australia), care a fost însărcinat să dezvolte două prototipuri de ochi bionici.

În iunie 2011, Institutul Urechii Bionice a fost redenumit Institutul Bionicii (Bionics Institute) pentru a reflecta lărgirea spectrului de interes al centrului, care include acum, pe lângă continuarea activității în domeniul auzului, cercetarea în stimularea profundă a creierului și vederea bionică.