Abb.: Funktionsweise des Cochlea Implantats. Oben: elektrisches Implantat in der Hörschnecke mit 12 Elektrodenkontakten, von denen sich der Strom weit ausbreitet. Unten: zukünftiges optisches Implantat mit dutzenden Mikroleuchtdioden, deren Licht auf die Nervenzellen in der Mitte der Hörschnecke fokussiert wird. Grafk: umgStimulation des Hörorgans mit Licht

Töne mit Licht hören: eine Idee für Hörprothesen der Zukunft?

 

Göttingen (4. März 2014) Vogelgezwitscher und Musik – das sind Hörerlebnisse, die schwersthörigen Menschen trotz moderner Technologie weiterhin verwehrt sind. Hörprothesen wie Cochlea-Implantate können die dafür nötige hohe Qualität beim Hören nicht liefern. Wie ließe sich das Hören mit Cochlea-Implantaten weiter verbessern? Ein internationales Forscherteam unter Leitung von Wissenschaftlern der Universitätsmedizin Göttingen (UMG) hat einen neuen Weg ausgelotet. Die Idee: Licht statt – wie bisher – Strom als Stimulans zum Hören. Den Forschern ist es erstmals gelungen, das Hörsystem im Tiermodell durch optogenetische Stimulation mit Licht zu aktivieren. 


Die Forschungen wurden unter der Leitung von Prof. Dr. Tobias Moser, Klinik für Hals-Nasen-Ohrenheilkunde der UMG, in einem Projekt innerhalb des Göttinger Fokus für Neurotechnologie (Sprecher: Prof. Dr. Florentin Wörgötter, 3. Physikalisches Institut – Biophysik, Universität Göttingen) durchgeführt. Gefördert haben das Projekt das Bun-desministerium für Bildung und Forschung (BMBF) und das Exzellenzcluster und DFG-Forschungszentrum für Mikroskopie im Nanometerbereich und Molekularphysiologie des Gehirns (CNMPB) der UMG. Die Ergebnisse aus der translationalen Hörforschung wurden am 10. Februar 2014 online in dem renommierten amerikanischen Medizin-Fachjournal „Journal of Clinical Investigation“ vorab veröffentli
cht.

 

 

Originalveröffentlichung

 

  • Victor H Hernandez, Anna Gehrt*, Kirsten Reuter*, Zhizi Jing*, Marcus Jeschke, Ale-jandro Mendoza Schulz, Gerhard Hoch, Matthias Bartels, Gerhard Vogt, Carolyn W Garnham, Hiromu Yawo, Yugo Fukazawa, George J Augustine, Ernst Bamberg, Seba-stian Kügler, Tim Salditt, Livia de Hoz, Nicola Strenzke, Tobias Moser (2014) Optogenetic stimulation of the auditory pathway. Journal of Clinical Investigation.

 

 

Wenn Hörgeräte nicht mehr helfen, können Cochlea Implantate die Nervenzellen der Hörschnecke direkt elektrisch stimulieren. Cochlea Implantate ermöglichen so den meisten der weltweit inzwischen mehr als 200.000 Nutzern ein Sprachverstehen. Doch Tonhöhen und Lautstärke beim Hören zu unterscheiden, gelingt mit bisherigen Cochlea Implantaten nur sehr begrenzt. Warum es dazu kommt, ist bekannt: Der Effekt ergibt sich aus der massiven Ausbreitung des elektrischen Stroms von jedem Elektroden-Kontakt. Dadurch werden stets sehr viele Hörnervenzellen gleichzeitig stimuliert.

Würde Licht anstelle von Strom zur Stimulation verwendet, kann dieses grundsätzliche Problem wahrscheinlich gelöst werden. Diese Erwartung wird durch die ersten Erkenntnisse bestätigt, die das Forscherteam mit Licht als Stimulans zum Hören in Untersuchungen an Nagetieren gewonnen hat. Für ihre Untersuchungen setzten die Forscher erstmals ein in Deutschland entwickeltes Verfahren, die sogenannte Optogenetik, erfolgreich für die Stimulation des Hörnervens ein. Bei diesem Verfahren werden lichtempfindliche Signalproteine als „Lichtschalter“ genetisch in Zellen eingebaut. „Weil Licht besser fokussierbar ist, könnten dann entlang der Hörschnecke viele unabhängige Stimulationskanäle genutzt werden. Diese Innovation verspricht eine fundamentale Verbesserung bei der Unterscheidung von Tonhöhe und Lautstärke“, sagt Senior-Autor der Publikation und Leiter des Projekts, Prof. Dr. Tobias Moser von der Klinik für Hals-Nasen-Ohrenheilkunde der Universitätsmedizin Göttingen.

 

Wie können Nervenzellen der Hörschnecke mit Licht angeregt werden?

 

Um die Nervenzellen der Hörschnecke mit Licht aktivieren zu können, wurden zunächst die lichtgesteuerte Ionenpore Kanalrhodopsin in die Nervenzellen der Hörschnecke von Mäusen und Ratten eingebaut. Dabei kommen auch virale Genfähren zum Einsatz, die in der Gentherapie beim Menschen eingesetzt werden. Zusätzlich müssen Mikro-Leuchtdioden oder Laser-gekoppelte Mikro-Glasfasern mikrochirurgisch in die Hörschnecke implantiert werden.

 

 

Ergebnisse

 

„Die optogenetische Aktivierung ist uns gelungen. Im Versuch registrieren wir sie als Nervenimpulse einzelner Hörnervenzellen oder als Summenpotenziale der Hörbahn“, sagt Anna Gehrt, eine der Erst-Autoren der Publikation und forschende Ärztin der Klinik für Hals-Nasen-Ohrenheilkunde der UMG: „Mittels optogenetisch-evozierter Potenziale können wir eine Aktivierung der Hörbahn auch in Mausmodellen der menschlichen Schwerhörigkeit nachweisen“. Schließlich gelang den Forschern auch eine erste Abschätzung der Frequenzselektivität von optogenetischer Stimulation im Vergleich mit elektrischer Anregung. Das Ergebnis entspricht den Vorhersagen aus mathematischen Modellen: Bei der Stimulation mit Licht zeigte sich eine feinere Frequenzauflösung, d.h. der aktivierte Bereich der Hörschnecke war bei Reizung mit Licht kleiner als bei der Stimulation mit elektrischem Strom.

„Das Hörsystem kann also durch optogenetische Stimulation aktiviert werden. Aber bis zu einer Anwendung in der klinischen Rehabilitation der Schwerhörigkeit bleibt viel zu tun“, sagt Prof. Moser. Daran arbeiten bereits die Kooperationspartner vom Freiburger Fraunhofer Institut für Angewandte Physik und der Universität Freiburg. Sie entwickeln im BMBF-Projekt „Lichthören“ optische Multikanal-Implantate mit mehr als hundert Mikroleuchtdioden. Prof. Moser sieht noch weitere Hürden, die zu bewältigen sind: Schnellere „Lichtschalter“ müssen entwickelt werden, um den Ansprüchen der Signalverarbeitung im Hörsystem gerecht zu werden. Schließlich braucht die Forschung für die Entwicklung einer optogenetischen Hörprothese effiziente und sichere Genfähren. Und auch die Frage, ob es durch das Stimulationslicht möglicherweise zu Schäden kommt, muss zuvor geklärt sein.

Cochlea Implantate ermöglichen schwersthörigen Menschen ein begrenztes Hörvermögen. Die Nachteile der elektrischen Reizung sind eine geringe Auflösung von Tonhöhen und Lautstärken. Eine räumlich präzisere optogenetische Reizung verspricht eine feinere Auflösung beider Schalleigenschaften und damit ein verbessertes Sprachverstehen und mehr Musikgenuss.

 

 

Weitere Informationen

Zu den Arbeitsgruppen von Prof. Dr. T. Moser und Dr. N. Strenzke an der UMG:

 


Quelle: Universitätsmedizin Göttingen, Klinik für Hals-Nasen-Ohrenheilkunde. InnenOhrLabor. Prof. Dr. Tobias Moser. 04.03.2014 (tB)

MEDICAL NEWS

Inadequate sequencing of SARS-CoV-2 variants impedes global response to COVID-19
New meta-analysis finds cannabis may be linked to development of…
New guidance on how to diagnosis and manage osteoporosis in…
Starting the day off with chocolate could have unexpected benefits
Better mental health supports for nurses needed, study finds

SCHMERZ PAINCARE

Versorgung verbessern: Deutsche Gesellschaft für Schmerzmedizin fordert die Einführung des…
Pflegeexpertise im Fokus: Schmerzmanagement nach Operationen
Versorgung verbessern: Bundesweite Initiative der Deutschen Gesellschaft für Schmerzmedizin zu…
Jedes vierte Kind wünscht bessere Schmerzbehandlung
Lebensqualität von Patienten in der dauerhaften Schmerztherapie mit Opioiden verbessern

DIABETES

Bundestag berät über DMP Adipositas: DDG begrüßt dies als Teil…
Mit der Smartwatch Insulinbildung steuern
Verbände fordern bessere Ausbildung und Honorierung von Pflegekräften für Menschen…
Minimalinvasive Geräte warnen ungenügend vor Unterzuckerung
Typ-1-Diabetes und Hashimoto-Thyreoiditis treten häufig gemeinsam auf

ERNÄHRUNG

Wie eine Diät die Darmflora beeinflusst: Krankenhauskeim spielt wichtige Rolle…
DGEM plädiert für Screening und frühzeitige Aufbautherapie: Stationäre COVID-19-Patienten oft…
Führt eine vegane Ernährungsweise zu einer geringeren Knochengesundheit?
Regelmässiger Koffeinkonsum verändert Hirnstrukturen
Corona-Erkrankung: Fehl- und Mangelernährung sind unterschätze Risikofaktoren

ONKOLOGIE

Anti-Myelom-Therapie mit zusätzlich Daratumumab noch effektiver
Positive Ergebnisse beim fortgeschrittenen Prostatakarzinom: Phase-III-Studie zur Radioligandentherapie mit 177Lu-PSMA-617
Lymphom-News vom EHA2021 Virtual. Alle Berichte sind nun online verfügbar!
Deutsch-dänisches Interreg-Projekt: Grenzübergreifende Fortbildungskurse in der onkologischen Pflege
Sotorasib: Neues Medikament macht Lungenkrebs-Patienten Hoffnung

MULTIPLE SKLEROSE

NMOSD-Erkrankungen: Zulassung von Satralizumab zur Behandlung von Jugendlichen und Erwachsenen
Verzögerte Verfügbarkeit von Ofatumumab (Kesimpta®)
Neuer Biomarker bei Multipler Sklerose ermöglicht frühe Risikoeinschätzung und gezielte…
Multiple Sklerose beginnt oft lange vor der Diagnose
Goldstandard für Versorgung bei Multipler Sklerose

PARKINSON

Meilenstein in der Parkinson-Frühdiagnose
Parkinson-Erkrankte besonders stark von Covid-19 betroffen
Gangstörungen durch Kleinhirnschädigung beim atypischen Parkinson-Syndrom
Parkinson-Agenda 2030: Die kommenden 10 Jahre sind für die therapeutische…
Gemeinsam gegen Parkinson: bessere Therapie durch multidisziplinäre Versorgung