Cochlea-Implantate Computermodell soll elektrische Signale im Innenohr präzise berechnen

Autor Julia Mutzbauer |

Ein Cochlea-Implantat ermöglicht es gehörlosen Menschen, wieder Höreindrücke empfinden zu können. Um diese Hörprothesen zu optimieren, haben Forschende der Technischen Universität München (TUM) ein Computermodell entwickelt, mit dem sich die erzeugten neuronalen Erregungsmuster im Hörnerv bestimmen lassen sollen. Hierzu diente eine hochaufgelöste Darstellung des menschlichen Innenohres als Grundlage.

Anbieter zum Thema

Prof. Dr. Werner Hemmert und Dr. Siwei Bai haben ein Computermodell entwickelt, mit dem sich die von einem Cochlea-Implantat erzeugten neuronalen Erregungsmuster im Hörnerv bestimmen lassen
Prof. Dr. Werner Hemmert und Dr. Siwei Bai haben ein Computermodell entwickelt, mit dem sich die von einem Cochlea-Implantat erzeugten neuronalen Erregungsmuster im Hörnerv bestimmen lassen
(© Andreas Heddergott / TUM)

Die TUM erklärt dazu: „Durch die spezielle Konstruktion des Innenohres sind die Hörsinneszellen an verschiedenen Stellen der Hörschnecke für verschiedene Frequenzen empfindlich. Die Impulse, welche über die angedockten Nerven weitergeleitet werden, nehmen wir als Töne der entsprechenden Höhe wahr. Auch die Elektroden eines Cochlea-Implantats sind an verschiedenen Stellen entlang der Hörschnecke positioniert. Trifft Schall einer bestimmten Frequenz auf das Mikrofon des Implantats, sendet eine spezifische Elektrode elektrische Signale aus.“

Die TUM betont: „Eine Elektrode erregt aber nicht nur die Nervenfasern in ihrer unmittelbaren Nähe, sondern wegen der breiten Stromausbreitung im mit Salzwasser gefüllten Innenohr auch welche in weiter entfernten Bereichen der Hörschnecke. Dies führt dazu, dass Cochlea-Implantat-Nutzer Signale von Elektroden, die sich zu nah nebeneinander befinden, nicht unterscheiden können. Dieser Effekt beschränkt die Anzahl der Elektroden beim Bau der Implantate“.

Das Forscherteam um Werner Hemmert, Professor für Bioanaloge Informationsverarbeitung, will deshalb herausfinden, wie die Signale der einzelnen Elektroden die Nerven erregen, damit die Elektrodenkontakte am günstigsten platziert werden können. Hierfür haben die Wissenschaftler ein komplexes Computermodell entwickelt, mit dem sich die Ausbreitung der elektrischen Signale im Innenohr präzise berechnen lassen soll.

Das TUM-Team hat dazu zusammen mit Kollegen am Klinikum rechts der Isar mithilfe eines Computertomografen zunächst eine hochaufgelöste dreidimensionale Abbildung des Knochens erzeugt, der die Hörschnecke beinhaltet. „In der Darstellung waren auch die feinen Poren sichtbar, durch die die Faserbündel des Hörnervs verlaufen“, so Siwei Bai, Postdoc in Hemmerts Forschungsgruppe und Erstautor der Studie.

„Mithilfe eines in der Arbeitsgruppe entwickelten Algorithmus konnte anhand der dreidimensionalen Mikrostruktur dieser Poren der Verlauf einzelner Nervenfasern rekonstruiert werden – von der Hörschnecke durch den Knochen bis in den Hirnstamm“, so die TUM.

Hemmert erläutert: „Wir waren überrascht, wie ungleichmäßig die Nervenfasern auf die elektrischen Signale des Implantats reagieren. Manche sind sehr empfindlich und werden von fast allen Elektroden leicht erregt. Andere sind unempfindlicher und werden hauptsächlich von den ihnen am nächsten liegenden Elektroden stimuliert“. Hemmert führt aus: „Das liegt an feinen anatomischen Unterschieden und dem genauen Verlauf der Hörnervenfasern“.

Man könne also nicht grundsätzlich davon ausgehen, dass eine Elektrode näher gelegene Nerven stärker erregt als weiter entfernte. „Bisher hatten Forschende radialsymmetrische Modelle verwendet, welche eine mit dem Abstand zur Elektrode gleichmäßig abfallende Empfindlichkeit der Hörnervenfasern vorhergesagt hatten“, so die TUM weiter. Die neuen Erkenntnisse würden zeigen, wie wichtig es ist, von einer präzisen Darstellung des doch unregelmäßigen Knochens und Hörnervs auszugehen.

In einem nächsten Schritt wollen die Wissenschaftler in ihrem Modell auch die genaue Struktur der einzelnen Nervenfasern berücksichtigen. So wollen sie zusätzlich bestimmen, unter welchen Voraussetzungen und wo genau die elektrischen Pulse entlang des Nervs ausgelöst werden und wie sich diese zum Gehirn ausbreiten. Hemmert betont dazu: „All diese Ergebnisse werden dann in die Entwicklung von neuen Implantaten einfließen, welche die Qualität der Stimulation, damit das Sprachverstehen und letztlich die Lebensqualität der Betroffenen verbessern wird“.

(ID:46400590)