Electrocochleography: development of metrics and optimized recording techniques

Introduction: Traditionally, ear surgeries where the integrity of the inner ear is compromised are considered destructive procedures. While these operations can be very successful for threatening certain inner ear diseases, they always determine a complete loss of hearing. Electrocochleography (ECochG) is a technique that allows for the measurement of the auditory evoked potentials that arise from the inner ear and spiral ganglion. As opposed to far-field recording techniques, ECochG is considered a near-field recording montage, mainly due to the proximity of the recording electrode to the source generators in the inner ear. The aims of these thesis were to investigate the potential mechanisms of hearing loss/preservation via electrophysiological measures during several types of otologic and skull base procedures (i.e., cochlear implantation, CI, Ménière’s disease, MD, resection of vestibular schwannoma, VS, etc.). Additionally, an animal model was used to isolate the complex sources of the summating potential (SP) for better interpretation for clinical purposes. Materials and methods: Patient interventions consisted of intraoperative round window ECochG during surgery: tone burst stimuli were presented from 95 to 110 dB SPL. Round window ECochG to tones and clicks was also performed in the animal model. Lastly, a group of patients scheduled to receive a lateral wall electrode underwent ECochG recorded directly from a CI electrode array during its insertion, with the Active Intraoperative Monitoring (AIM, Advanced Bionics, Valencia, CA). Results: ECochG findings in VS and MD patients evidenced a reduced trend in amplitude of the ongoing response with increased stimulus frequency. In a case of jugular foramen tumor removal, the compound action potential magnitudes increased at all test frequencies (p<0.01) and serviceable hearing was confirmed by audiometric testing after tumor resection. Despite the small number of patients, heterogeneous ECochG response patterns were observed within the CI fold-over group, while regarding the ECochG-total response, all controls showed a decrease in the magnitude. The animal model evidenced that the sources of the SP include at least four components presenting a mixture of polarities and magnitudes. Conclusions: Intraoperative ECochG may allow for real-time monitoring of auditory function during complex skull base surgery, minimizing trauma for electrode insertion and reducing complications such as tip fold-over during CI surgery. Findings of cochlear pathology were likely present in patients with VS and MD. Finally, the complex mixture of cochlear and neural sources should be acknowledged when interpreting the SP for clinical purposes.

Introduzione: Tradizionalmente, gli interventi chirurgici otologici, in cui l'integrità dell'orecchio interno è compromessa, sono considerati demolitivi per l’udito, sebbene siano efficaci nel trattare alcune disabilitanti malattie. L'elettrococleografia (ECochG) è una tecnica che consente la misurazione dei potenziali evocati uditivi che derivano dall'orecchio interno e dal ganglio spirale grazie alla prossimità dell'elettrodo di registrazione. Questa tesi ha l’obiettivo di indagare i potenziali meccanismi di perdita/preservazione dell'udito mediante ECochG eseguita durante diversi tipi di procedure chirurgiche otologiche e della base cranica laterale (es. impianto cocleare, IC, malattia di Ménière, MD, resezione di schwannoma vestibolare, VS, ecc.). Inoltre, è stato utilizzato un modello animale per isolare le componenti del potenziale di sommazione (SP) al fine di consentirne una migliore interpretazione clinica. Materiali e metodi: I pazienti inclusi sono stati sottoposti a ECochG dalla finestra rotonda durante l'intervento chirurgico: gli stimoli presentati sono stati tone burst da 95 a 110 dB SPL. Anche nel modello animale è stata eseguita l'ECochG della finestra rotonda. Infine, un gruppo di pazienti programmati per ricevere un IC “lateral wall” sono stati sottoposti a ECochG direttamente attraverso il multielettrodo durante il suo inserimento, con il monitoraggio intraoperatorio attivo (AIM, Advanced Bionics, Advanced Bionics LLC, Valencia, CA). Risultati: I risultati ECochG nei pazienti con VS e MD hanno evidenziato una riduzione nell'ampiezza della risposta all’aumentare della frequenza dello stimolo. In un caso di rimozione di un tumore del forame giugulare, il potenziale d'azione composto è aumentato a tutte le frequenze (p<0.01) e la preservazione dell'udito è stata confermata dall’esame audiometrico post-operatorio. Nonostante l'esiguo numero di pazienti, sono stati osservati pattern di risposta ECochG eterogenei all'interno del gruppo con tip-fold-over, mentre tutti i controlli hanno mostrato una diminuzione della risposta ECochG-totale. Il modello animale ha evidenziato che il SP presenta almeno quattro componenti, di cui due neurali, con una miscela di polarità e ampiezze. Conclusioni: L'ECochG intraoperatoria può consentire il monitoraggio uditivo in tempo reale durante chirurgie complesse della base cranica laterale, di minimizzare il trauma durante l’inserimento del multielettrodo e di ridurre alcune complicanze come il tip-fold-over durante la chirurgia dell'IC. Segni di patologia cocleare sono risultati presenti nei pazienti con VS e MD. Infine, dovrebbe essere annoverata l’intricata origine cocleare e neurale nell’interpretazione clinica del SP.