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Impulsmuster des Hörnerven bei akustischer und elektrischer Stimulation

  • R. Hartmann
  • R. Klinke
Conference paper

Zusammenfassung

Die neurophysiologische Arbeitsgruppe am Zentrum der Physiologie Frankfurt/ Main (Geschf. Dir. Prof. R. Klinke, Dr. R. Hartmann; Projekt DFG SFB45-B13 und H. u. L. Schilling-Stiftung) interessiert sich für die Frage, inwieweit extraoder intrakochleäre ein- oder mehrkanalige elektrische Reizungen des Innenohres zu differenzierten Nervenimpulsmustern im Hörnerven führen können. Bei sensorisch ertaubten Cochlear Implant-Patienten bestimmen die elektrisch evozierten Impulsmuster in den noch nicht degenerierten Hörnervenfasern die Hörempfindungen der Patienten. Elektrische Hörprothesen, die physiologisch sinnvolle Muster generieren wollen, müssen also bestrebt sein, die natürliche Stimuluskodierung soweit wie möglich nachzubilden. Dazu sind im folgenden die wesentlichen Merkmale der natürlichen Impulsmuster zusammengefaßt (s. auch Klinke u. Hartmann 1979): Schallreize erzeugen im schneckenförmigen Innenohr der Säugetiere eine wanderwellenförmige Basilarmembranauslenkung. Diese Auslenkung führt zu einer Zilienbewegung der Haarzellen durch eine Relativbewegung zwischen der Tektorialmembran, die die Haarzellen abdeckt, und der Basilarmembran. Die Zilienauslenkung verursacht eine Änderung der Membranleitfähigkeit an der Haaroberfläche. Durch die Potentialdifferenz zwischen außen und innen entsteht ein stimulusabhängiger Stromfluß durch die Zelle. Dies bewirkt im Zellinneren ein Rezeptorpotential, welches den Transmitterfluß für die synaptische Übertragung an der Synapse Haarzelle-afferente Nervenendigung steuert. Die Transmitterwirkung erzeugt an der subsynaptischen Membran eine Potentialänderung, die in dem unmyelinisierten Teil der Nervenendigung bis zum Beginn der Myelinscheide weitergeleitet wird und dort am ersten Ranvierschen Schnürring Nervenaktionspotentiale auslöst. Von dort wird die Erregung sprunghaft von Schnürring zu Schnürring über die Zellkörper der Fasern hinweg zentralwärts zum Nucleus cochlearis im Hirnstamm weitergeleitet. Untersucht man diesen Ablauf mit sinusförmigen Schallreizen, so zeigt sich eine starke Frequenzabhängigkeit. Die Wanderwelle bildet bei hohen Frequenzen ihre maximalen Amplituden am Anfang und bei tiefen am Ende der Cochlea aus. Dies führt in den Haarzellen zu frequenzabhängigen Rezeptorpotentialen (bestehend aus Gleich- und Wechselspannungskomponenten), deren Amplituden von der Lokalisation der Zelle innerhalb der Cochlea abhängen. Diese Frequenz- und Ortstransformation bewirkt, daß die zugehörigen Nervenfasern scharf abgestimmte Aktivierungsschwellen zeigen, die bei ihrer charakteristischen Frequenz CF ein Minimum aufweisen (Abb. 1). Auf diese Weise werden Schallsignale spektral zerlegt und die Erregung auf verschiedene Hörnerven verteilt. Neben dieser Ortsabbildung der Frequenzkomponenten wird auch die Zeitstruktur des Schallreizes bis in den 4 kHz-Bereich in den Impulsmustern der in dem Bereich aktivierbaren Fasern durch phasensynchron ausgelöste Impulse direkt abgebildet. Beim Auf- und Abschwingen der Basilarmembran werden Impulse zu bevorzugten Zeitpunkten innerhalb einer Schwingungsperiode ausgelöst (Abb. 2), so daß die Impulsfolge von einer ungeordneten in eine mehr rhythmisch reizsynchrone übergeht. Aus der Summe der reizsynchron aktivierten Fasern kann dann das Zentralnervensystem die Periodizität des Stimulus erkennen (Periodizitätsanalyse).

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Literatur

  1. Clark JM, Shepherd RK, Patrick JF, Black RC, Tong YC (1983) Design and fabrication of the banded electrode array. Ann NY Acad Sc 405: 191–201CrossRefGoogle Scholar
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Copyright information

© Springer-Verlag Berlin Heidelberg 1987

Authors and Affiliations

  • R. Hartmann
    • 1
  • R. Klinke
    • 1
  1. 1.Zentrum der Physiologie am KlinikumJ.-W.-Goethe-UniversitätFrankfurt/Main 70Deutschland

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