Restoration of auditory network after Cochlear Implant: A P300 and EEG study using LORETA (Low resolution brain electromagnetic tomography)

The proper functioning of the auditory processing needs an integration of many types of information, and a synchronised action between auditory cortex and other cortical and subcortical centres. The normal development of connectivity between the auditory system and the higher neurocognitive functions depends on sensory experience, and congenital hearing loss makes it essentially impossible. The aim of this work was to perform an electrophysiological analysis of auditory cortical areas in patients with cochlear implant (CI). Thirty implanted patients were included in the study. Twenty-four of them were prelingual patients and they were divided into three groups, according to the age at time of CI surgery and to the duration of CI use: group A - early implant and lengthy CI use, group B - late implant and lengthy CI use, group C - late implant and short CI use. The remaining six patients were affected by postlingual deafness, and they were included in the group D. Each patient group was compared with a normal hearing age matched control group. Each subject underwent an Event-related potentials (ERPs) evaluation and electroencephalographic registration. All data analysis were performed by using Loreta software (Low Resolution Electromagnetic Tomography). ERPs latencies were for the most part significantly longer in patients than in controls. Concerning the Event-related cortical activity, all the control groups showed a high and well-defined activation in frontals areas and the cingulate cortex, in the N200 and P300 time windows. A comparable activation in strength and timing, between patients and controls, was only found in the first prelingual patient group (A), and to a lesser extent in the second group (B), while patients belonging to the third prelingual group (C) showed a very low cortical activation, with no cyclic pattern. Postlingual patients (D) showed no difference in activation compared to controls. ln a second step of the study, functional connectivity was analysed from EEG data, in two different conditions: resting state and activation state. Default mode network, left and right Precuneus and associative visual cortex were examined. No difference between prelingual patients and controls was found in the first group (A). Functional connectivity showed a significant increase in the second (B) and third (C) prelingual patient group, especially in the activation state, and specifically between visual areas and Precuneus and posterior cingulate cortex, while postlingual patients (D) showed no difference compared to controls. Cochlear implant adds a new auditory modality in prelingual patients, allowing the creation of a functional network. This involves the areas implicated in sensory and cognitive modalities, and needs some time to form. The duration of CI use is crucial: prolonged CI use, in addiction to an early time of implant, can restore auditory network, allowing a normalization process, from both an audiological and a neurophysiological point of view. However, in the case of patients with postlingual hearing loss, cochlear implant seems to restore and reinforce a cortical network that has already been formed, before the onset of the hearing impairment.

Un corretto funzionamento del processamento uditivo necessità di una sincronizzazione tra corteccia uditiva ed altre unità corticali e subcorticali, e di elaborare molti tipi di informazioni differenti. Il normale sviluppo della connettività tra sistema uditivo a altre funzioni neurocognitive è strettaemente legato all’esperienza uditiva del soggetto. In questo senso la deprivazione uditiva rende impossibile un corretto sviluppo. Scopo del lavoro è stato valutare da un punto di vista elettrofisiologico l’attività corticale in pazienti con impianto cocleare. Il campione dello studio è costituito da trenta pazienti portatori di impianto cocleare (IC), dei quali 24 con un’ipoacusia preverbale e 6 postverbale. I soggetti preverbali sono stati suddivisi in tre gruppi, sulla base di due parametri, età di impianto e tempo di utilizzo del dispositivo: gruppo A – impianto precoce e lungo utilizzo; gruppo B – impianto tardivo e lungo utilizzo; gruppo C – impianto tardivo e breve periodo di utilizzo. I pazienti postverbali costituiscono il gruppo D. Ciascun gruppo di pazienti è stato confrontato con un gruppo di soggetti normoacusici, comparabile per età. Ogni soggetto è stato sottoposto a registrazione dei potenziali evento-correlati e a registrazione elettroencefalografica. Tutti i dati sono stati analizzati mediante l’utilizzo del software Loreta (Low Resolution Electromagnetic Tomography). Le latenze dei potenziali registrati sono risultati complessivamente maggiori nei pazienti rispetto ai controlli. Per quanto riguarda l’attivazione delle sorgenti corticali durante l’elicitazione dei potenziali, tutti i controlli hanno mostrato un’attivazione corticale definita e rilevante, in corrispondenza delle aree frontali e del cingolato, sia per quanto riguarda la N200 che per la P300. Un’attivazione corticale simile si è riscontrata solo nei pazienti appartenenti al gruppo A, e in misura minore a quelli del gruppo B, mentre i pazienti del gruppo C hanno mostrato un’attivazione corticale molto bassa, e senza un pattern ciclico. Nei pazienti postverbali del gruppo D invece non sono state riscontrate differenze di attivazione rispetto ai relativi controlli. In una seconda fase dello studio è stata valutata la connettività funzionale, mediante analisi dei dati EEG, in due differenti condizioni: stato di veglia rilassata e stato di attivazione. Sono stati analizzati il Default mode network, il precuneo, la corteccia visiva. Anche in questo caso il gruppo A di pazienti non ha mostrato differenze con i controlli, in termini di connettività. I pazienti del gruppo B, e ancora di più quelli del gruppo C, hanno mostrato valori più alti di connettività, specialmente per quanto riguarda lo stato di attivazione. Anche in questa analisi i pazienti del gruppo D non hanno mostrato differenze rispetto ai controlli. L’impianto cocleare crea una nuova modalità uditiva nei pazienti preverbali, permettendo la creazione di un network funzionale che richiede del tempo per formarsi, e che coinvolge aree implicate in attività di tipo sensoriale e cognitivo. Fondamentale per un miglioramento in termini audiologici e neurofisiologici è risultato il parametro di durata di utilizzo dell’impianto cocleare. Nei pazienti postverbali invece l’impianto cocleare va a ripristinare un network corticale già formato prima dell’insorgenza dell’ipoacusia.