Feinstruktur-basierte Modelle zur Hörimplantat Verbesserung

• Antragsteller: Dr. Siwei Bai, Ph.D.; Professor Dr.-Ing. Werner Hemmert
• Fachliche Zuordnung: Hals-Nasen-Ohrenheilkunde, Phoniatrie und Audiologie ; Akustik ; Kognitive, systemische und Verhaltensneurobiologie ; Medizinische Physik, Biomedizinische Technik
• Förderung: Förderung seit 2018
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 415658392

Cochlea-Implantate (CIs) sind die derzeit erfolgreichsten Neuroprothesen: Sie stellen das Hörvermögen von Ertaubten zu einem erstaunlichen Grad wieder her. Dennoch gibt es eine große Variabilität zwischen CI-Nutzern, insbesondere fehlt ein grundlegendes Verständnis der Ursachen bei schwachen Leistungen. Da direkte physiologische Messungen im Menschen nicht möglich sind, sind Computermodelle zur Weiterentwicklung dieser Technologie unverzichtbar. Daher haben wir in der letzten Förderperiode anatomisch genaue Cochlea-Modelle auf Basis hochaufgelöster Mikro-CT-Scans der Cochleae menschlicher Felsenbein Spender (insgesamt 8) erstellt und eine Verarbeitungspipeline zur Vorhersage von Erregungsmustern des Hörnervs entwickelt. In dieser Förderperiode werden wir die Auswirkungen der Degeneration der peripheren Axone und der Verteilung funktionell wichtiger spannungsabhängiger Ionenkanäle in folgenden Arbeitspaketen untersuchen: 1) Morphometrische Messungen von Typ I Spiralganglion Neuronen (SGNs) entlang der tonotopen Achse in Felsenbeinen von normalhörenden und hörgeschädigten Spendern. Die Verteilung der spannungsgesteuerten Ionenkanäle werden wir mit Immunfärbungen ermitteln, die Innervationsmuster und die exakte Lokalisierung verschiedener SGN Subtypen mittels der seriellen Block-Face-Elektronenmikroskopie. 2) Korrelation der sensorineuralen Degenerationsmuster der Proben mit den zugehörigen audiometrischen Daten. Diese Muster werden im Computermodell nachgebildet und ihre Auswirkungen auf die Qualität der Sprachkodierung untersucht. 3) Integration aller Ergebnisse in unsere Sammlung menschlicher Cochleas in ein Modell, inklusive der realistischen Verteilung relevanter Ionenkanäle. Erstmals werden wir auch in einem biophysikalischen Modell dominante zeitliche Effekte wie die Adaption bei elektrischer Stimulation berücksichtigen. Solche Prozesse sind auch für alle anderen auf elektrischer Nervenstimulation basierenden Anwendungen essentiell. Langfristig werden unsere Modelle die Grundlage für individualisierte Stimulations- und Kodierungsstrategien bilden. Die aus unserem interdisziplinären Projekt entstehenden Ergebnisse, wie z.B. ein neuer Vocoder, der dem Hörergebnis von CI-Nutzern entspricht, werden dabei helfen ein besseres Verständnis über CIs zu erlangen, was letztlich zu einer Verbesserung der CI-Technologie führen wird. Mit unseren Modellen werden wir im Umkehrschluss untersuchen, inwiefern sensorineurale Degenerationsmuster auf Grundlage der Kombination von quasi-monopolaren oder tripolaren Impulsen und multipolaren Elektronenkonfigurationen diagnostiziert werden können, was ein großer Schritt in Richtung individualisierter Kodierungsstrategien sein wird. Darüber hinaus wird unsere Auswertung typischer Degenerationsmuster von SGNs und Sinneszellen, insbesondere innere Haarzellen und ihre Korrelation mit Audiogrammen, mehr Informationen über die Mechanismen von Hörschäden liefern, die in unserer alternden Gesellschaft stark zunehmen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Österreich
• Partnerorganisation: Fonds zur Förderung der wissenschaftlichen Forschung (FWF)
• Kooperationspartner: Privatdozent Dr. Rudolf Glückert