Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

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

04.03.2014

Internationales Forscherteam unter Leitung von Wissenschaftlern der Universitätsmedizin Göttingen entwickelt Stimulation des Hörorgans mit Licht. Veröffentlichung im "Journal of Clinical Investigation"

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.


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. Grafik: umg

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 Bundesministerium 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 veröffentlicht.

Originalveröffentlichung:
Victor H Hernandez, Anna Gehrt*, Kirsten Reuter*, Zhizi Jing*, Marcus Jeschke, Alejandro Mendoza Schulz, Gerhard Hoch, Matthias Bartels, Gerhard Vogt, Carolyn W Garnham, Hiromu Yawo, Yugo Fukazawa, George J Augustine, Ernst Bamberg, Sebastian 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: www.innerearlab.uni-goettingen.de

WEITERE INFORMATIONEN
Universitätsmedizin Göttingen
Klinik für Hals-Nasen-Ohrenheilkunde. InnenOhrLabor
Prof. Dr. Tobias Moser
Telefon 0551 / 39-8968, tmoser@gwdg.de
www.universitaetsmedizin-goettingen.de

Prof. Dr. Tobias Moser | Universitätsmedizin Göttingen

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Interdisziplinäre Forschung:

nachricht Innovation: Optische Technologien verändern die Welt
01.12.2016 | Karlsruher Institut für Technologie

nachricht SeaArt-Projekt startet mit Feldversuchen an Nord- und Ostsee
18.11.2016 | Hochschule Hannover

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Interdisziplinäre Forschung >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Elektronenautobahn im Kristall

Physiker der Universität Würzburg haben an einer bestimmten Form topologischer Isolatoren eine überraschende Entdeckung gemacht. Die Erklärung für den Effekt findet sich in der Struktur der verwendeten Materialien. Ihre Arbeit haben die Forscher jetzt in Science veröffentlicht.

Sie sind das derzeit „heißeste Eisen“ der Physik, wie die Neue Zürcher Zeitung schreibt: topologische Isolatoren. Ihre Bedeutung wurde erst vor wenigen Wochen...

Im Focus: Electron highway inside crystal

Physicists of the University of Würzburg have made an astonishing discovery in a specific type of topological insulators. The effect is due to the structure of the materials used. The researchers have now published their work in the journal Science.

Topological insulators are currently the hot topic in physics according to the newspaper Neue Zürcher Zeitung. Only a few weeks ago, their importance was...

Im Focus: Rätsel um Mott-Isolatoren gelöst

Universelles Verhalten am Mott-Metall-Isolator-Übergang aufgedeckt

Die Ursache für den 1937 von Sir Nevill Francis Mott vorhergesagten Metall-Isolator-Übergang basiert auf der gegenseitigen Abstoßung der gleichnamig geladenen...

Im Focus: Poröse kristalline Materialien: TU Graz-Forscher zeigt Methode zum gezielten Wachstum

Mikroporöse Kristalle (MOFs) bergen große Potentiale für die funktionalen Materialien der Zukunft. Paolo Falcaro von der TU Graz et al zeigen in Nature Materials, wie man MOFs gezielt im großen Maßstab wachsen lässt.

„Metal-organic frameworks“ (MOFs) genannte poröse Kristalle bestehen aus metallischen Knotenpunkten mit organischen Molekülen als Verbindungselemente. Dank...

Im Focus: Gravitationswellen als Sensor für Dunkle Materie

Die mit der Entdeckung von Gravitationswellen entstandene neue Disziplin der Gravitationswellen-Astronomie bekommt eine weitere Aufgabe: die Suche nach Dunkler Materie. Diese könnte aus einem Bose-Einstein-Kondensat sehr leichter Teilchen bestehen. Wie Rechnungen zeigen, würden Gravitationswellen gebremst, wenn sie durch derartige Dunkle Materie laufen. Dies führt zu einer Verspätung von Gravitationswellen relativ zu Licht, die bereits mit den heutigen Detektoren messbar sein sollte.

Im Universum muss es gut fünfmal mehr unsichtbare als sichtbare Materie geben. Woraus diese Dunkle Materie besteht, ist immer noch unbekannt. Die...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Veranstaltungen

Firmen- und Forschungsnetzwerk Munitect tagt am IOW

08.12.2016 | Veranstaltungen

NRW Nano-Konferenz in Münster

07.12.2016 | Veranstaltungen

Wie aus reinen Daten ein verständliches Bild entsteht

05.12.2016 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Hochgenaue Versuchsstände für dynamisch belastete Komponenten – Workshop zeigt Potenzial auf

09.12.2016 | Seminare Workshops

Ein Nano-Kreisverkehr für Licht

09.12.2016 | Physik Astronomie

Pflanzlicher Wirkstoff lässt Wimpern wachsen

09.12.2016 | Biowissenschaften Chemie