외부의 소리가 존재하지 않는 상태에서도 귓가를 울리는 만성 이명은 현대사회에서 주요 장애의 원인 중 하나이다. 불면증, 주의력 결핍, 불안감, 우울증을 동반하는 이명은 삶의 질에 심각한 영향을 미친다. 최근에 이명 완화를 위한 치료법이 제한적인 것으로 밝혀졌다. 그리고 주요 병리 발생은 신경 흥분/억제(E/I) 균형의 변화를 수반할 수 있으며, 이는 이온 채널과 수용체에 의해 크게 조절된다. 따라서, 여러 진행 중인 연구들이 이온 채널과 수용체의 기능을 조절하는 제약 및 생리학적 접근법에 맞춰져 있다. 여기서, 우리는 이명 관련 이온 채널과 수용체가 뉴런의 항상성 E/I 균형에 어떻게 관여하는지를 기술하는 시소 모델을 제안하며, 이는 이명에 대한 우리의 현재 기계적 이해와 향후 약물 개발 방향에 대한 통찰력을 제공한다.이명 사례 중 가장 흔한 유형인 청력 손실 유발 이명은 만성적으로 비정상적인 신경반응과 중추 청각계의 주파수 지도 교란으로 이어지는 말초 청각계의 비가역적 손상이 가장 큰 원인이다. 예를들어, 변화된 피질 지도 또는 주파수 지도는 유기체의 손상에 의해 형성되며 결국 인지 상태 이상을 나타낸다. 영상화 기술과 침투 전극은 지도 제작 도구보다 앞서 있지만 침습성과 낮은 시공간 해상도로 고해상도 뇌 지도를 평가하는데 부적합하다. 본 연구에서는 EcoG 의 아이디어에 따라 유연한 그래핀 기반 다중 채널 전극 배열을 개발하여 피질 지도를 시간 및 노동 효율적인 방식으로 평가할 수 있도록 했다. 그래핀과 뇌 조직 사이의 좋은 인터페이스를 가능하게 하는 화학적 증기 증착(CVD) 방식으로 유연한 전극 배열은 낮은 임피던스와 전기적 노이즈를 제공하여 신경 신호의 검출 가능성을 향상시킨다.청각 피질의 전기 재활은 이러한 다루기 어려운 이명을 완화하기 위한 접근법으로 간주되지만 여전히 추측으로 남아 있다. 여기서, 우리는 피질 자극이 피질 지도 재구성을 촉진하여 이명 현상을 완화할 수 있다고 제안한다. 그리고 피질 지도 활성화를 구현하고 그래핀 MEA(multi-channel electrodes array)로 모니터링한다. 청각 지도 리모델링은 그래핀을 통해 피질 표면의 전기적 자극에 의해 유도된다. 우리의 결과는 피질 표면 자극이 피질 활동을 증가시키고 시냅스 가소성을 향상시키며 감각 지도를 재구성한다는 것을 나타낸다. 피질 지도의 거시적 가소성은 피질 표면의 전기적 재활을 통한 지각 향상을 시사하여 청각 손실 유발 이명 현상을 완화한다. 이 결과, 청각 지도 리모델링이 감각 상실으로부터 기능적 회복을 촉진하는 효과적인 접근법으로 작용할 수 있다는 것을 입증한다.
Chronic tinnitus, the perception of ringing in ear without the present of external sound, is one of the capital causes of disability in modern society. Presenting with comorbid factors including insomnia, deficits in attention, anxiety, and depression, tinnitus severely affects quality of life. So far in lastest update, the therapeutic treatment for alleviation of tinnitus is found to be limited. Major pathogenesis can involve a shift in neuronal excitation/inhibition (E/I) balance, which is largely modulated by ion channels and receptors. Thus, ongoing research is geared toward pharmaceutical and physiological approaches that modulate the function of ion channels and receptors. Here, we propose a seesaw model that delineates how tinnitus-related ion channels and receptors are involved in homeostatic E/I balance of neurons, which provides a thorough account of our current mechanistic understanding of tinnitus and insight into future direction of drug development. Hearing loss (HL)-induced tinnitus, the most common type among tinnitus cases, is largely driven by irreversible damage of the peripheral auditory system which chronically leads to abnormal neural responses and disrupted frequency maps of the central auditory system. The first obstable to be accounted is mapping, for altered cortical maps or altered frequency maps in particular, shaped by the organism’s adverse experience, are indicative of aberrant cognitive status. Imaging techniques and penetrating electrodes are preceding mapping tools yet invasiveness and poor spatiotemporal resolution, resulting in their own limitation of ability to be used to assess high resolution brain maps. Following the idea of electrocorticography (ECoG) recording, in this study we develope flexible graphene-based multichannel electrode array, which enabled us to assess cortical maps in a time and labor-efficient manner. Due to the fundamental basis of chemical vapor deposition (CVD)-grown graphene which allows a good interface between the graphene and brain tissue, this flexible electrode array provides low impedance and electrical noise, resulting in improvement of the detectability of neural signals. Electrical rehabilitation in the auditory cortex is considered to be an approach to alleviates this intractable tinnitus yet remains speculative. Here, we propose that cortical stimulation promoted cortical map reorganization can alleviate tinnitus. We implement cortical map activation and monitored by a graphene based multichannel neurostimulator. Cortical map remodeling is induced upon electrical stimulation at the cortical surface through a subset of graphene spots. Our results signified that cortical surface stimulation increases cortical activities, enhances synaptic plasticity, and reshapes the sensory maps. The resulted macroscale plasticity of cortical maps suggests the perceptual enhancement via electrical rehabilitation at the cortical surface, thereby alleviating HL-induced tinnitus. This result corroborates that cortical map remodeling can serve as an effective approach to facilitate functional recovery from sensory deprivation.