Durch Optische Cochlea-Implantate soll eine verbesserte Wiederherstellung des Hörens bei Schwerhörigkeit und Taubheit erreicht werden. Hörforschende aus Göttingen haben nun erstmals den biologisch plausiblen Bereich der Stimulationsparameter für den Einsatz des optischen Cochlea-Implantats beim Menschen definiert. Die Forschungsergebnisse sollen einen optimalen Einsatz der Geräte gewährleisten.
Die Voraussetzung für das Hören mit Hilfe von Licht ist die optimale Umsetzung der Schallinformationen in Lichtsignale, und zwar so, dass diese wiederum bestmöglich die Nervenzellen in der Hörschnecke aktivieren. Das alles geschieht in einem modernen Cochlea-Implantat. Für klinische Studien und darauf aufbauend für den Einsatz beim Menschen, müssen zunächst die Grenzen definiert werden, innerhalb derer die Aktivität der Nervenzellen kontrolliert werden kann.
„Die optimale Steuerung der neuronalen Aktivität mit Licht ist alles andere als trivial“, sagt Dr. Antoine Tarquin Huet von vom Institut für Auditorische Neurowissenschaften der Universitätsmedizin Göttingen (UMG). „Sie erfordert eine gute Abstimmung von Bildung und Einbau der verwendeten Kanalrhodopsine in die Nervenzellmembran, eine optimale Anpassung der optogenetischen Stimulationsparameter an die Kodierungseigenschaften der angesteuerten Neuronenpopulation und die richtige Wahl von Laserdioden.“
Dauer und Intensität von Lichtpulsen entscheidend
Das Göttinger Wissenschaftsteam rund um Dr. Huet hat in seiner Studie für die optogenetische Kontrolle von Nervenzellen einen Parameterbereich vorgestellt und ihn auf die Hörbahn angewendet. Hierfür ist eine hohe zeitliche Genauigkeit der Stimulation erforderlich. Die Forschenden untersuchten, wie durch Lichtpulse von festgelegter Intensität und Dauer die Aktivierung einzelner Hörnervenzellen in der Cochlea von Mäusen kontrolliert werden kann. Sie kamen zu dem Ergebnis, dass durch Anpassen der Dauer von Lichtpulsen eine abgestufte Aktivierung der Hörnervenzellen erreicht werden kann. Diese Erkenntnis ist für den optimalen Einsatz von Laserdioden von Bedeutung. Zudem definierten sie die optimale Lichtpulsdauer sowie eine Obergrenze für die Wiederholungsrate.
Nach Angaben der Forschenden wiesen die optogenetisch gesteuerten Hörnervenzellen eine große Vielfalt auf. „Aus theoretischer Sicht ist diese funktionelle Vielfalt ein Schlüsselfaktor, der die Menge der kodierten Informationen erweitert und ihre Zuverlässigkeit erhöht“, sagt Huet. Darüber hinaus hätten Daten darauf hin gedeutet, dass Neuronen, die den Spiralganglionneuronen (SGN) nachgeschaltet sind, auf nahezu physiologische Weise erregt werden könnten, wenn SGNs optogenetisch stimuliert werden. Die Forschungsergebnisse der Hörwissenschaftlerinnen und -wissenschaftler aus Göttingen könnten eine neue Grundlage sein für die Gestaltung von Klangkodierungsstrategien zukünftiger optischer Cochlea-Implantate.
Quelle und weitere Infos: Universitätsmedizin Göttingen
(Bild: Brett Sayles/Pexels)