מי בכלל צריך אוזן ביונית? על נשתל שבלולי

כתב: רן לוי

כשהייתי טירון בחיל הים, אחד החיילים האחרים במחלקה שלי נפל למים כשניסה לעלות לספינה. זה היה די מביך, למען האמת: הוא היה קצת שיכור, כנראה, ופספס את הסולם שמוביל מהרציף לסיפון. המפקד שלנו ראה אותו נופל למים ומיהר להשליך אליו גלגל הצלה. הכוונה הייתה טובה – לשחות שיכור בנמל באמצע הלילה זה לא ממש רעיון מוצלח, אתם יודעים – אבל כשמשינו את החניך הרטוב מהמים, הוא לא היה אסיר תודה, בלשון המעטה. מסתבר שהוא הסתדר מצוין גם בלי עזרה, עד שגלגל ההצלה שהשליך אליו המדריך פגע לו בראש והעיף את המשקפיים שלו אל המצולות.

נזכרתי בסיפור הישן הזה כשקראתי על השתל השבלולי. השתל השבלולי – או 'שתל קוכליארי', בלעז – הוא במילים פשוטות 'אוזן ביונית'. זהו מכשיר אלקטרוני שמושתל מתחת לעור, ומעביר צלילים מהעולם החיצון היישר אל עצבי השמיעה ומשם אל המוח. כפי שמיד נגלה, מדובר בטכנולוגיה מהפכנית שמחוללת, כמעט פשוטו כמשמעו, נס: היא הופכת אדם חירש לאדם שומע. על פניו, זו צריכה להיות ברכה אדירה, גלגל הצלה נפלא שמושלך לאנשים שעד היום לא הייתה להם כל תקווה לשמוע אי פעם. אבל חלק מסוים מאוכלוסית החירשים אינו אסיר תודה על השתל השבלולי, ואפילו מתנגד לו באופן פעיל. בפרק זה נתאר את סיפור השתל השבלולי: סיפור שמשולבים בו אידיאלים, שמחה ואושר, לצד אינטרסים כלכליים קרים, עלבון והשפלה בנות עשרות שנים, והרבה – ממש הרבה – בכי.

וולטה

אחד הראשונים שחקר את הקשר בין חשמל לשמיעה היה אלסנדרו וולטה (Volta), המדען שהמציא את הסוללה החשמלית. בשנת 1790 דחף וולטה לתוך אוזניו שני מוטות מתכת קטנים, ואז חיבר אותם למתח של כחמישים וולט. להפתעתו של וולטה הוא שמע רעש עז, מעין 'בום בתוך הראש' כפי שתיאר זאת, ולאחר מכן רעש חלש יותר כמו 'מרק סמיך ומבעבע'. וולטה כנראה לא הבין זאת אז אך הזרם החשמלי החלש שעבר דרך גופו עורר את עצב השמיעה והעירור החשמלי נקלט במוחו כצלילים אקראיים.

על אף העובדה שהיה מדובר ברעשים סתמיים בלבד, הצלחתו של וולטה עוררה סקרנות רבה בקרב החוקרים. עד אז, החירשות נחשבה ללקות חשוכת מרפא: אוזן שהפסיקה לשמוע כמעט ולא חזרה לפעילות תקינה. הפתרון היחיד שעמד לרשות הרופאים אז – וכמעט לכל אורך המאה העשרים – היה להגביר באורח כלשהו את הקולות שמגיעים אל האוזן ולקוות שמעט השמיעה שעוד נותרה למטופל תספיק לו כדי לפענח אותם. זהו העיקרון שעליו מושתת 'מכשיר שמיעה' קונבנציונלי: מכשיר השמיעה קולט רעשים מהסביבה, מגביר חלק או את כל הצלילים ומשמיע אותם לתוך תעלת האוזן בעצמה גבוהה. הדבר אינו שונה הרבה, מבחינה עקרונית, מלצעוק לתוך האוזן. מכשירי שמיעה שכאלה עזרו מאוד למי שהייתה לו עדיין יכולת שמיעה, ולו רק חלקית – אך היו חסרי תועלת לחלוטין בקרב בעלי לקות שמיעה עמוקה. אדם חירש, שאוזניו אינן מתפקדות כלל, אינו יכול לשמוע דבר – ולא משנה כמה חזקה תהיה עצמת הצליל. תוצאות ניסוייו של וולטה רמזו על האפשרות שאולי אפשר 'לעקוף' את האוזן בדרך כלשהי, ולרפא חירשות בכל זאת. מדענים נוספים המשיכו את עבודתו של וולטה לכל אורך המאה ה-19, אך ללא הצלחה רבה: עירור חשמלי חיצוני הצליח להפיק רעשים אקראיים בתוך מוחם של הנבדקים, אבל לא צלילים של ממש.

החל משנות השלושים של המאה העשרים החלו המדענים לפענח את צפונות מערכת השמיעה האנושית ולקבל מושג טוב יותר לגבי האופן שבו היא מתרגמת צלילים לאותות חשמליים. בחלוקה גסה, ניתן לחלק את מערכת השמיעה לשלושה חלקים. האוזן החיצונית היא האפרכסת, מבנה עשוי סחוס שמקבל את הקולות ומרכז אותם לעבר תעלת האוזן. בקצה התעלה נמצא עור התוף, קרום דק המתנדנד בהתאם לעצמת הקולות המתקבלים. מעבר לעור התוף נמצאת האוזן התיכונה: שלוש עצמות זעירות שמגבירות את התנודות ומעבירות אותן אל האוזן הפנימית – איבר שצורתו כמעין שבלול. השבלול, 'קוכליאה' בלעז, מלא בנוזל. עצמות האוזן התיכונה מעבירות את תנודות גלי הקול אל פתח מיוחד בשבלול – פתח המכונה 'החלון האובלי' או החלון הסגלגל – ואלו יוצרות גלי לחץ בתוך הנוזל שבשבלול. בתוך השבלול נמצאות עשרים עד שלושים אלף שערות עדינות מאוד שחשות את הגלים בנוזל וממירות אותן לגירויים חשמליים. גירויים אלה מועברים אל עצבי השמע, ומולכים אל המוח לעיבוד ולפענוח.

התמונה המתקבלת היא זו של מערכת עדינה ומורכבת מאוד, שאפשר לדמות אותה לצינור. לצד אחד של הצינור נכנסים גלי קול, גירוי מכני לחלוטין – שינוי לחץ באוויר, ומצדו האחר של הצינור יוצאים פולסים חשמליים, הייצוג החשמלי של אותו גירוי מכני בכניסה. קל לראות שכל נזק באחת החוליות בשרשרת לאורך הצינור – קרע בעור התוף, פגיעה בעצמות האוזן התיכונה או נזק לשערות שבשבלול – תפגע בהמרת אנרגיה מכנית לחשמלית, ותביא ללקות שמיעה. חומרת הלקות ואופייה תלויים בסוג ובמידת הנזק שנגרם. אלסנדרו וולטה הראה שניתן 'להזריק' אל האוזן גירויים חשמליים באופן ישיר, ולעקוף את המנגנון המורכב הממיר גלי קול לפולסים עצביים.

בשנת 1957 ערכו שני חוקרים צרפתיים, שארל אירייה (Eyries) ואנדרה ז'ורנו (Djourno) ניסוי מרתק. הם השתילו באדם חירש חוט מתכת – אלקטרודה – ישירות אל עצב השמיעה בתוך השבלול, וחיברו אותו אל מתקן שחולל גירוי חשמלי בתדרים שונים. בתחילה שמע המטופל רעשים אקראיים וזמזומים סתמיים, אך כיוונון עדין יותר של התדרים איפשר לו לזהות צלילים של ממש. השתל לא החזיק מעמד באוזנו של החולה והוסר לאחר מספר שבועות, אך הצלחתם של הצרפתים עוררה את סקרנותו של רופא אמריקני בשם ווליאם האוס (House).

האוס היה פורץ דרך של ממש: הוא נעזר במיקרוסקופ חדשני שפיתח ושאיפשר לו לבצע פעולות פולשניות באוזן הפנימית הזעירה והעדינה מבלי לגרום לנזק לשבלול. האוס גם פיתח מכשיר אלקטרוני בשם 'מעבד דיבור' שהיה מסוגל להמיר קולות חיצוניים כגון דיבור וצלילים, לגירויים חשמליים שלאחר מכן הוזרקו באמצעות האלקטרודה אל האוזן הפנימית. בשנת 1961 השתיל האוס אלקטרודות בשלושה מטופלים שונים, וחקר את האופן שבו הגיבו לגירויים חשמליים שונים. הטכנולוגיה שעמדה לרשותו הייתה פרימיטיבית למדי והמושתלים לא היו מסוגלים לזהות מילים ממש – אך הרעשים ששמעו נתנו להם 'רמזים' לגבי הקולות שסביבם. רמזים אלה, בשילוב יכולת סבירה של קריאת שפתיים, שיפרה במידה ניכרת את אכות חיי המטופלים בניסוייו של האוס.

אך על אף ההצלחות הראשוניות הללו, האוס נאלץ להתמודד עם לא מעט ספקנות וביקורת. עמיתיו בעולם הרפואה לא ראו טעם במאמציו: מרבית המומחים האמינו שאין שום אפשרות מעשית להחליף את עשרות אלפי השערות הדקיקות והרגישות באלקטרודות מתכת מגושמות. היו כאלה שהרחיקו וטענו שהאוס הוא שרלטן, נוכל חסר מצפון שמנצל את רגשותיהם של הורים לילדים חרשים שיעשו הכל וישלמו כל סכום כדי להעניק את מתנת השמיעה לילדיהם: הוא מתיימר לתת להם תקווה – כשפועל אין כזו, ורק תאוות הבצע שלו דוחפת אותו הלאה. אך וויליאם האוס לא התקפל בפני המבקרים, והמשיך לפתח את הטכנולוגיה שלו לכל אורך שנות השישים והשבעים. במקביל, בצדו האחר של העולם, עמל חוקר אחר על שתל שבלולי משלו – דומה, אך בה בעת שונה מאוד – מזה של וויליאם האוס.

מקבצי נדבות באוניברסיטה

גראהם קלארק (Clark) נולד באוסטרליה, בשנת 1935. אביו, בעל בית מרקחת, הלך ואיבד את שמיעתו בהדרגה כשהיה בשנות החמישים לחייו. עבור גראהם הצעיר, השעות שבהן עבד בבית המרקחת לצד אביו המתחרש היו חוויה שעיצבה את עתידו.

"אני חושב שזה היה השלב שבו נעשתי מודע במיוחד לאיבוד השמיעה של אבי. התחלתי להבין עד כמה איבוד השמיעה היה קשה עבורו, כרוקח בעיירה קטנה. הוא התקשה לשמוע את לקוחותיו, והיה מוכרח לבקש מהם שידברו חזק יותר, והם היו מוכרחים לעשות את זה – וכך כל מי שהיה בחנות שמע בדיוק איזו תרופה הם מבקשים. הייתי נבוך מאוד, והחלטתי שאהיה רופא, ובפרט רופא אף, אוזן, גרון."

גראהם למד רפואה באנגליה בשנות השישים אך הקריירה שלו כרופא מן המניין לא ארכה ימים. נפל לידיו מאמר המתאר את אחד הניסיונות המוקדמים לגרות את עצב השמיעה באמצעות אלקטרודה בשבלול, והרעיון הקסים אותו עד כדי כך שגראהם החליט לעזוב את המרפאה באנגליה לאלתר, ולחזור ללימודים מתקדמים באוסטרליה. גראהם היה כבר כבן 31, גיל שבו החלטות שכאלה אינן מובנות מאליהן.

"בבטני עדיין בערה האש והרצון לעסוק במחקר, ולא הייתי מסוגל להסתפק בעבודה שגרתית בקליניקה. עמדה בפני ההזדמנות לחזור לסידני, לעבודת מחקר. אני זוכר שכתבתי לסר ג'ון אקלס (Eccles), שזכה בפרס נובל בניורופיסיולוגיה, ושאלתי אותו מה הוא ממליץ לי לעשות [בנוגע לעתידי]. זה היה כשהייתי כבר בן 31, והוא אמר – 'אני חושב שאתה מבוגר מדי מכדי להתחיל בקריירת מחקר.' התעלמתי מהעצה שלו. מספר שנים לאחר מכן פגשתי את בתו בארוחת ערב, וסיפרתי לה על האירוע. היא אמרה – 'אני שמחה שלא שמעת בעצתו של אבי. אני אף פעם לא מקשיבה לו."

לאחר שסיים את לימודיו ב-1969, התקשה גראהם למצוא משרות מחקר בתחום שבו התעניין, השתל השבלולי, מאותן הסיבות שבגללן ספג וויליאם האוס ביקורת: רוב החוקרים והרופאים האמינו שאוזן ביונית שכזו היא בלתי אפשרית, ואין טעם לבזבז זמן ומאמץ על העניין.

למזלו, מספר שנים לאחר מכן מונה גרהאם לראש המחלקה לחקר אף, אוזן, גרון באוניברסיטת מלבורן. משרה בכירה זו איפשרה לו, סוף סוף, להתמקד בכיוון שבו האמין – אבל התקציב שקיבל היה זעום מאד: 6000 דולר בלבד. לשנתיים. המשמעות הייתה שגראהם נאלץ להשקיע מאמצים אדירים בגיוס תקציבים עבור המחלקה: הוא אירח נדבנים לארוחות ערב, התראיין אצל כל עיתונאי שהיה מוכן לשמוע אותו והתחנף לפוליטיקאים כדי לגרד כל דולר שהיה מסוגל לקבל לטובת המחקר. מצבה הכלכלי של המחלקה היה נואש כל כך, עד שבשלב מסוים יצאו גראהם וצוותו אל הרחובות שסביב האוניברסיטה, וקיבצו נדבות. כן, ממש כפי שזה נשמע: הם עמדו בפינות רחוב עם כוסות, וניסו לשכנע עוברים ושבים בחשיבות המחקר שלהם.

אלקטרודות באוזן

בין לבין, כמובן, היה גם מחקר של ממש. בתחילה ניסה גראהם קלארק לחקות את גישתו של וויליאם האוס: להשתיל אלקטרודה בודדת בשבלול, ובעזרתה לשלוח אל עצבי השמע גירויים חשמליים – אך עד מהרה החליט לנטוש גישה זו. כדי להבין מדוע החליט גראהם לפנות לכיוון מחקר שונה מזה של קודמו, יש להבין את האופן שבו מפענח מוחנו קולות כגון דיבור ומוזיקה.

המילים והצלילים שאנחנו שומעים מכילים טווח רחב למדי של תדרים: מכמה עשרות הרץ ועד למעלה מעשרים אלף הרץ. אם נדמה את הדיבור האנושי לתמונה, אזי זו תמונה שיש בה מגוון רחב של צבעים – מאדום כהה, דרך ירוק, כחול וכל מה שבאמצע. בתוך השבלול, השערות הזעירות שממירות את התנודות לפולסים חשמליים מסודרות כך שכל אחת רגישה לתדר מסוים בלבד: כמו קלידים של פסנתר. השערות בפתח השבלול, האזור הרחב שלו, רגישות לתדרים נמוכים, והשערות בקצהו הפנימי מזהות את התדרים הגבוהים. בהמשך לאנלוגיה שלנו, כל שערה היא חיישן המזהה צבע אחד מסוים.

ווליאם האוס בחר להשתמש באלקטרודה אחת בלבד משיקולים מעשיים. השבלול הוא איבר רגיש ביותר, ואם פוצעים אותו יתר על המידה, סיבי העצב שמתחברים אליו יכולים להינזק באופן תמידי. נוסף על כך, זיהומים באזור האוזן הפנימית יכולים לדלג בקלות אל המוח ולגרום לדלקות קטלניות. לכן השימוש באלקטרודה אחת ממזער את הסיכונים האלה למינימליים.

מאידך, אלקטרודה אחת מחליפה, באופן עקרוני, רק שערה אחת. במילים אחרות, היא מסוגלת להזריק לעצב השמיעה תדר בודד אחד מתוך אלפי התדרים האפשריים. שוו בנפשיכם כיצד הייתה נראית המונה ליזה לו הייתם מסוגלים לראות רק ירוק, למשל. אפשר היה, אולי, לנחש שמדובר בתמונה – ואולי אפילו להבחין קווי מתאר כלליים של אישה – אך האם במצב שכזה ניתן לזהות שמדובר בתמונה המפורסמת? נראה שלא. באותו האופן, שתל בעל אלקטרודה בודדת אינו מאפשר זיהוי סביר של דיבור או צלילי מוסיקה..
גראהם קלארק האמין שהגישה העקרונית של וויליאם האוס מוטעית מהיסוד. לשיטתו, אם השתל השבלולי לא יהיה מסוגל להחזיר לחרשים את היכולת להבין דיבור, אין בו שום טעם. רק שתל שמכיל כעשרים אלקטרודות לפחות, יהיה מסוגל להחזיר שמיעה במידה מעשית ושימושית.

האתגרים הטכניים שעמדו בפני גראהם היו אדירים. הוא היה צריך למצוא דרך להשתיל בתוך השבלול הזעיר כמה וכמה אלקטרודות ממוזערות מבלי להרוס את האוזן הפנימית ובלי לגרום לדלקת מסוכנת. האלקטרודות שיעבירו את התדרים הגבוהים יהיו צריכות לחדור אל הפיתולים הפנימיים והעדינים ביותר של השבלול. איך אפשר לעשות זאת?

גראהם השקיע מחשבה מרובה במציאת פיתרון לבעיה זו. יום אחד, בזמן שטייל על שפת הים, הבחין בקונכייה ריקה שוכבת על החול. לידה ניצב גבעול בודד של דשא. גרהאם הרים את הקונכיה והגבעול, והבין שהוא אוחז בידיו את הפיתרון שחיפש. גבעול הדשא הוא דק ורך בקצה, והולך ומתרחב ככל שמתקרבים לבסיסו. כשהשחיל את הגבעול הדק אל תוך הקונכיה, הקצה הרך חלף דרך הפיתולים הפנימיים הזעירים ללא קושי. זו הייתה ההשראה שחיפש.

השתל השבלולי שהגה גרהאם מורכב משני חלקים. החלק החיצוני יושב מחוץ לגוף ומכיל מיקרופון שקולט את הצלילים, מעבד קול שממיר אותם לאותות חשמליים ומשדר – סליל זעיר של חוטי מתכת ומגנט. החלק הפנימי של השתל מונח בתוך תושבת בגולגולת, מתחת לעור. הוא מכיל מקלט זעיר – אף הוא סליל ומגנט – ואלקטרודה ארוכה ומפותלת שמושחלת לתוך השבלול עד קצה הפיתולים הפנימיים. המשדר והמקלט נצמדים זה לזה, משני צדיו של העור, באמצעות המגנטים – והסלילים מעבירים ביניהם את המידע כגלים אלקטרומגנטיים, גלי רדיו. האלקטרודה הארוכה היא למעשה צירוף של כעשרים אלקטרודות צמודות זו לזו, שכל אחת אחראית לגרות את עצב השמיעה בנקודה מסוימת לאורך השבלול – דהיינו, להזריק לתוכו תדר מסוים לפי שליטתו של מעבד הקול החיצוני.

זו הייתה התאוריה, בכל אופן. בפועל, איש עדיין לא ידע בוודאות אם ריבוי אלקטרודות – או כפי שמכונה השיטה, 'שידור רב ערוצי' – יחזיר את השמיעה למושתלים. איש לא ידע לומר בוודאות אם אחרי שנות חירשות, המוח מסוגל לפענח ולהבין צלילים – או שמא יכולת זו הולכת ודועכת עם הזמן עד שהיא נעלמת לנצח.

ב-1978 הגיע רגע המבחן לרעיונותיו של גראהם קלארק. רוד סונדרס (Saunders), תושב העיר מלבורן, איבד את יכולת השמיעה בגיל 46 עקב מחלה. איבוד השמיעה פגע קשות באיכות החיים שלו: הוא איבד את מקום עבודתו, ובגילו התקשה ללמוד את שפת הסימנים. כששמע רוד על הניסוי שמתכנן גראהם, התנדב ללא היסוס להיות המושתל הראשון: כפי שהוא ראה זאת, לא היה לו מה להפסיד.

גרהאם קלארק ואנשי צוותו התכוננו לניתוח ההשתלה החלוצי בשיא הרצינות. כולם הבינו שהשתלה ראשונה זו היא קריטית להמשך המחקר: אם הניתוח ייכשל והחולה ימות כתוצאה מזיהום או מתקלה אחרת – זה יהיה סופם של תקציבי המחקר וסופה של ההרפתקה כולה. גראהם היה בלחץ, והכין את חדר הניתוחים לרמת סטריליות מעל ומעבר למה שהיה מקובל בניתוחים רגילים. שעות ספורות לפני הניתוח עצמו הלך לפגוש את רוד סונדרס ולהרגיע אותו, אך לא היה בכך צורך כיוון שסונדרס ריחף על מנה הגונה של ואליום, והיה רגוע הרבה יותר מגרהאם עצמו…

כשהסתיים הניתוח והשתל הוחדר לתוך האוזן, הוחזר סונדרס המורדם למחלקת ההתאוששות בבית החולים. גרהאם חזר לביתו, אל המתנה מורטת עצבים. כעבור שלושה ימים קיבל גרהאם טלפון מבית החולים, ובו הבשורה הגרועה ביותר שתיאר לעצמו. רוד סונדרס התמוטט, והחשש היה שמא זיהום גרם לדימום במוחו. גרהאם רץ לבית החולים, ובדק את סונדרס. הניסיון שצבר כרופא אף, אוזן וגרון בצעירותו, עמד לשירותו. הוא זכר שכשהאחיות היו מוציאות למטופלים תחבושות ממערות הסינוסים שמאחורי האף, חולים רבים היו מתעלפים כתוצאה מסחרחורות שהיו פוקדות אותם. תחקיר קצר גילה לו שהאחות אכן הוציאה לסונדרס תחבושת כזו לפני שהתמוטט. המשבר חלף: רוד סונדרס לא סבל מזיהום כלשהו.

בתום תקופת החלמה של מספר שבועות, הגיע רגע האמת: סונדרס התייצב במחלקתו של גרהאם, והשתל השבלולי שהוחדר לאוזנו הופעל. הטכנאי השמיע לסונדרס שורה של צלילים – אך לאכזבת כולם, הוא לא שמע דבר. למחרת חזר סונדרס אל המחלקה. שוב הופעל השתל, שוב השמיעו לו צלילים – וכמו מקודם, הוא לא שמע דבר. גרהאם כבר היה מוכן נפשית להודות בכישלון, אבל החליט לנסות בפעם השלישית. סונדרס התייצב במחלקה, והטכנאי בדק את ציוד השידור – למרבה ההפתעה הוא גילה שחוט התנתק במכשיר שהפיק את הצלילים! החוט חובר למקום, והפעם סונדרס דיווח מיד שהוא שומע צלילים ברורים. סביר להניח שאת אנחות הרווחה של החוקרים יכלו לשמוע גם האבוריג'ינים בערבות הנידחות ביותר של אוסטרליה.

אך הדרך אל ההצלחה הייתה עדיין רחוקה. לא רק מיקום האלקטרודות בתוך השבלול משפיע על תפיסת התדר של המטופל: גם לתזמון של הזרקת האותות החשמליים אל העצב החשמלי יש השפעה לא פחות מכריעה על היכולת להבין דיבור. לצורך הדוגמה, שני פולסים מהירים בזה אחר זה ייקלטו ו�