Scala vestibuli Prothesen

Cochleaimplantate für Leute mit schweren Hördefiziten gehören zu den effizientesten Neuroprothesen obwohl die künstlich erzeugten Nervenmuster wesentliche Details der natürlichen Nervenmuster nicht enthalten. Deswegen ist die Verbesserung des elektrisch erzeugten Codes eine ständige Herausforderung, um die Qualität des Hörvermögens zu verbessern. Traditionell wird der Elektrodenträger des Implantates in die sogenannte scala tympani, ein mit Flüssigkeit gefülltes Tunnel der Gehörschnecke, eingeführt. Allerdings ist in vielen Fällen ein weites Hineinschieben des Implantats wegen Verknöcherung nicht möglich, was die Anregung jener Nervenfasern, die für tiefe Töne zuständig sind, verhindert und eine starke Beeinträchtigung beim Sprachverständnis mittel Implantat bedeutet. Als Alternative kann der Elektrodenträger in das darüber liegende Tunnel, die scala vestibuli, geschoben werden. Die Wirkungsweise dieser Methode ist aber noch wenig untersucht. Einige Mechanismen um künstliche Nervenmuster im Hörnerv durch Elektrostimulation zu generieren sind aus Nervenfaserableitungen an Katzen bekannt. Allerdings haben die humanen Nervenzellen des Hörnervs andere Eigenschaften bei der Elektrostimuation die auf anatomischen Unterschieden beruhen. Da aus ethischen Gründen die entsprechenden Katzenexperimente am Menschen nicht wiederholt werden können nützen wir die auf biophysikalischen Gesetzen basierende Computersimulation für ein besseres Verständnis der Nervenanregung für Elektroden in der scala vestibuli. Im aktuellen Forschungsprojekt wird der state of the art in drei Richtungen verbessert: (i) erstmals stehen dreidimensionale Verläufe der menschlichen Hörnervenfasern zu Verfügung wobei sich zeigt, dass die Unregelmäßigkeiten im Verlauf entscheidend für die Anregungsvorgänge sind. (ii) Die Resultate von den vielen scala tympani Studien sind nicht direkt anwendbar für Elektrodenplatzierungen in der scala vestibuli. (iii) Dies ist die weltweit erste Studie der Simulation der Anregungsvorgänge von Elektroden in der scala vestibuli.

Cochleaimplantate für Leute mit schweren Hördefiziten gehören zu den effizientesten Neuroprothesen, obwohl die künstlich im Innenohr erzeugten Nervensignale in den 30000 Fasern eines Hörnervs wesentliche Details der natürlichen Nervenmuster nicht enthalten. Die Verbesserung des elektrisch erzeugten Codes ist eine ständige Herausforderung, um die Qualität des Hörvermögens durch Implantate zu verbessern. Traditionell wird der Elektrodenträger des Implantates in die sogenannte scala tympani, das ist ein mit Flüssigkeit gefülltes Tunnel der Gehörschnecke, eingeführt. In vielen Fällen ist ein weites Hineinschieben des Implantats wegen Verknöcherung nicht möglich, was die Anregung jener Nervenfasern, die für tiefe Töne zuständig sind, verhindert und eine starke Beeinträchtigung beim Sprachverständnis mittels Implantats bedeutet. Als Alternative kann der Elektrodenträger in das darüber liegende Tunnel, die scala vestibuli, geschoben werden. Die Wirkungsweise dieser Methode ist aber noch wenig untersucht. Es gibt in der Fachliteratur widersprüchliche Vergleiche über das Sprachverständnis von Elektroden in der scala tympani versus scala vestibuli. Diese Widersprüche beruhen darauf, dass für jeden Nutzer eines Cochleaimplantates die Elektroden unterschiedliche Entfernungen zu den Nervenfasern haben, viele Nervenfasern geschädigt oder nicht mehr vorhanden sind und die individuellen kognitiven Fähigkeiten wesentlich zur Spracherkennung beitragen. Um die Widersprüche zu entkräften und die Wirkungsweise der Elektrostimulation der beiden Methoden vergleichbar zu machen, können wir, im Gegensatz zur realen Situation, die Elektroden in genau gleichem Abstand zu den Nervenfasern setzen und in einer Computersimulation den theoretisch notwendigen Strom genau bestimmen, um ein Nervensignal zu generieren. Dieser sogenannte Schwellwert wird für gesunde und degenerierte Nervenfasern gefunden, und zwar für positive und negative Strompulse. Untersucht wurden auch noch zwei Arten von Implantaten wobei die Elektroden entweder möglichst nahe zum Faseranfang oder aber möglichst nahe zum Zellkörper der Fasern liegen. Der zweite Fall ist für die scala vestibuli Elektroden naturgemäß schlechter, weil die Zellkörper eine größere Entfernung haben. Das überraschende Ergebnis aber war eine leichtere Erregbarkeit des Hörnerven mit scala vestibuli Elektroden nämlich, dass bei einer Elektrodenlage nahe dem Faserende die intakten Nervenfasern mit 122 A den niedrigsten Schwellwert haben, wenn mit negativen Pulsen von Elektroden in der scala vestibuli stimuliert wird, im Gegensatz zu 165 A für Elektroden in der scala tympani.