Neue grundlegende Erkenntnisse zur Funktion des Innenohrs

Prof. Anthony Gummer und Dipl.-Phys. Marc Scherer vom Hörforschungszentrum der Universitäts-HNO-Klinik Tübingen ist es gelungen, neue grundlegende Erkenntnisse über die mikroelektromechanische Funktionsweise des Innenohrs zu gewinnen. Für die Entwicklung zukünftiger Therapiemöglichkeiten bei Schädigungen und Erkrankungen des hochempfindlichen Innenohrs ist dies ein wichtiger Schritt. Im Zentrum der Untersuchungen von Gummer und Scherer stand dabei der so genannte "cochleäre Verstärker". Darunter versteht man die Erzeugung von mechanischer Kraft bei akustischen Frequenzen durch spezialisierte Zellen und die Rückkopplung dieser Kraft in die Vibration des sensorischen Gewebes. Diese Verstärkung führt zu einer starken Zunahme von Empfindlichkeit und Frequenzauflösung und ist somit die Basis für die normale Funktion des Innenohrs.

Die Fähigkeit Sprache zu verstehen stellt hohe Anforderungen an die Signalverarbeitung im Innenohr. Neben der Empfindlichkeit ist die außerordentlich hohe Frequenzauflösung von besonderer Bedeutung. Beide Eigenschaften hängen stark vom Gesundheitszustand des Innenohrs ab. Bereits bei kleinen Veränderungen des sensorischen Gewebes, zum Beispiel infolge einer Krankheit oder eines Lärmtraumas, werden Empfindlichkeit und Frequenzauflösung schlechter. Eine verringerte Empfindlichkeit kann durch ein Hörgerät in gewissen Grenzen ausgeglichen werden, so dass der Geschädigte zumindest erkennen kann, dass jemand spricht. Die Verschlechterung der Frequenzauflösung führt jedoch zu Schwierigkeiten beim Sprachverständnis, die bisher nicht apparativ behoben werden können.

Zurzeit können Innenohrschäden in der Regel weder genau diagnostiziert noch kausal therapiert werden. Es besteht daher ein Bedarf an neuen Diagnostik- und Therapieansätzen. Da das Innenohr nicht geöffnet werden kann, ohne es zu zerstören, kommen hierbei nur nichtinvasive Methoden in Frage. Aktuelle Entwicklungen sind beispielsweise die Bestimmung der mechanischen Impedanz des Innenohrs mittels Laseraudiometrie und die lokale Applikation von Pharmaka am Innenohr. Voraussetzung für weitere Entwicklungen ist jedoch in jedem Fall ein genaueres Verständnis der Mikroelektromechanik im Innenohr und insbesondere des "cochleären Verstärkers".
Den Tübinger Wissenschaftlern ist es gelungen, die Spektren der Vibration, der mechanischen Impedanz und der Krafterzeugung an verschiedenen Stellen des Cortischen Organs (eines Teils des sensorischen Gewebes) bis zu Frequenzen von 50 kHz zu messen. Es zeigte sich, dass sich das Gewebe rein viskoelastisch verhält und dass die Inertialkräfte selbst bei hohen Frequenzen nur eine untergeordnete Rolle spielen. Außerdem war die Kraft, die in das Organ eingekoppelt wird, durch ein breites Maximum gekennzeichnet. Beide Faktoren führen zu einer hohen Bandbreite der cochleären Verstärkung. Es zeigte sich, dass das Organ in sich keine Resonanz aufweist, so dass neben der Basilarmembran nur die Tektorialmembran als resonantes Element in Frage kommt. Damit konnten einige elementare Fragen zur Funktion des cochleären Verstärkers beantwortet werden.

Für weitere Informationen:
Prof. A.W. Gummer
Dipl.-Phys. Marc Scherer
HNO-Klinik, Sektion Physiologische Akustik und Kommunikation
Email: anthony.gummer@uni-tuebingen.de

sowie im Internet bei "Proceedings of the National Academy of Science of the USA (PNAS)":
www.pnas.org/cgi/doi/10.1073/pnas.0408232101

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