Weiterentwicklungen von Codierungsstrategien & neuronaler Ankopplung elektronischer Hörschnecken-Prothesen (Cochlea Implantate)

Quelle: Fa. Med-El

1. Kurze Einführung in die Thematik

Im Folgenden soll sehr kurz die Funktionsweise und der Aufbau des Cochlea Implantates dargestellt werden.

Das Cochlea Implantat

Das Cochlea Implantat (CI) ersetzt die Funktion des Innenohres. Sprache und Geräusche werden durch ein Mikrofon aufgefangen, im Sprachprozessor verarbeitet und als elektrische Impulse über die Sendespule zum Implantat im Innenohr gesendet. Diese Hörsignale werden an das Gehirn weitergeleitet. Das CI ist eine Hörprothese, die operativ in die Schädeldecke und das Innenohr eingesetzt wird. Es ermöglicht tauben, ertaubten und hochgradig schwerhörigen Menschen wieder zu hören bzw. hören zu lernen.

Das CI besteht aus folgenden Teilen:

  • Der Sprachprozessor (2) wird wie ein Hörgerät hinter dem Ohr getragen. Er wandelt die akustischen Signale (Mikrofon 1) in elektrische Impulse um.
  • Die Sendespule (3) wird hinter dem Ohr auf die Kopfhaut aufgesetzt und sendet zum Empfänger/Stimulator, der operativ in den Schädelknochen eingesetzt wurde.
  • Die Stimulationselektroden (4) werden bei der Operation in die Hörschnecke eingebracht. Der auditorische Nerv leitet die Signale an das auditorische System.

 

2. Ziele der Vorhabens

2.1 Verbesserung der Codierungsstrategien

Der Sprachprozessor wandelt mit Hilfe von bestimmten Codierungsstrategien Schall in einen elektrischen Code um. Diese Codierungsstrategien basieren auf Erkenntnissen aus den Bereichen (Neuro-)Physiologie, Neurowissenschaft, Informationstechnologie und Physik. Das oberste Ziel ist dabei die Verbesserung der Trage- und Hörqualität des Patienten (bis zum „natürlichen“ Höreindruck). Bisher ist z.B. die Abbildung von Musik mit Implantaten nur unzureichend möglich.

Ein wichtiger Gesichtspunkt ist die Codierungsanpassung der elektrischen Reize an physiologische Gegebenheiten. Ein noch unbehandeltes Feld ist die Übertragung der Verarbeitungsmechanismen der Neurone im Nucleus cochlearis (das auf die Cochlea nachfolgende Kerngebiet) auf die Codierungsstrategien von Cochlea Implantaten. Um festzustellen, ob eine solche Anpassung auch in der Realität eine Verbesserung im Höreindruck darstellt, sollen psychoakustische Experimente durchgeführt werden.

Zum Teil lassen sich diese Fragen durch Ausmessen von elektrischen Feldern, die von Mehrkanal-Reizelektroden abgegebenen werden, oder durch Feldsimulationen beantworten. Damit soll festgestellt werden, ob die generierten Pulse überhaupt zu dem idealisierten Feld am Nerv führen können.

Eine eher grundlegende Frage ist der Zusammenhang zwischen Reizrate und Reizort. Bisher übliche Reizstrategien stimulieren den Hörnerven mit einer konstanten Rate an verschiedenen Elektrodenorten. Jedoch ist bekannt, dass nicht nur die Lage der Stimulation in Bezug auf den Hörnerven die Tonhöhe bestimmt (Ortskodierung), sondern auch die Korrelation zwischen räumlicher und zeitlicher Codierung die Tonhöhe bestimmt. Daher soll untersucht werden, ob sich bei Übereinstimmung der Reizrate mit der jeweiligen, neuronal vorbestimmten Ortsfrequenz eine optimale Stimulation ergibt, und ob durch diese Codierung eine Verbesserung in der Übertragung von harmonisch-komplexen Tönen erzielt werden kann. Erst durch den Einsatz einer neuartigen Ansteuerung, die kürzlich im Universitätsklinikum Frankfurt zum Einsatz gebracht werden konnte, ist diese Fragestellung zu bearbeiten.

Damit ist die Frankfurter Arbeitsgruppe erstmals in der Lage zu untersuchen, inwieweit es möglich ist, mehrere Tonhöhenperzepte simultan zu übertragen.