Binaurales Gehör und die Phasenantwort der Cochlea

Frühere psychoakustische Studien deuteten darauf hin, dass das Gehör Unterschiede in der relativen Phase der Spektralkomponenten eines harmonischen Komplexes nicht auswertet. Neuere Forschung zeigt hingegen die Sensitivität des auditorischen Systems für Phasendifferenzen zwischen den Einzelkomponenten, sofern die Komponenten innerhalb eines auditorischen Filters interagieren. Die eindrucksvollste Demonstration der Phasensensitivität ist der Maskierer-Phaseneffekt: das Auftreten von Unterschieden von mehr als 20 dB in dem von einem harmonischen Komplex verursachten Maskierungseffekt in Abhängigkeit von der Phasenbeziehung der Komponenten. Ein solches Maskierungsverfahren wird zur psychoakustischen Messung der cochleären Phasenantwort eingesetzt. Interaurale Zeitdifferenzen (ITD) liefern wichtige Information für das auditorische System zur Bestimmung der lateralen Position einer Schallquelle. Bisherige Studien zur ITD-Wahrnehmung mit Tonkomplexen setzten die relativen Phasen der Komponenten entweder konstant oder zufällig. Da die ITD- Wahrnehmung auf den zeitlichen Eigenschaften der cochleären Antwort auf das Signal beruht, könnte die Phase der Komponenten eines harmonischen Komplexes die ITD-Wahrnehmung beeinflussen, insbesondere in höheren Frequenzregionen wo zahlreiche Komponenten innerhalb eines auditorischen Filters interagieren. Daher ist das erste Ziel des Projekts BiPhase die systematische Untersuchung der Effekte der Phase auf die ITD-Wahrnehmung in Tonkomplexen. Eine Folge cochleärer Schwerhörigkeit ist die Verschlechterung der ITD-Wahrnehmung. Ein kritischer Faktor bei der ITD-Wahrnehmung in Tonkomplexen könnte die in physiologischen Studien gefundene Veränderung der Phasenantwort der geschädigten Cochlea sein. Zusätzlich zeigen psychoakustische Studien eine deutliche Reduktion des Maskierer-Phaseneffekts bei Schwerhörigen (SHs). Obwohl die Ursachen für diese Reduktion noch nicht komplett geklärt sind, ist es wahrscheinlich, dass die für Normalhörende (NHs) optimalen Phasen der Komponenten in Tonkomplexen suboptimal für SHs sind. Das zweite Ziel von BiPhase ist daher die systematische Untersuchung von Phaseneffekten auf die ITD-Wahrnehmung bei SHs und der Vergleich mit Ergebnissen bei NHs. Als wichtiger Grund für die Reduktion des Maskierer-Phaseneffekts bei SHs wurde der Wegfall der Kompression in der geschädigten Cochlea identifiziert. Unter der Annahme, dass die Kompression keine Voraussetzung für das Auftreten von Phaseneffekten bei der ITD-Wahrnehmung ist (Kompression könnte Phaseneffekte sogar reduzieren), könnten bei SHs ITD-basierende Phaseneffekte stärker als Maskierer- Phaseneffekte ausgeprägt sein. Das dritte Ziel von BiPhase ist daher der Vergleich der mittels der ITD-basierten und Maskierungs-basierten Verfahren gemessenen Phaseneffekte bei NHs und SHs. BiPhase wird neue Einblicke in Phaseneffekte der Cochlea im normalen und geschädigten Gehör liefern. Das bessere Verständnis von Phaseneffekten in Tonkomplexen könnte als Basis für die Entwicklung von Methoden zur verbesserten ITD- Wahrnehmung mit Hörhilfen bei SHs dienen. Dies könnte wiederum zur verbesserten Schalllokalisation und Sprachverständlichkeit im Störgeräusch beitragen.

Unser Gehör extrahiert zeitliche Information aus alltäglichen Schallereignissen wie zum Beispiel Sprache. Zeitliche Information ist insbesondere wichtig für Menschen mit Innenohrschwerhörigkeit (SH), da der Verlust der Amplitudenkompression durch den Ausfall der äußeren Haarzellen die Ortskodierung verschlechtert. Die Eigenschaften der cochleären Phasenanwort (PA) im geschädigten Gehör sind, trotz ihrer Wichtigkeit für die zeitliche Kodierung, relativ wenig erforscht. Während der Kompressionsverlust die PA und damit die zeitliche Kodierung verändert, ist die gängige Methode zur Schätzung der PA, die Maskierungsmethode, für SH aufgrund mangelnder Phaseneffekte ungeeignet. Das Projekt BiPhase untersuchte den Einfluss der Kompression bei der PA Messung mittels der Maskierungsmethode sowie ein nicht auf der Kompression beruhendes Messverfahren, das sich somit prinzipiell für SH eignet. Zur Vermeidung personenspezifischer Faktoren bei SH wurden Normalhörende getestet. Im ersten Projektteil wurde zur Untersuchung der Rolle der Kompression die Maskierungsmethode mit der Prekursormethode kombiniert. Letztere erlaubt die gezielte Kontrolle der Kompression über einen efferenten FeedbackMechanismus. Experimentelle und Modellierungs-Ergebnisse bestätigten die Hypothese, dass Kompressionsverlust den Phaseneffekt in der Maskierung und damit eine sinnvolle Anwendung der Maskierungsmethode bei SH verhindert. Eine Folgestudie untersuchte offene Fragen zum Einfluss mehrerer Stimulusparameter und der zugrundeliegenden Mechanismen. Im zweiten Projektteil wurde die vorgeschlagene Methode zur Messung der PA bei SH untersucht, die auf der Wahrnehmung von interauralen Zeitdifferenzen (IZD) in der Einhüllenden beruht. Das allgemeine Muster der gemessenen IZD-Schwellen über die Phasenbedingungen zeigte grobe Übereinstimmung mit der Maskierungsmethode und gute Übereinstimmung mit einem Modell des beidohrigen periphären Gehörs, mit Ausnahme einer unerwarteten Anhebung der IZD-Schwellen. Ergebnisse mit einer modifizierten, auf der wahrgenommenen seitlichen Auslenkung beruhenden Methode, zeigten hingegen keine Anhebung und gute Übereinstimmung mit dem Modell. Modellsimulation von cochleärer SH prognostizierte die Anwendbarkeit der Methode bei SH. Zur Schätzung von bei SH potentiell auftretenden nicht-gleichförmigen PAs wurde eine iterative Version des Verfahrens untersucht. Aufgrund der hohen Variabilität der Ergebnisse erscheint die derzeitige Version dieses Verfahrens jedoch nicht praktisch anwendbar bei SH. Das Projekt BiPhase demonstrierte die prinzipielle Eignung eines auf der Wahrnehmung von interauraler Einhüllendeninformation basierenden Verfahrens zur Schätzung der cochleären PA. Es ergeben sich eine Reihe von Fragen für zukünftige Studien, z.B.: Kann das Verfahren durch Ausnützung von monauraler Tonhöheninformation in der Einhüllenden vereinfacht werden? Wie effektiv ist die Methode bei tatsächlicher SH? Nach erfolgreicher Untersuchung dieser und weiterer Fragen verspricht die zukünftige Anwendung individuell gemessener PAs in Hörgeräten die verbesserte Wahrnehmung von Tonhöhen- und IZD-Information und damit Erleichterung der Sprachkommunikation im Störschall.