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Wissenschaft im Alltag: Elektroden am Hörnerv

Beim Hören bewegt Schall winzige Härchen im Innenohr, die dann den mechanischen Reiz in einen elektrischen übersetzten und an die Verarbeitungszentren des Hörsinns weiterleiten. All das können zunehmend gut auch Cochlea-Implantate übernehmen.
Ohr
Das Gehör des Menschen | Das Ohr empfängt Schallwellen und leitet sie über das Trommelfell zu den Gehörknöchelchen im Mittelohr. Deren Bewegungen erzeugen Druckwellen, die in die Hörschnecke (Cochlea) übertragen werden.

Das Gehör Gesunder spricht bei Schallpegeln zwischen 0 und 20 Dezibel (dB) an, bei leichtem Hörverlust betragen die Schwellen schon 20 bis 30 dB. Zum Vergleich: Wir sprechen typischerweise mit 40 bis 60 dB. Bei hochgradigem Hörverlust wird Schall erst ab 60 bis 90 dB wahrgenommen – der obere Wert entspricht dem Lärmpegel direkt an einer Autobahn. Kommt nun trotz Hörgerät ein geringes Sprachverständnis hinzu, ist ein Cochlea-Implantat angebracht.

Um Störgeräusche und Sprache voneinander zu trennen, eignet sich neben trickreicher Verarbeitung auch eine den natürlichen Verhältnissen nahe Methode: Die Versorgung beider Ohren mit zwei Implantaten. Das ermöglicht Richtungshören und nutzt die Möglichkeiten des besten aller Sprachprozessoren, des Gehirns, optimal. Dieses Verfahren ist aber kostspielig, sodass weltweit nur etwa 1000 Menschen mit zwei Cochlea-Implantaten ausgestattet sind, davon leben etwa die Hälfte in Europa.
Wenn wir hören, werden winzige Härchen im Innenohr durch den Schall ausgelenkt. Sie gehören zu Zellen, die als Reaktion auf diesen mechanischen Reiz elektrische Impulse an den Hörnerv abgeben und ihn so stimulieren, ein Signal an die Verarbeitungszentren des Hörsinns zu leiten. So genannte Cochlea-Implantate sollen diese Funktion zumindest annähernd ersetzen, wenn die Haarzellen bei hochgradiger Schwerhörigkeit defekt sind. Auch sie wandeln Schall in elektrische Signale, doch Elektroden übertragen diese nun auf den Nerv. Mitte der 1970er Jahre erhielten die ersten Patienten solche Implantate. Mittlerweile werden sie weltweit von etwa 100 000 Kindern und Erwachsenen benutzt.

Haarzellen in der Schnecke | In der Cochlea lenken die aus dem Mittelohr übertragenen Schalldruckwellen die feinen Härchen der Hörzellen aus. Dieser mechanische Reiz wird dann in elektrische Impulse umgesetzt. Mit Elektroden versuchen Implantate dieses Prinzip nachzuahmen.
Damit das Gehirn zum Beispiel Sprache erkennt, muss ein Prozessor das Frequenzspektrum des Schallsignals analysieren. Beim Gesunden geschieht das durch den Aufbau der Hörschnecke (Cochlea): Haarzellen an ihrer Basis reagieren auf hohe, solche an der Spitze auf tiefe Frequenzen. Diese "Tonleiter"-Anordnung nutzen auch die Implantate; sie reizen den Hörnerv über eine Reihe von Elektroden, die an einem Silikonfaden aufgereiht sind. Das Frequenzspektrum wird dementsprechend – je nach Hersteller der Geräte – in 8 bis 22 Kanäle unterteilt; jedem davon entspricht eine Elektrode.

Wussten Sie schon?
Gehörlosen-Verbände weisen darauf hin, dass Erwachsene, die taub geboren worden sind oder vor dem Spracherwerb ertaubten, Lautsprache auch mit einem Cochlea- Implantat nicht mehr erlernen würden. Ihnen ermögliche nur die Gebärdensprache eine der Lautsprache gleichwertige Kommunikation. Gehörlosen muss bei Bedarf ein Dolmetscher für Gebärdensprache zur Verfügung gestellt werden, etwa bei berufl ichen Anlässen oder Behördenbesuchen.
Diese Zahl erscheint im Vergleich zu den 5000 inneren Haarzellen des gesunden Ohrs wenig, aber mehr Kanäle verbessern das Sprachverständnis leider kaum. Denn die vergleichsweise großen Elektroden stimulieren stets mehrere Nervenzellen, die Aufteilung nach Frequenzen wird dadurch unscharf. Wenn es gelänge, diese Reizgeber näher an die Zellen heranzubringen, ließe sich die Wahrnehmung von Tonhöhen sicher verbessern. Weniger Probleme bereitet die Lautstärke, deren Umfang bei jedem Patienten individuell angepasst wird. Zwar hat der Hörnerv mit etwa 10 bis 20 Dezibel (dB) einen kleineren Dynamikbereich als das gesunde Ohr, das Schalldruckpegel von 0 bis maximal 120 dB registrieren kann. Der Prozessor überträgt dennoch einen Umfang von 80 dB, indem er das Eingangssignal auf den Dynamikbereich des Hörnervs komprimiert.

Je früher einem Patienten nach der Ertaubung ein Implantat eingesetzt wird, desto günstiger ist die Prognose. Selbst taub geborene Kinder haben sehr gute Aussichten, Hören und Sprechen zu lernen, wenn sie das Gerät frühzeitig erhalten. Insbesondere im Alter von ein bis zwei Jahren reift das Gehör, der Spracherwerb entfaltet sich in dieser Zeit besonders stark. Nach der Implantation sind Hörtraining und Sprachtherapie besonders wichtig. Menschen, die jahrelang taub waren, profitieren in der Regel weniger, weil der Hörnerv mit der Zeit degeneriert, wenn er nicht stimuliert wird. Die Mehrheit der Patienten versteht Sprache nach einigen Wochen oder Monaten Training; etwa jeder zweite kommt danach ohne Lippenlesen aus und kann telefonieren.

Einen vollständigen Ersatz für das komplexe biologische System geben Cochlea-Implantate freilich nicht. Sie vermitteln derzeit noch keinen normalen Höreindruck. In Zukunft sollen aber spezielle Algorithmen das Sprachverständnis optimieren und selbst Musikgenuss möglich sein.

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