Vergleichende Untersuchungen der Hörbahn nach akustischer und elektrischer Stimulation durch ein Mittelhirnimplantat bei der Katze

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Aus dem Physiologischen Institut der Tierärztlichen Hochschule Hannover und der Klinik für Hals-Nasen-Ohren-Heilkunde

der Medizinischen Hochschule Hannover

Vergleichende Untersuchungen der Hörbahn nach akustischer und elektrischer Stimulation durch

ein Mittelhirnimplantat bei der Katze

INAUGURAL-DISSERTATION

zur Erlangung des Grades einer Doktorin der Veterinärmedizin (Dr. med. vet.)

durch die Tierärztliche Hochschule Hannover

Vorgelegt von Nadine Marquardt aus Rotenburg / Wümme

Hannover 2006

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Wissenschaftliche Betreuung: Apl. Prof. B. Schröder

für die Tierärztliche Hochschule Hannover

Prof. Dr. G. Reuter

für die Medizinische Hochschule Hannover

1. Gutachter: Apl. Prof. B. Schröder 2. Gutachter: Prof´in E. Zimmermann

Tag der mündlichen Prüfung: 29.05.2006

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Für Arne

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Abkürzungsverzeichnis

Abkürzungsverzeichnis

ABI = Auditory Brainstem Implant, Hirnstammimplantat AEP = akustisch evozierte Potentiale

AMI = Auditory Midbrain Implant, Mittelhirnimplantat AVNC = a nteriorer ventraler Nucleus cochlearis BERA = Brainstem Response Audiometry

BIC = brachium of the inferior colliculus (Brachium des Colliculus inferior) CAEP = cortical auditory evoked potentials

CF = Characteristic frequency (charakteristische Frequenz) DCN = dorsaler Nucleus cochlearis

DNLL = dorsaler Nucleus des lateralen Lemniscus EEG = Elektroencephalographie

EK = Elektrodenkontakt

ERA = Elektrische Reaktionsaudiometrie FAEP = frühe akustisch evozierte Potentiale FEEP = frühe elektrisch evozierte Potentiale IC = Colliculus inferior

ICC = zentraler Kern des Colliculus inferior IPL = Interpotentiallatenz

LL = lateraler Lemniscus, Nucleus lemnisci lateralis LSO = lateraler superiorer Olivenkern

MAEP = mittlere akustisch evozierte Potentiale

MGB = Corpus geniculatum mediale („medial geniculate body“) MSO = medialer superiorer Olivenkern

MW = Mittelwert

NC = Nucleus cochlearis

nHL = normalized hearing level, normalhörende Versuchsgruppe SAEP = späte akustisch evozierte Potentiale

SC = Colliculus superior

SOC = superiorer Olivenkomplex

SPL = Sound pressure level (Schalldruckpegel) SSAEP = sehr späte akustisch evozierte Potentiale VCN = ventraler Nucleus cochlearis

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Inhaltsverzeichnis

Inhaltsverzeichnis

1 Einleitung ... 1

2 Literaturübersicht ... 2

2.1 Die anatomischen Grundlagen der Hörbahn... 2

2.2 Die physiologischen Grundlagen der Hörbahn ... 4

2.3 Der Aufbau und die Funktion des Colliculus inferior ... 8

2.4 Die Pathologie der Hörbahn...15

2.5 Verschiedene elektrische Implantate im Bereich der Hörbahn ...16

2.6 Die elektrische Reaktionsaudiometrie als Ableittechnik für akustisch und elektrisch evozierte auditorische Potentiale ...18

2.7 Die Ziele der Untersuchung ...23

3 Material und Methode ...25

3.1 Material...25

3.1.1 Die Versuchstiere ...25

3.1.1.1 Die Tiere der akuten Experimente (Gruppe 1) ...26

3.1.1.2 Chronisch implantierte, unstimulierte Tiere (Gruppe 2a ) ...27

3.1.1.3 Chronisch implantierte, elektrisch stimulierte Tiere (Gruppe 2b) ...27

3.1.2 Sachmaterial...28

3.1.2.1 Die Mittelhirnelektrode ...28

3.1.2.2 Die Hirnstammelektrode ...30

3.1.2.3 Die Pharmaka...31

3.1.2.4 Die technischen Ausstattung für die elektrische Reaktionsaudiometrie 32 3.2 Methode...33

3.2.1 Die Implantation der Mittelhirnelektrode ...33

3.2.2 Die Messung von akustisch und elektrisch evozierten Hirnstammpotentialen...35

3.2.3 Die chronische elektrische intracolliculäre Stimulation...36

3.2.4 Die Messung der Impedanzen der Mittelhirnelektrode...37

3.2.5 Übersicht über Implantations-, Stimulations- und Messzeitpunkte ...38

3.2.6 Die Auswertung der Daten...41

4 Ergebnisse...42

4.1 Akute Versuche zur physiologischen Wirkungsweise von Mittelhirnelektroden 42 4.1.1 Charakteristika der akustisch evozierten Potentiale bei Kontrolluntersuchungen ...43

4.1.2 Beschreibung der Latenzen von akustisch evozierten Potentialen bei der ersten und zweiten Kontrolluntersuchung in Abhängigkeit von der Reizstärke und den Narkosebedingungen...44

4.1.3 Beschreibung der Interpotentiallatenzen von akustisch evozierten Potentialen bei der ersten und zweiten Kontrolluntersuchung in Abhängigkeit von der Reizstärke und den Narkosebedingungen...47

4.1.4 Beschreibung der Amplituden von akustisch evozierten Potentialen bei der ersten und zweiten Kontrolluntersuchung in Abhängigkeit von der Reizstärke und den Narkosebedingungen...51

4.1.5 Beschreibung der Latenzen von akustisch evozierten Potentialen post Craniektomie in Abhängigkeit von der Reizstärke ...54

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Inhaltsverzeichnis

4.1.6 Beschreibung der Interpotentiallatenzen von akustisch evozierten

Potentialen post Craniektomie in Abhängigkeit von der Reizstärke ...57 4.1.7 Beschreibung der Amplituden von akustisch evozierten Potentialen post Craniektomie in Abhängigkeit von der Reizstärke ...59 4.1.8 Beschreibung der Latenzen von akustisch evozierten

Hirnstammpotentialen, abgeleitet im Colliculus inferior durch eine

Mittelhirnelektrode in Abhängigkeit von der Reizstärke und dem Ableitort ...61 4.1.9 Beschreibung der Interpotentiallatenzen von akustisch evozierten

Hirnstammpotentialen, abgeleitet im Colliculus inferior durch eine

Mittelhirnelektrode in Abhängigkeit von der Reizstärke und dem Ableitort ...64 4.1.10 Beschreibung der Amplituden von akustisch evozierten

Hirnstammpotentialen, abgeleitet im Colliculus inferior d urch eine

Mittelhirnelektrode in Abhängigkeit von der Reizstärke und dem Ableitort ...70 4.1.11 Entwicklung der Latenzen, der Interpotentiallatenzen und der Amplituden von akustisch evozierten Hirnstammpotentialen nach der Implantation der

Mittelhirnelektrode ...73 4.1.12 Beschreibung der Potentiallatenzen nach akustischer Stimulation in Abhängigkeit von der Reizstärke und dem Ableitort am auditorischen Cortex....82 4.1.13 Beschreibung der Interpotentiallatenzen von Potentialen nach

akustischer Stimulation in Abhängigkeit von der Reizstärke und dem Ableitort am auditorischen Cortex...88 4.1.14 Beschreibung der Amplituden von Potentialen nach akustischer

Stimulation in Abhängigkeit von der Reizstärke und dem Ableitort am

auditorischen Cortex...92 4.1.15 Die tonotope Struktur von akustisch evozierten Potentialen am

auditorischen Cortex in Abhängigkeit von der Reizfrequenz ...98 4.1.16 Die tonotope Struktur von elektrisch evozierten Potentialen am

auditorischen Cortex in Abhängigkeit vom Stimulationsort im Colliculus inferior 100

4.1.17 Die Entwicklung der Latenzen von Potentialen am auditorischen Cortex nach elektrischer Stimulation im Colliculus inferior in Abhängigkeit von der

Reizstärke...102 4.1.18 Die Entwicklung der Interpotentiallatenzen von Potentialen am

auditorischen Cortex nach elektrischer Stimulation im Colliculus inferior in

Abhängigkeit von der Reizstärke ...105 4.1.19 Die Entwicklung der Amplituden von Potentialen am auditorischen

Cortex nach elektrischer Stimulation im Colliculus inferior in Abhängigkeit von der Reizstärke ...107 4.1.20 Die Entwicklung der Latenzen von Potentialen am auditorischen Cortex nach elektrischer Stimulation im Colliculus inferior in Abhängigkeit von der

Pulsbreite des Stimulus ...110 4.1.21 Die Entwicklung der Interpotentiallatenzen von Potentialen am

auditorischen Cortex nach elektrischer Stimulation im Colliculus inferior in

Abhängigkeit von der Pulsbreite des Stimulus ...113 4.1.22 Die Entwicklung der Amplituden von Potentialen am auditorischen

Cortex nach elektrischer Stimulation im Colliculus inferior in Abhängigkeit von der Pulsbreite des Stimulus ...115 4.1.23 Vergleich der Interpotentiallatenzen nach akustischer und elektrischer Stimulation...117 4.2 Chronische Experimente ...119

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Inhaltsverzeichnis

4.2.1 Die Impedanzen der Mittelhirnelektrode nach der Implantation ...119

4.2.2 Die Röntgenanalyse der Position der Mittelhirnelektrode im Colliculus inferior 126 5 Diskussion ...128

5.1 Die Beschreibung der akustisch evozierten Hirnstammpotentiale ...129

5.1.1 Die Latenzen der akustisch evozierten Hirnstammpotentiale der ersten und zweiten Kontrolluntersuchung bei unterschiedlichen Narkosebedingungen in Abhängigkeit von der Reizstärke ...129

5.1.2 Die Interpotentiallatenzen der Hirnstammpotentiale der ersten und zweiten Kontrolluntersuchung bei unterschiedlichen Narkosebedingungen in Abhängigkeit von der Reizstärke ...131

5.1.3 Die Amplituden der Hirnstammpotentiale der ersten und zweiten Kontrolluntersuchung bei unterschiedlichen Narkosebedingungen in Abhängigkeit von der Reizstä rke ...131

5.1.4 Die akustisch evozierten Hirnstammpotentiale post Craniektomie in Abhängigkeit von der Reizstärke ...132

5.1.5 Die akustisch evozierten Potentiale nach der Implantation der Mittelhirnelektrode in Abhängigkeit von der Stimulationsfrequenz...134

5.1.6 Die Entwicklung der Potentiallatenzen, Interpotentiallatenzen und Amplituden über einen Zeitraum von sieben Stunden nach der Implantation der Mittelhirnelektrode ...136

5.1.7 Beschreibung der Potentiale nach akustischer Stimulation und Ableitung am auditorischen Cortex ...138

5.1.8 Die tonotope Ableitung von akustisch evozierte Hirnstammpotentialen am auditorischen Cortex ...140

5.2 Die Beschreibung der elektrisch evozierten Potentiale ...141

5.2.1 Die tonotope Ableitung von elektrisch evozierten Potentialen am auditorischen Cortex...141

5.2.2 Die elektrisch evozierten Potentiale in Abhängigkeit von der Reizstärke 142 5.2.3 Die elektrisch evozierten Potentiale in Abhängigkeit von der Pulsbreite des Stimulus...144

5.3 Vergleich der akustisch und elektrisch evozierten Potentiale ...145

5.4 Chronische Experimente ...146

5.4.1 Die Impedanzen der Mittelhirnelektrode bei chronischer elektrischer Stimulation...146

5.4.2 Die Position der Mittelhirnelektrode im Colliculus inferior ...147

5.5 Die Schlussfolgerungen...148

6 Zusammenfassung ...149

7 Summary ...151

8 Literaturverzeichnis...153

9 Anhang...161

9.1 Daten der unterschiedlichen Versuchstiergruppen ...161

9.2 Daten der Latenzen, IPL und Amplituden nach akustischer Stimulation...163

9.3 Daten der Latenzen, IPL und Amplituden nach elektrischer Stimulation...177

10 Abbildungsverzeichnis ...182

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1. Einleitung

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Einleitung

Hörminderung und Taubheit stellen in den industrialisierten Ländern einen bedeutenden Krankheitskomplex dar. Bei neuraler Taubheit stehen heute auditorische Hirnstammimplantate (ABI, Auditory Brainstem Implants) mit

Oberflächenelektroden zur Positionierung auf der Oberfläche des Nucleus cochlearis zur Verfügung. Der vollständige Verlust des Gehörs durch den Defekt beider

Hörnerven betrifft häufig Patienten mit Neurofibromatose, da die Erkrankung mit Tumoren des Gleichgewichtsnerven (Akustikusneurinom) einhergeht, was zu einem Funktionsverlust der benachbarten Hörnerven führt. Der Einsatz von konventionellen Hörgeräten oder Cochlea-Implantaten zur Wiederherstellung des Hörvermögens ist bei dieser Art der Erkrankung wirkungslos, da die Weiterleitung der Signale auf den Hirnstamm durch den defekten Hörnerv nicht möglich ist. Zur Wiederherstellung des Hörvermögens wurden auditorische Hirnstammimplantate entwickelt, mit denen es möglich ist, mittels elektrischer Stimulation des zweiten Neurons der Hörbahn (Nucleus cochlearis) dem Patienten einen Höreindruck zu vermitteln, der das

Lippenlesen verbessertund eine Unterscheidung von Alltagsgeräuschen ermöglicht.

Ein offenes Sprachverständnis wie es mit Cochlea-Implantaten der jüngeren

Generation erreicht werden kann, konnte mit den Hirnstammelektroden jedoch nicht erzielt werden, was teilweise auf die schlechte Elektrodenkopplung an die

Zielstrukturen zurückzuführen ist.

Da die genaue Platzierung der Hirnstammelektrode aufgrund der verdeckten Lage des Nucleus cochlearis schwierig ist, werden derzeit alternative Konzepte zur gezielten tonotopen Stimulation mittels penetrierender Elektroden in höheren

auditorischen Zentren untersucht. Aufgrund der guten chirurgischen Zugänglichkeit und der tonotopen Organisation in Frequenzbändern parallel zur Oberfläche bietet sich der Colliculus inferior (IC) an. Durch Einführen einer penetrierenden Elektrode mit zwanzig Kontakten, die ringförmig auf einem Stab aufgebracht sind und deren Abstand jeweils der Breite eines Frequenzbandes entspricht, soll es möglich sein, frequenzspezifisch zu stimulieren und dabei die tonotope Organisation des IC zu nutzen. Im Zuge dieser Entwicklung wurde in der Hals-Nasen-Ohren-Klinik der Medizinischen Hochschule Hannover als zentraler Untersuchungsgegenstand dieser

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2. Literaturübersicht

Arbeit aufgrund der Ähnlichkeit ihres zentralauditorischen Systems zu den entsprechenden Gegebenheiten beim Menschen die Katze als Versuchmodell ausgewählt, um Nutzen und Risiken eines solchen Mittelhirnimplantates (AMI, Auditory Midbrain Implant) im Bereich des IC näher zu charakterisieren.

2 Literaturübersicht

2.1 Die anatomischen Grundlagen der Hörbahn

Das Gehörorgan lässt sich bei den Säugetieren gliedern in ein äußeres, ein mittleres und ein inneres Ohr. Zum äußeren Ohr gehören die freie Ohrmuschel, sowie der an die Ohrmuschel anschließende, in die Tiefe führende, äußere Gehörgang. Die Ohrmuschel ist bei den Haussäugetieren beweglich und ermöglicht so eine akustische Orientierung ohne Bewegung des Kopfes. Ferner funktioniert die

Ohrmuschel als Schallauffangtrichter. Das mittlere Ohr wird vom Außenohr durch das Trommelfell getrennt und besteht aus der Paukenhöhle, den Gehörknöchelchen und der Hörtrompete (Abb. 2.1). Der Boden und der größte Teil der Seitenwand der Paukenhöhle werden von einer dünnwandigen Knochenblase, des Bulla tympanica gebildet. Bei der Katze wird die einheitliche Höhle der Bulla tympanica durch ein an der Vorderwand entspringendes horizontales Knochenseptum in eine dorsale und eine ventrale Etage eingeteilt. Die ebenfalls zum Mittelohr gehörenden

Gehörknöchelchen stellen eine zwischen Trommelfell und Vorhoffenster

eingespannte Kette dar und setzen sich zusammen aus Hammer, Amboss und Steigbügel. Sie dienen der Schallübertragung und leiten die durch Schallwellen verursachten Schwingungen des Trommelfells zur Perilymphe des Vorhofes und der Schnecke.

Das innere Ohr setzt sich zusammen aus dem häutigen Labyrinth, welches die Rezeptoren für den Gehörsinn enthält, und aus dem knöchernen Labyrinth, einer vom härtesten Teil der Felsenbeinpyramide gebildeten Knochenkapsel. Das knöcherne Labyrinth besteht aus einem zentralen Hohlraum, dem Vorhof, an den caudodorsal die knöchernen Bogengänge und rostroventral die Schnecke (Cochlea)

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angeschlossen sind. Das häutige Labyrinth beinhaltet den Schneckengang (Ductus cochlearis) in den die Rezeptoren für die Gehörwahrnehmung eingebaut sind. Das Gehörorgan wird versorgt vom N. cochlearis, welcher zusammen mit dem

N. vestibularis den VIII. Gehirnnerven bildet (Nickel, Schummer, Seiferle 1992).

Abbildung 2.1: Schematische Darstellung des Ohrs (aus Zenner 1997)

Das zentrale Hörsystem setzt sich zusammen aus mehreren rhombenzephalen Kernen und einer mesenzephalen, einer dienzephalen und einer telenzephalen Schaltstation. Zu den rhombenzephalen Anteilen gehören die Nuc lei cochleares (NC), der obere Olivenkomplex (SOC) und der laterale Lemniscus (LL) (Abb. 2.2).

Der NC lässt sich unterteilen in einen Nucleus cochlearis ventralis und einen Nucleus cochlearis dorsalis. Der SOC beinhaltet die Nuclei olivares superiores lateralis und medialis und den Nucleus corporis trapezoidei. Im LL kann ein dorsaler und ein ventraler Anteil unterschieden werden. Das mesenzephale Zentrum wird

repräsentiert durch den Colliculus inferior (IC), der eine zentrale Position bei der Umschaltung der auf- und absteigenden Hörbahnen darstellt. Der im Dienzephalon befindliche Kern, der zum dorsalen Thalamus gehört, ist das Corpus geniculatum mediale (MGB) und besteht aus einem dorsalen, einem ventralen und einem medialen Anteil. Der IC ist mit dem MGB durch einen Faserzug an der Oberfläche des Mesenzephalons, dem Bracium colliculi inferioris verbunden. Die hintere

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Cortexregion, die die dorsale Fläche des Temporallappens einnimmt bildet den Hörkern im Telenzephalon (Nieuwenhuys et al. 1991).

Abbildung 2.2: Schematische Darstellung der zentralen Hörbahn (aus Zenner 1997)

2.2 Die physiologischen Grundlagen der Hörbahn

Ein adäquater Reiz für das Gehörorgan sind Schallwellen. Der Hauptschallträger ist die Luft. An der Schallquelle wird die Luft abwechselnd verdünnt (niedriger Druck) und verdichtet (erhöhter Druck). Diese Druckschwankungen breiten sich mit Schallgeschwindigkeit (c) aus, die in Luft bei 0°C 332 m/s beträgt. Trägt man die Schalldruckschwankungen graphisch auf, ergeben sich wellenförmige Kurven. Der Abstand zweier benachbarter Orte gleichen Schalldrucks wird mit Wellenlänge (λ) bezeichnet, die maximale Abweichung des Druckes von der Ruhelage als Amplitude.

Vergrößert sich die Wellenlänge, wird ein tieferer Ton gehört, verkleinert sich die Wellenlänge nimmt man einen höheren Ton wahr. Eine Veränderung der Amplitude hat zur Folge, dass ein Ton lauter bzw. leiser wahrgenommen wird. Die Tonhöhe wird meist durch Angabe der Tonfrequenz (f) charakterisiert, die angibt, wie oft an einer Stelle des Schallfeldes der gleiche Schalldruck wiederkehrt. Die Einheit der Frequenz ist Hertz (1 Hz = 1/s). Der Hörbereich des Menschen reicht von 20 Hz bis 16 000 Hz (Zenner 1997). Die obere Hörgrenze der Katze liegt bei 50 000 Hz (Nickel,

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Schummer, Seiferle 1992). Ein in der Praxis häufig verwendetes logarithmisches Maß für den Schalldruck ist der Schalldruckpegel mit der Einheit Dezibel [dB].

Schallwellen erreichen über den äußeren Gehörgang das Trommelfell. Von dort werden die Schalldruckschwankungen mittels der Gehörknöchelchen auf die Membran des ovalen Fensters (Innenohr) übertragen. Die Aufgabe der

Gehörknöchelchen besteht in der Anpassung des niedrigen Schallwellenwiderstands der Luft an die hohe Schallimpedanz des flüssigkeitsgefüllten Innenohrs. Ohne diese Impedanzanpassung würde ein großer Teil des Schalls am ovalen Fenster reflektiert werden, was einen Hörverlust von ca. 20 dB zur Folge hätte.

Im Innenohr befindet sich die Cochlea, die aus drei übereinanderliegenden Kanälen besteht, die spiralig um den Modiolus geformt sind. Zwei der drei Kanäle, die Scala vestibuli und die Scala tympani sind mit Perilymphe gefüllt und gehen am

Helikotrema ineinander über (Abb. 2.3). Die Scala vestibuli beginnt am ovalen Fenster und die Scala tympani endet am runden Fenster. Zwischen diesen beiden Schläuchen befindet sich die Scala media (Ductus cochlearis), ein mit Endolymphe gefüllter Schlauch, der durch die Reissner-Membran und die Basilarmembran gegen die Scala vestibuli und die Scala tympani abgegrenzt wird. Der Basilarmembran sitzt das Corti-Organ auf, welches die Haarzellen (Rezeptorzellen) enthält.

Abbildung 2.3: Darstellung von Mittelohr und Cochlea (aus Zenner 1997)

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Die Beschallung des Trommelfells ergibt eine Druckeinwirkung auf das ovale

Fenster, was wiederum zu einer Volumenverschiebung der Perilymphe in der Scala vestibuli und Scala tympani bis hin zum runden Fenster führt. Dadurch kommt es zu Verformungen des Endolymphschlauchs, die eine zur Spitze der Schnecke laufende Wellenbewegung der Basilarmembran zur Folge haben (Wanderwellentheorie). Der Ort der maximalen Auslenkung ist charakteristisch für die Wellenlänge des gehörten Klanges. Hohe Frequenzen erzeugen das Maximum der Wanderwelle nahe des ovalen Fensters, tiefe Frequenzen hingegen haben ihr Amplitudenmaximum an der Schneckenspitze. Somit ist jeder Schallfrequenz eine bestimmte Stelle des

Endolymphschlauchs zugeordnet (Tonotopie). Die Bewegung des

Endolymphschlauchs bewirkt eine Verschiebung der Basilarmembran gegenüber der Tektorialmembran wodurch eine Abbiegung der Sinneshärchen (Stereozilien) der Haarzellen verursacht wird (Abb. 2.4). Diese Abscherung der Stereozilien stellt den adäquaten Reiz für die Haarzelle dar. Dadurch wird ein Transduktionsprozess eingeleitet, der das mechanische Schallsignal in elektrische und chemische Signale umwandelt. An den inneren Haarzellen kommt es dabei zur Freisetzung eines Transmitters, der schließlich die Aktionspotentiale in den zugehörigen afferenten Fasern der Hörnerven auslöst (Zenner 1997). Etwa 95% der ungefähr 30 000 Nervenfasern ziehen afferent von den inneren Haarzellen zu den bipolaren, im Modiolus befindlichen Ganglienzellen und weiter zum Nucleus cochlearis beider Seiten (Lehnhardt 1996).

Abbildung 2.4: Querschnitt durch das Corti-Organ (aus Zenner 1997)

Für die Reizfortleitung im Hörnerv müssen einige Schallinformationen verschlüsselt werden. Die unterschiedlichen Schallfrequenzen werden entlang der Cochlea

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getrennt präsentiert und in getrennten Fasern der Hörbahn weitergeleitet um schließlich zentral identifiziert zu werden.

Eine höhere Lautstärke zeigt sich in häufigeren Aktionspotentialen und es kann zur Rekrutierung benachbarter Nervenfasern bei der Informationsweiterleitung kommen.

Die Zeitdauer eines Schallreizes wird durch die Zeitdauer der Aktivierung der Nervenfasern verschlüsselt.

Vom Hörnerv aus wird die neuronale Erregung dann über mindestens 5 -6 hintereinander geschaltete, durch Synapsen verbundene Neurone bis zum

auditorischen Cortex weitergeleitet. Bei den primären Neuronen der Hörbahn handelt es sich um bipolare Zellen, die das Ganglion spirale bilden und mit ihren peripheren Fortsätzen in Kontakt mit den inneren und äußeren Haarzellen stehen (Nieuwenhuys et al. 1991). Vom Cortischen Organ ziehen primäre akus tische Fasern im Hirnstamm zum Nucleus cochlearis ventralis bzw. Nucleus cochlearis dorsalis, wo die

Umschaltung zum zweiten Neuron erfolgt. Vom Nucleus cochlearis ventralis zieht ein Teil der Fasern zum oberen Olivenkomplex der gleichen Seite, ein Teil kreuzt aber auch auf die andere Seite. Die vom dorsalen Nucleus cochlearis kommenden Fasern ziehen in gleicher Weise zum Nucleus lemnisci lateralis. Im zweiten Neuron kreuzt ein wesentlicher Teil der Fasern auf die kontralaterale Seite. Dadurch ist jedes Innenohr mit der rechten und der linken Hörrinde verbunden. Ferner können in den Nervenzellen des Olivenkomplexes erstmals im Verlauf der Hörbahn binaurale akustische Signale miteinander verglichen werden, was bedeutend für das Richtungshören ist. Vom oberen Olivenkomplex ziehen die Fasern teils auf der gleichen Seite, teils auf der gegenüberliegenden Seite zum Colliculus inferior und danach zum Corpus geniculatum mediale um schließlich zur primären Hörrinde des Temporallappens zu gelangen. Das Prinzip der Tonotopie, das heißt bestimmte Schallfrequenzen werden an bestimmten Orten repräsentiert, bleibt in der gesamten Hörbahn bis hin zum auditorischen Cortex erhalten. Höhere Neurone sind

zunehmend auf hochkomplexe Schallmuster spezialisiert. Für das räumliche Hören zum Beispiel werden in hochspezialisierte zentralen Neuronen

Intensitätsunterschiede und Laufzeitunterschiede zwischen der Reizung des rechten und des linken Ohrs ausgewertet (Zenner 1997).

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2.3 Der Aufbau und die Funktion des Colliculus inferior

Der Colliculus inferior (IC) stellt eine wichtige Position im Bereich der zentralen Hörbahn dar. Er bildet die Schnittstelle zwischen den unteren Hirnstammbereichen der Hörbahn, dem auditorischen Cortex und dem motorischen System. Der IC erhält viele aufsteigende Projektionen von den verschiedenen Kernen aus dem unteren Bereich des Hirnstamms. Außerdem erhält er Signale vom IC der Gegenseite und absteigende Signale vom auditorischen Cortex. Daraus wird ersichtlich, dass sich im IC Informationen von verschiedenen Bereichen der Hörbahn versammeln und ein Teil der verarbeiteten Signale vom Cortex zurückgeleitet wird. Der IC erhält auch Fasern von aufsteigenden somatosensorischen Bahnen, was vermuten lässt, dass auditorische und somatosensorische Informationen im Mittelhirn zusammenkommen.

Die meisten vom IC abgehenden Bahnen ziehen zu den in Thalamus und Cortex gelegenen Abschnitten der Hörbahn, allerdings werden auch Informationen an Bereiche des motorischen Systems, wie z.B. den Colliculus superior (SC) oder das Kleinhirn weitergeleitet. Der IC repräsentiert eine Schaltstelle, um Hörinformationen zu verarbeiten, die im Verhaltenskontext von Bedeutung sind, und eine adäquate Beantwortung dieser Informationen zu veranlassen (Casseday et al. 2002). Dieser Verarbeitungsprozess ermöglicht eine Selektion zwischen wichtigen und weniger wichtigen Höreindrücken um gegebenenfalls eine Handlung einzuleiten, wofür die sensorischen und motorischen Verbindungen des IC die Grundlage darstellen.

Anatomisch gehört der IC zur Vierhügelplatte, die einen Bestandteil des Mittelhirns (Mesencephalon) darstellt. Die innere Struktur des IC ist gekennzeichnet durch die Verteilung von verschiedenen Zelltypen, von den Verzweigungsmustern der

Dendriten dieser Zellen und den Mustern, die durch die Endungen der afferenten, intrinsischen und kommisuralen Fasern entstehen. Im IC wird eine Unterteilung in einen zentralen Kern (ICC), einen Cortex und einen parazentralen Kern

vorgenommen (Abb. 2.5).

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Abbildung 2.5: Der Colliculus inferior (IC);Der zentrale Kern des IC mit seinem medialen (M), zentralen (C), lateralen (L) und ventralen(V) Anteilen und die parazentralen Kernen (DM,VL, LN, B), (aus Morest und Oliver 1984)

Die schichtartige Struktur des ICC wird definiert durch die Orientierung der

scheibenförmigen Zellen und einem Geflecht aus afferenten Fasern, die teilweise dort enden (Casseday et al. 2002; Oliver u. Morest 1984). Allerdings ist durch die überlappende Anordnung der Neurone eine exakte Abgrenzung der einzelnen Schichten nicht möglich. Die Dendriten der scheibenförmigen Zellen sind ebenfalls parallel zu den Endfeldern der ankommenden aufsteigenden und absteigenden Fasern und zu den lokalen Axonen der Zellen ausgerichtet. Daraus ergibt sich eine übereinstimmende Organisation von eintreffenden Fasern, den Dendritenschichten und den intrinsichen Verbindungen (Rockel u. Jones 1973a,b, Morest u. Oliver 1984, Oliver u. Morest 1984, Oliver u. Huerta 1992). Der schichtweise Aufbau im ICC liefert die strukturelle Grundlage für die tonotope Organisation, wobei die tonotope Achse im rechten Winkel zum anatomischen Aufbau verläuft (Irvine 1992). Im ICC werden die Frequenzen entlang eines Gradienten präsentiert, der von dorsolateral (niedrige Frequenzen) nach ventromedial (hohe Frequenze n) verläuft (Abb. 2.6). Durch diese Tonotopie bildet sich im ICC ein Stapel von isofrequenten Schichten von

verschiedener Größe, der alle Frequenzen des Hörbereichs umfasst (Ehret u.

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Schreiner 2005, Brown et al. 1997). Ein zweiter Frequenzgradient wurde im ICC der Katze beschrieben, der innerhalb einer isofrequenten Schicht verläuft, wobei niedrige

„Charakteristische Frequenzen“ (CF) dorsomedial und höhere CFs lateral und ventrolateral angeordnet sind (Schreiner und Langner 1997).

Abbildung 2.6: Anordnung der isofrequenten Schichten im ICC (aus Casseday et al. 2002)

Der zentrale Kern erhält überwiegend afferente Signale von mehr als 20 Arten von Nervenzellen aus etwa 10 verschiedenen Hirnstammkernen. Im Gegensatz zum Cortex, der überwiegend absteigenden Signale vom Endhirn (Telencephalon) erhält (Oliver u. Huerta 1992).

Etwa 75-85% der Neurone des zentralen Kerns sind scheibenförmige Zellen, bei den übrigen handelt es sich um sternförmige Zellen (Oliver u. Huerta 1992).

Die Dendriten und die Zellkörper der scheibenförmigen Zellen bilden eine Schicht und sind parallel zueinander angeordnet, innerhalb einer zweidimensionalen Ebene, die sich von dorsomedial nach ventrolateral und von rostral nach caudal erstreckt (Casseday et al. 2002). Die scheibenförmigen Zellen erreichen mit ihren Dendriten eine Länge von 200-800 µm und werden dementsprechend in kleine, mittlere, mittlere-große und große Untereinheiten eingeteilt (Oliver u. Morest 1984).

Die sternförmigen Nervenzellen werden charakterisiert durch die ovale oder sphärische Ausdehnung ihrer Dendriten. Sie kreuzen häufig in mediolateralen

Verlauf mehrere fibrodendritische Banden, was bedeuten könnte, dass eine Aufgabe der sternförmigen Zellen in der Integration mehrerer Frequenzen besteht. Eine Klassifizierung der verschiedenen sternförmigen Zellen erfolgt aufgrund ihrer Größe, Form und Verzweigungsmuster der Dendriten. Den Hauptanteil der Axone in den

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oben beschriebenen Schichten liefert der laterale Lemniscus. Bei der Katze ist eine Schicht 200 µm breit, bis zu 4 mm in rostrocaudaler Richtung , bis zu 2 mm hoch und verläuft von caudolateral nach rostromedial mit einem Winkel von 45° zur

rostrocaudalen Ebene und von ventrolateral nach dorsomedial in dorsoventraler Richtung (Oliver 2005, Brown et al. 1997). Diese Banden liefern das strukturelle Fundament für die tonotope Organisation innerhalb eines Frequenzbereichs von 0,2 – 50 kHz im ICC der Katze, woraus folgt das in jeder einzelnen Schicht ein Spektrum mehrerer Frequenzen repräsentiert wird (Abb. 2.7). Die Frequenzen ändern sich in Schritten von 175 ± 83 µm und umfassen etwa 0,28 Oktaven, woraus sich eine Anzahl von 35 bis 40 Schichten zur Codierung des 9 Oktaven umfassenden Hörbereichs der Katze ergeben (Schreiner und Langner 1997). In einigen

Untersuc hungen wird eine weitergehende Unterteilung des zentralen Kern in einen zentralen, einen medialen, einen lateralen und einen ventralen Anteil beschrieben.

Dabei stellt der zentrale Anteil des zentralen Kerns die größte Untereinheit dar, dessen Banden von ventrolateral nach dorsomedial verlaufen. Im kleineren medialen Anteil verlaufen die Schichten in ähnlicher Richtung, im Gegensatz zum lateralen Anteil, in dem die Banden im rechten Winkel zur angrenzenden zentralen Zone verlaufen. Dem ventralen Anteil fehlt eine klare Schichtung, da er nur wenige Zellen enthält (Oliver u. Huerta 1992).

Abbildung 2.7: Verlauf der Projektionen des Hirnstamms von der Cochlea zum Colliculus Inferior (aus Popper und Fay 1992)

Die Art der Neurone im zentralen Kern ist bei vielen untersuchten Spezies wie z.B.

Katze, Maus, Ratte und Mensch vergleichbar. Häufig befinden sich auch die Untereinheiten des IC in einer ähnlichen Lokalisation. Durch Untersuchungen der

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Synapsenendungen konnte gezeigt werden, dass die Anzahl der im ICC ankommenden erregenden Signale die Zahl der hemmenden Signale deutlich übertrifft (Oliver 2005).

Der Cortex bildet die dorsale und caudale Oberfläche des IC. Im Gegensatz zum zentralen Kern des IC fehlen die engen fibrodendritischen Banden. Der Hauptanteil der Nervenzellen sind sternförmige Zellen, wobei auch scheibenförmige Neurone vorkommen (Oliver et al. 1991). Am dorsalen Cortex können vier Schichten unterschieden werden. Die erste Schicht enthält wenige Zellen, deren Dendriten parallel zur Oberfläche verlaufen. In der zweiten Schicht sind viele kleine oder mittlere sternförmige Zellen zu finden, im Gegensatz zur vierten Schicht, die aus sternförmigen Zellen aller Größen besteht (Morest u. Oliver 1984). Der dorsale Cortex unterscheidet sich vom ze ntralen Kern durch seine vielen vom auditorischen Cortex kommenden absteigenden Projektionen, die eine tonotope Organisation aufweisen.

Die parazentralen Anteile des IC umgeben den zentralen Kern und den dorsalen Cortex und können eingeteilt werden in eine n lateralen, einen dorsomedialen, einen ventromedialen und einen kommissuralen Kern. Ferner gibt es noch einen Kern des rostralen Pols, der Projektionen vom LL erhält und Signale an den Colliculus superior weiterleitet (Rockel u. Jones 1973; Oliver u. Morest 1984). In den parazentralen Kernen verläuft ein Frequenzgradient bei der Katze von lateral (hohe Frequenzen) nach medial (niedrige Frequenzen) (Roth et al. 1978).

Zwischen dem IC und dem auditorischen Thalamus verlaufende Nervenfasern und der darin befindliche Kern bilden das Brachium des IC (BIC). Das BIC enthält Axone, die zum Corpus geniculatum mediale ziehen, absteigende Bahnen, die vom

auditorischen Cortex zum IC verlaufen und liefert ferner Signale an den ipsilateralen Colliculus superior (SC). Untersuchungen haben ergeben, dass der Kern des BIC eine wichtige Rolle beim räumlichen Hören spielt (Smith 2002, Kelly 1985).

Der untere Abschnitt der zentralen Hörbahn besteht aus mehr als zehn im

Hirnstamm lokalisierten Kernen, die sich in Struktur und Funktion unterscheiden und im IC zusammenlaufen. Die Hauptwege kommen vom NC, SOC und LL. Die Bahnen, die binaurale Informationen beinhalten verlaufen anatomisch getrennt von den

monauralen Wegen. Alle drei Anteile des NC verlaufen direkt zum kontralateralen IC und beliefern den IC somit mit monauralen Informationen (direkter monauraler

Leitungsweg) (Abb. 2.8). Innerhalb des IC befinden sich die Projektionen des

(23)

ventralen Nucleus Cochlearis (VCN) vor allem in ventralen Regionen und die Fasern des dorsalen Nucleus Cochlearis (DCN) vorwiegend in dorsalen Bereichen. Ebenso ziehen Fasern vom VCN kontralateral zu den Kernen des lateralen Lemniscus (LL).

Dabei handelt es sich um den mittleren Kern (INLL) und den ventralen Kern (VNLL) des LL. Somit erhält der IC monaurale Informationen direkt vom NC und indirekt über den INLL und VNLL (multisynaptischer Leitungsweg) (Casseday et al. 2002). Diese Kerne übermitteln spezielle zeitliche Informationen an den IC. Der anteriore ventrale Nucleus cochlearis (AVNC) projiziert auch zu den wichtigsten binauralen Strukturen, dem medialen superioren Olivenkern (MSO) und dem lateralen superioren

Olivenkern (LSO). Fasern vom MSO und LSO verlaufen sowohl direkt zum IC als auch zum dorsalen Kern des lateralen Lemniscus (DNLL), der dann bilateral zum IC projiziert (indirekter, binauraler Leitungsweg). So erhält der IC binaurale

Informationen direkt vom LSO und MSO und indirekt über den DNLL. Die meisten der im IC ankommenden Signale des ipsilateralen LSO sind inhibitorisch, ebenso wie vom DNLL beider Seiten. Sowohl in den direkten als auch in den indirekten

aufsteigenden Bahnen ist eine tonotope Organisation vergleichbar der des IC vorhanden (Oliver u. Huerta 1992).

Abbildung 2.8: Verlauf der aufsteigenden Bahnen vom Nucleus cochlearis (CN) zum Colliculus inferior (IC), (aus Casseday et al. 2002)

(24)

Der IC der einen Seite steht mit dem IC der Gegenseite über die sogenannte Kommissur des IC in Verbindung (Aitkin u. Phillips 1984). Die Strukturen der Verbindung weisen ebenfalls eine schichtartige Organisation auf. Die Projektionen zwischen den beiden ICs sind sowohl inhibitorischer als auch exzitatorischer Natur.

Die Projektionen der absteigenden Bahnen erreichen den IC von den Pyramidenzellen der V. Schicht des auditorischen Cortex. Die Axone der

Pyramidenzellen enden überwiegend im Cortex und den parazentralen Anteilen des IC und weniger im ICC. Die absteigenden cortikalen Bahnen zum IC sind

überwiegend exzitatorisch.

Die Endungen der aufsteigenden Projektionen befinden sich überwiegend im

ventralen Bereich des IC, wohingegen die absteigenden Bahnen und die gekreuzten Projektionen zwischen den beiden ICs hauptsächlich im dorsalen Bereich des IC enden. Das Hauptziel der vom IC ausgehenden aufsteigenden Projektionen ist das ipsilaterale Corpus geniculatum mediale (MGB). Die Axone des ICC enden

vornehmlich im ventralen Anteil, die Fasern des dorsalen Cortex ziehen zum

dorsalen Teil des MGB. Andere Ziele des IC sind der ipsilaterale Kern des Brachium, der kontralaterale IC und der kontralaterale MGB. Absteigende Projektionen des IC enden im SOC und im NC.

Somatosensorische Signale erreichen die parazentralen Anteile des IC über Projektionen der in der Medulla oblongata befindlichen Kerne Nucleus gracilis und Nucleus cuneatus. Bei der Katze wurden im parazentralen Kern bimodale

Nervenzellen gefunden, die sowohl auf kutanen als auch auf auditorischen Reiz eine Reaktion zeigten (Aitkin et al. 1981).

Die wichtigsten nicht-auditorischen Informationen erhält der IC aus Bereichen des Vorderhirns, die beteiligt sind an der Steuerung der Motorik, wie der Globus pallidus und die Substantia nigra. Diese Projektionen erreichen vornehmlich den Cortex und die parazentralen Bereiche des IC.

Von den parazentralen Kernen des IC ausgehend verlaufen Projektionen zu den tiefen Schichten des Colliculus superior (SC). Diese Bereiche sind an der Steuerung der Bewegung des Kopfes und der Augen beteiligt und stellen somit eine Verbindung zwischen dem IC und dem motorischen System her.

Im ICC und im Cortex des IC liegen zwei gegensätzliche Gradienten vor, die sich entlang der fibrodendritischen und isofrequenten Schichten erstrecken: die

aufsteigenden Fasern der Kerne der unteren Hirnstammbereiche enden überwiegend

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in den ventralen Bereichen jeder Schicht und nur we nige in den dorsalen Regionen.

Die absteigenden Fasern haben die gleiche Orientierung, allerdings enden die meisten im dorsalen Teil der Schichten und wenige in ventralen Bereichen. Dies legt die Vermutung nahe, dass der ventrale Anteil des ICC überwiegend unter dem Einfluss der aufsteigenden Bahnen steht, während der dorsale Bereich des ICC und der dorsale Bereich des Cortex des IC hauptsächlich von den Bahnen vom

auditorischen Cortex und dem kontralateralen IC beeinflusst werden (Casseday et al.

2002).

2.4 Die Pathologie der Hörbahn

Schwerhörigkeiten können unterteilt werden in Schalleitungsschwerhörigkeiten und Schallempfindungsschwerhörigkeiten. Schallempfindungsschwerhörigkeiten können weiterhin differenziert werden in cochleäre (sensorische) und retrocochleäre

Schwerhörigkeiten. Aufgrund der Lokalisation kann bei der retrocochleären Schwerhörigkeit unterschieden werden zwischen einer den Hörnerv betreffenden neuralen Form und einer mit Läsionen der höheren Abschnitten der Hörbahn einhergehenden zentrale n Form (Hoth u. Lenarz 1994) (Abb. 2.9).

Die Schalleitungsschwerhörigkeit beruht auf einer Mittelohrschädigung durch traumatische, degenerative, infiltrative oder tumoröse Prozesse wie z.B.

Trommelfellperforation, Otosklerose oder Otitis media. Besonders betroffen vom Hörverlust sind die niedrigen und mittleren Frequenzen (Merker 1997). Durch pathologische Veränderung der Gehörknöchelchen und des Trommelfells trifft der Luftschall an der Grenze zum flüssigkeitsgefüllten Innenohr auf einen viel höheren Widerstand, mit der Folge, dass der Schall zu 98% reflektiert wird, was einen Hörverlust bewirkt (Zenner 1997).

Cochleäre Schallempfindungsschwerhörigkeit kann z.B. durch die Verwendung von Medikamenten (z.B. Aminoglykosidantibiotika, Diuretika) oder durch Lärm (z.B.

Knalltrauma) entstehen. Dabei kommt es zu einer Degeneration der Haarzellen, besonders der äußeren Haarzellen, was wiederum eine gestörte Mechanik der Basilarmembranbewegung zu Folge hat. Daraufhin steigt die Hörschwelle an, und die Frequenzselektivität nimmt ab. Eine besondere Form der

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Schallempfindungsstörung ist die Altersschwerhörigkeit (Presbyakusis), bei der vornehmlich die hohen Frequenzen betroffen sind. Bei den retrocochleären

Hörstörungen stellen Akustikusneurinome und Kleinhirnbrückenwinkel-Meningeome die häufigste Ursache dar, gefolgt von Multipler Sklerose und Hirnstammtumoren (Lenarz 1988). Betroffen sind bei den retrocochleären Schädigungen in erster Linie die hohen, aber auch die mittleren Frequenzen.

Abbildung 2.9: Einteilung der Schwerhörigkeiten (aus Hoth u. Lenarz 1994)

2.5 Verschiedene elektrische Implantate im Bereich der Hörbahn

Das Cochlea-Implantat stellt ein Beispiel für eine elektronische Hörprothese im Innenohr dar. Die Funktionsweise des Cochlea-Implantates beruht auf der elektrischen Reizung des Hörnerven. Daher ist die Voraussetzung für die Implantation einer solchen elektronischen Hörprothese die erhaltene

Hörnervenfunktion. Durch Reizung des Hörnervs mittels der intracochleär gelegenen Elektrode wird schließlich das Hörerlebnis vermittelt.

Das Cochlea-Implantat setzt sich aus folgenden Komponenten zusammen: dem Mikrophon, dem Sprachprozessor, der Sendespule, der Empfängerspule, dem Empfänger-Stimulator und den Elektroden (Abb. 2.10).

Ein Mikrophon nimmt den vo n außen zugeführten Schall auf und leitet ihn über ein Kabel an den Sprachprozessor weiter, der die Information in elektrische, für den Hörnerv nutzbare Stimuli umwandelt und dann transkutan auf das Implantat

(27)

überträgt. Der Empfänger-Stimulator übersetzt nun die elektrischen Signale in analoge Impulse, um sie dann mit der entsprechenden Pulsfrequenz und Stromstärke an die Elektrode weiter zu leiten. In der Cochlea verteilen sich die Elektroden innerhalb der Scala tympani auf die untere und teilweise auch auf die mittlere Windung, so das sie möglichst engen Kontakt zu den Fasern des

Hörnervens haben. Die Information über die Tonhöhe ergibt sich aus der Anordnung der Elektroden entlang der Basilarmembran. Kontakte an der Schneckenbasis

vermitteln einen hochfrequenten und solche an der Schneckenspitze einen tieffrequenten Höreindruck (Lehnhardt 1996).

Abbildung 2.10: Aufbau eines Cochlea-Implantats (aus Reuter 1997)

Bei vollständiger Ertaubung durch Verlust beider Hörnerven kommen auditorische Hirns tammimplantat (ABI) zum Einsatz. Betroffen sind vor allem Patienten die an Neurofibromatose erkrankt sind, deren Hörnerven infolge eines Schädelbasisbruchs verletzt sind oder bei denen eine angeborene Aplasie der Hörnerven vorliegt (Lenarz et al. 2001). Die Elektrode wird auf der Oberfläche des Hirnstamms in Höhe des Nuclues cochlearis implantiert. Als bester Implantationsort für diese

Oberflächenelektroden hat sich der Recessus lateralis des 4. Ventrikels erwiesen.

Das erste Modell eines Hirnstammimplantats bestand aus einer Elektrode mit zwei Platin-Kugelkontakten (Durchmesser 0,5mm, Elektrodenabstand 1,5mm) und wurde 1979 implantiert. Bis 1989 wurden 16 Hirnstammimplantate (ABI) implantiert. Von März 1996 bis April 2000 wurden in der Medizinischen Hochschule Hannover bei 14 Patienten mehrkanalige Hirnstammimplantate eingesetzt. Die Hirnstammimplantate

(28)

bestanden je nach Modell aus bis zu 21 scheibenförmigen Platinelektroden, die auf einem Silikonträger angeordnet waren (Abb. 2.11). Zur besseren Fixierung war das Implantat auf der rückseitigen Oberfläche mit einem T-förmigen Dacronnetz

ausgestattet, welches das Gewebewachstum fördern und somit eine konstante

Position der Elektrode bewirken sollte (Lenarz et al. 2001). Bis heute wurden weltweit mehr als 200 Implantate eingesetzt. Die klinischen Ergebnisse zeigen jedoch, dass das Erlangen eines freien Wortverständnisses, wie es z.B. mit einem Cochlea- Implantat erzielt werden kann, nur selten möglich ist (Rosahl et al 2004). Insgesamt können die Hörergebnisse verglichen werden mit denen von einkanaligen Cochlea- Implantaten älterer Bauart. Dieses Defizit ist unter anderem auf eine unzureichende tonotope Stimulation zurückzuführen.

Abbildung 2.11: Schema einer mehrkanaligen Hirnstammelektrode (ABI) (Cochlear Ltd.)

2.6 Die elektrische Reaktionsaudiometrie als Ableittechnik für akustisch und elektrisch evozierte auditorische Potentiale

Unter akustisch evozierten Potentialen (AEP) versteht man die beim Hörvorgang auftretenden elektrischen Potentialschwankungen, die an der Schädeloberfläche über Nadel- oder Oberflächenelektroden ableitbar sind (Hoth u. Lenarz 1994). Die Methode zur Messung dieser Potentiale bezeichnet man als elektrische

Reaktionsaudiometrie (ERA), die ursprünglich der Ableitung weit überschwelliger auditorisch evozierter Potentiale diente und heute in klinischen Bereichen ein Teil der Hörprüfung ist. Potentiale können gezielt aus den verschiedenen Stufen der Hörbahn abgeleitet werden. Da die ERA nur als Oberbegriff zu verstehen ist, wird eine

(29)

Unterteilung notwendig, die sich durch den zeitlichen Ablauf (Latenzzeit) der Reizantworten ergibt.

Dem Hörnerven und dem Hirnstamm können die frühen auditorisch evozierten Potentiale (FAEP, 0-10 ms) zugeordnet werden. Die mittleren auditorisch evozierten Potentiale (MAEP, 10-50 ms) werden im Lemniscus lateralis und den auditorischen Feldern des Thalamus generiert. Die späten auditorisch evozierten Potentiale (SAEP, 50-500 ms) stellen Summenpotentiale aus der primären und sekundären Hörrinde dar (Lehnhardt 1996). Entsprechend ihrer Entstehungsorte werden die frühen Potentiale auch als Hirnstammpotentiale (BAEP) und die späten als corticale Potentiale (CAEP) bezeichnet. Da die mittleren Potentiale sowohl im Mittelhirn als auch im Cortex generiert werden erfo lgt eine Klassifizierung nur aufgrund ihrer Latenz (Abb. 2.12).

Abbildung 2.12: Verlauf der akustisch evozierten Potentiale (aus Ross 2001)

Das Prinzip der ERA besteht in der Applikation akustischer oder elektrischer Reize und der Erfassung der dadurch ausgelösten Änderungen der neuronalen Strukturen.

Um solche Potentiale aus allen Regionen der Hörbahn und auch bei geringen Reizlautstärken registrieren zu können, muss mit Hilfe eines Computers durch Mittelwertbildung (Averaging) das Antwortsignal aus dem Grundrauschen des EEGs herausgefiltert werden (Lehnhardt 1996). Eine ERA-Messapparatur setzt sich aus folgenden Komponenten zusammen: 1. ein Reizgenerator, dB-Teiler und Wandler, die den Stimulus liefern, 2. Elektroden, Anschlussleitungen und Abschirmung, die für die Verbindung zwischen Patient und Apparatur sorgen, 3. ein Verstärker und Filter für die Bearbeitung des EEGs und 4. ein Analog/Digitalwandler, Datenprozessor und

(30)

Programm, die für die digitale Verarbeitung des EEG-Signals zuständig sind (Abb.

2.13) (Hoth u. Lenarz 1994).

Abbildung 2.13: Anlage zur Registrierung auditorisch evozierter Potentiale (aus Hoth u.

Lenarz 1994)

Da die Refraktärzeit in Richtung auf die Hirnrinde zunimmt, muss die

Reizfolgefrequenz umso niedriger gehalten werden je zentraler Potentiale abgeleitet werden sollen. Um die Schwelle der Reizantwort zu ermitteln, reduziert man die Reizlautstärke bei 90 dB beginnend schrittweise um jeweils 10 dB.

Die Potentiale der FAEP werden sowohl mit römischen Ziffern P I-VII als auch mit J1- J7 nach Jewett, einem der Erstbeschreiber, benannt. Ferner werden per Definition nur die positiven Peaks ausgewertet. Jeder Peak hat seinen anatomischen Ursprung in unterschiedlichen Generatoren. P I entstammt dem distalen Anteil des Hörnerven (Buchwald u. Huang 1975). P II entsteht in den proximalen Anteilen des Hörnervs und im Nucleus cochlearis (NC). P III hat seinen Ursprung wahrscheinlich im Bereich des NC bis zum oberen Olivenkomplex (SOC) der kontralateralen Seite. Die P IV - bis P V-Komplexe entstammen dem Lemniscus lateralis und dem Colliculus inferior.

Aufgrund dieser anatomischen Zuordnung wird deutlich, dass P I und P II von

ungekreuzten, ipsilateralen Strukturen generiert werden, während die nachfolgenden Peaks auch gekreuzten Anteilen der Hörbahn entstammen. Die Indikation zur

(31)

Ableitung von Hirnstammpotentialen ist vielfältig und reicht von der Hörprüfung bei Säuglingen und Kleinkindern über die Diagnostik von Tumoren im inneren

Gehörgang oder im Kleinhirnbrückenwinkel bis hin zur Lokalisation intrazerebraler Störungen der Hörbahn (Lehnhardt 1996). Ein Schwerpunkt ist die Differenzierung zwischen cochleären und retrocochleären Hörstörungen. Auch im Bereich der Tiermedizin findet die ERA in zunehmendem Maße in der Diagnostik Verwendung.

Aufzeichnungen der Klinik für kleine Haustiere der Tierärztlichen Hochschule

Hannover zeigen, dass seit 1996 vermehrt auch Katzen auf das Vorhandensein einer cochleären Hörstörung untersucht wurden, was mit der von vielen

Katzenzuchtverbänden bei weißen Katzen geforderten Nachweispflicht der

beidseitigen Hörfähigkeit begründet werden kann (Keller 1997). Bei der Auswertung der Potentiale werden die Latenzen und Amplituden ermittelt. Unter der Latenz versteht man die Zeit zwischen Reizbeginn und Auftreten des Potentials. Die Amplitude wird vom Extremwert zur Nulllinie oder als Differenz aus Maximal- und Minimalwert ermittelt. Untersuchungen der Hirnstammpotentiale an Menschen und Katzen haben gezeigt, dass die Form und die Größe der Potentialfolge bei beiden Spezies vergleichbar sind. Die Latenzen der einzelnen Potentiale sind bei Katzen kürzer als beim Menschen (Tab. 2.1 u. 2.2). Ferner wurde eine Verkürzung der Absolutlatenz der elektrisch evozierte Potentiale (FEEP) im Vergleich mit den akustisch evozierten Potentialen (FAEP) bei Katze und Mensch beschrieben, was auf die direkte elektroneurale Ankopplung bei den elektrische evozierten Potentialen zurückzuführen ist (van den Honert 1985). Mit sinkender Reizlautstärke verlängern sich die Latenzen und die Amplitude ist im unteren Bereich der Reizlautstärke (< 50dB nHL) kaum noch zu identifizieren. Hinsichtlich der Auswertung einer BERA- Untersuchung sind die Normwerte der Potentiallatenzen P I, P III und P V wichtige Größen, da Abweichungen Hinweise a uf pathologische Veränderungen geben (Hoth u. Lenarz 1994).

(32)

Tabelle 2.1: Latenzen der FAEP bei Katzen und Mensch

(nach Van den Honert u. Stypulkowski 1986, Hoth u. Lenarz 1994)

FAEP Katze Mensch

Latenz von P I (ms)

1,1 1,8

Latenz von P II (ms)

1,9 2,9

Latenz von P III (ms)

2,5 3.8

Latenz von P IV (ms)

3,6 5,0

Latenz von P V (ms)

5,8

Tabelle 2.2: Latenzen der FEEP bei Katzen und Menschen (nach Van den Honert u. Stypulkowski 1986)

FEEP Katze Mensch

Latenz von P I (ms)

0,41 0,83

Latenz von P II (ms)

0,96 1,20

Latenz von P III (ms)

1,61 2,10

Latenz von P IV (ms)

2,55 3,29

Latenz von P V (ms)

4,09

Die Reizantwort der MAEP befindet sich in einem Zeitfenster von 10-50 ms nach Reizbeginn und stellt sich als Wellenfolge mit den Benennungen N0/Po, Na/Pa und Nb dar. Es werden sowohl positive als auch negative Potentiale ausgewertet. Die größte Konstanz zeigen die Wellen P0 und Pa. Die Latenzen der MAEP können allerdings auch unter physiologischen Verhältnissen deutliche Schwankungen aufweisen. Die MAEP sind zum Zeitpunkt der Geburt nicht nachweisbar, da die Reifung des auditorischen Systems von peripher nach zentral verläuft.

Bei den SAEP stellen sich die Potentiale mit zwei positiven und zwei negativen Peaks (P1, N1, P2, N2) über einen Zeitraum von 50-500 ms nach Stimulusbeginn dar. Im Gegensatz zu den FAEPs werden hier jedoch positive

Potentialschwankungen nach unten und negative Schwankungen nach oben aufgetragen. Klinisch sind hauptsächlich die FAEPs von Interesse. Werden die Messungen der MAEP und SAEP in Narkose oder Sedation durchgeführt, sind die

(33)

Ergebnisse weniger konstant, da sie von der Art und der Tiefe der Narkose bzw.

Sedation stärker beeinflusst werden als die FAEP. Vergleichende Untersuchungen zwischen Pentobarbital (Injektionsnarkose) und Isofluran (Inhalationsnarkose) haben ergeben, dass die mittlere minimale Schwelle der Potentiale bei Verwendung von Isofluran um durchschnittlich 12 dB höher liegt und die Latenz um 2 ms verlängert ist gegenüber Pentobarbitalnarkosen. Ebenso ist die Anzahl der spontanen Potentiale bei Pentobarbital signifikant höher als bei Isofluran (Cheung et al. 2001).

Abbildung 2.14: Übersicht der Eigenschaften der verschiedenen AEP-Gruppen (nach Hoth u. Lenarz 1994)

2.7 Die Ziele der Untersuchung

In dieser Arbeit sollen Nutzen und mögliche Risiken der Implantation einer mehrkanaligen Mittelhirnelektrode im Bereich der zentralen Hörbahn untersucht werden. Als Implantationsort wurde der Colliculus inferior (IC) gewählt.

In akuten Versuchen a n normal hörenden Katzen wurden die akustisch und

elektrisch evozierten Potentiale ermittelt und anhand verschiedener Parameter wie Latenz, Interpotentiallatenz und Amplitude analysiert und miteinander verglichen. Die Messungen erfolgten in Abhängigkeit vo n der Reizstärke, der Stimulationsfrequenz und dem Messzeitpunkt. In mehreren Kontrollmessungen wurden die Auswirkungen unterschiedlicher Narkotika und der unmittelbare Einfluss der Implantation der Mittelhirnelektrode in den IC auf die akustisch evozierte n Potentiale dokumentiert.

Der Vergleich der akustisch und elektrisch evozierten Potentiale soll aufzeigen

(34)

inwieweit es möglich ist durch elektrische Stimulation der Hörbahn zentral des

Hörnerven Potentiale hervorzurufen, die der Latenz und Form nach vergleichbar sind mit Potentialen nach akustischer Stimulation. Um Informationen über die

Funktionsfähigkeit und Biokompatibilität der Mittelhirnelektrode im chronischen Einsatz zu gewinnen wurden normal hörende und ertaubte Katzen über mindestens 90 Tage elektrisch stimuliert. Die Impedanzen der Mittelhirnelektrode wurden

regelmäßig gemessen. In Röntgenuntersuchungen wurde die Position der Mittelhirnelektrode kontrolliert.

(35)

3. Material und Methode

3 Material und Methode

3.1 Material

3.1.1 Die Versuchstiere

Die an dem Versuch beteiligten Katzen stammten aus der Zucht der Katzenhaltung des Zentralen Tierlaboratoriums der Medizinischen Hochschule Hannover. Die Haltung der Tiere erfolgte in vollklimatisierten, fensterlosen Räumen mit

Gruppengrößen von 4-15 Tieren je nach Größe des Raumes (12-24 m²). Die Haltungsbedingungen waren mit einer Temperatur von 24°C, 40-60% relativer Luftfeuchtigkeit und täglich 12-stündiger Beleuchtung für alle Katzen identisch. Die Ernährung der Tiere erfolgte mittels handelsüblichen Trocken- und Dosenfutter. Der gesamte Katzenbestand wurde regelmäßig veterinärmedizinisch betreut und alle untersuchten Katzen waren frei von Ekto - und Endoparasiten. Alle Tiere waren serologisch negativ in Bezug auf das feline Immundefizienzvirus (FIV), das feline Leukämievirus (FeLV) und Toxoplasmose. Geimpft wurde regelmäßig gegen Katzenschnupfen (Infektiöse Rhinotracheitis) und Katzenseuche (Infektiöse Panleukopenie).

Es handelte sich bei den Versuchstieren um Katzen sowohl männlichen als auch weiblichen Geschlechts. Alle Tiere waren bei Versuchsbeginn älter als sechs Monate, um ein vollständig ausgereiftes auditorisches System voraussetzen zu können.

Diese Studie beinhaltet Untersuchungen an insgesamt 32 Katzen. Die Einteilung der am Versuch beteiligten Tiere erfolgt in zwei Hauptgruppen:

1. 15 Katzen in akuten Experimenten. Bei diesen Experimenten handelt es sich um Finalversuche, bei denen die Tiere nach einer maximalen Versuchdauer von vierundzwanzig Stunden nicht wieder erwachen.

2. 17 Katzen in chronischen Experimenten. Davon wurden 6 Katzen mit einer Mittelhirnelektrode implantiert und über einen Zeitraum von 90 Tagen ohne weitere Manipulation beobachtet. Die anderen 11 Katzen wurden implantiert und anschließend über mindestens 90 Tage

elektrisch stimuliert. Bei diesen chronisch e lektrisch stimulierten Tieren

(36)

gab es Unterschiede im Hörstatus. Die Versuchsgruppe setzte sich zusammen aus 4 normal hörenden Katzen, 4 neonatal experimentell ertaubten Katzen und 3 adult experimentell ertaubten Katzen.

Alle Tiere wurden bei Versuchsende unter Vollnarkose intrakardial perfundiert. Bei der Perfusion wurde zuerst mit 0,5 l 0,9% PBS (0,1 M; pH 7,4) vorgespült und danach mit 0,5 l 4% Paraformaldehyd-Lösung in PBS perfundiert.

Anschließend wurde das Gehirn entnommen, präpariert und histologische n Untersuchungen zugeführt.

Der Versuch der mit diesen insgesamt 32 Tieren durchgeführt wurde, ist von der zuständigen Abteilung des LAVES Niedersachsen unter der Aktennummer 03/641 genehmigt worden.

Tabelle 3.1: Gesamtübersicht der am Versuch beteiligten Katzen Gruppe1

15 Katzen in akuten Experimenten

Gruppe 2 17 Katzen in chronischen Experimenten

Gruppe 2a 6 Katzen

implantiert, unstimuliert

Gruppe 2b 11 Katzen

implantiert, elektrisch stimuliert 4 Katzen 4 Katzen 3 Katzen

hörend

neonatal ertaubt

adult ertaubt

3.1.1.1 Die Tiere der akuten Experimente (Gruppe 1)

Zu dieser Versuchsgruppe gehörten 15 Katzen, denen in akuten Experimenten Mittelhirnimplantate (AMI) in den Colliculus inferior (IC) eingesetzt wurden.

In diesen Versuchen wurden akustisch evozierte Potentiale im IC gemessen. Die elektrische Stimulation erfolgte über die Mittelhirnelektrode und die Reizantworten wurden am auditorischen Cortex mit einer Oberflächenelektrode abgeleitet. Bei allen Tieren wurden zur Kontrolle des Hörstatus einmalig am Versuchsbeginn die

akustisch evozierten Potentiale dokumentiert. Bei einigen Katzen wurden weitere ERA-Messungen vor der Craniektomie sowie vor und nach der Implantation der

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Mittelhirnelektrode durchgeführt, um unterschiedliche Narkosebedingungen und die unmittelbaren A uswirkungen der Implantation zu untersuchen.

Während der gesamten Versuchsdauer befanden sich die Tiere in Vollnarkose.

Bei der Narkose handelte es sich um eine Injektionsnarkose, wobei Narcoren®- Injektionslösung (Pentobarbital) mit isotoner NaCl-Lösung im Verhältnis 1:25 verdünnt und mittels eines Perfusors intravenös verabreicht wurde. Die Dosierung lag wirkungsabhängig zwischen 1,5 und 3 ml (3,6-7,2 mg Pentobarbital) pro Stunde.

Um einer Atemdepression vorzubeugen, wurden die Tiere intubiert, an ein Beatmungsgerät angeschlossen und mit Hilfe eines Kapnographen während der gesamten Versuchsdauer kontrolliert. Zusätzlich wurde die Kreislaufsituation mittels EKG und Pulsoximeter überwacht.

3.1.1.2 Chronisch implantierte, unstimulierte Tiere (Gruppe 2a )

Diese Versuchsgruppe setzte sich aus 6 Katzen zusammen.

Diese Katzen wurden mit einer Mittelhirnelektrode implantiert und anschließend ohne weitere Manipulationen über einen Zeitraum von 90 Tagen beobachtet.

3.1.1.3 Chronisch implantierte, elektrisch stimulierte Tiere (Gruppe 2b)

Zu dieser Versuchsgruppe gehörten 11 Katzen, die hinsichtlich ihres Hörstatus Unterschiede aufwiesen. 4 Katzen waren normal hörend und 7 Tiere waren

experimentell ertaubt. Von den 7 tauben Katzen wurden 4 Tiere neonatal und 3 Tiere mit einem Mindestalter von 6 Monaten adult ertaubt. Die experimentelle Ertaubung dieser Katzen erfolgte im Rahmen einer vorausgegangenen Studie dieser

Arbeitsgruppe (genehmigt vom LAVES Niedersachsen, Aktennummer 97/972).

Nach der Implantation der Mittelhirnelektrode wurden die Katzen über einen Zeitraum von mindestens 90 Tagen mittels herkömmlicher Sprachprozessoren (Modell Sprint, Fa. Cochlear Ltd.) mit ca. 2dB über der Hörschwelle elektrisch stimuliert. Ferner wurden bei diesen Katzen mehrfach Hirnstammaudiometriemessungen unter

(38)

Sedation durchgeführt. Die Funktion der Elektrode wurde mittels Impedanzmessung regelmäßig dokumentiert. Bei 6 Katzen wurde die Position der Mittelhirnelektrode durch Röntgenaufnahmen kontrolliert.

Ertaubung von neugeborene n Katzen: Neomycin ist ein ototoxisches Aminoglykosid.

Für die Ertaubung von neugeborenen Tieren wurde Neomycinsulphat in 0,9 % NaCl- Lösung (50 mg/ml) verwendet. Den neugeborenen Tieren wurde ab dem 1.

Lebenstag über einen Zeitraum von 16-20 Tagen täglich Neomycinsulphat-Lösung (1 ml/kg/Tag) subkutan injiziert. Im Alter von 14 Tagen erfolgte unter Sedation eine Kontrolle der Ertaubung mittels Hirnstammaudiometrie nach akustischer Stimulation.

War noch ein Resthörvermögen vorhanden wurde erneut Neomycinsulphat-Lösung subcutan über weitere 4 Tage verabreicht und im Anschluss daran eine erneute Kontrolle durchgeführt (Cords 1996).

Ertaubung von adulten Katzen: In einem operativen Eingriff wurde ein

retroauriculärer Hautschnitt gesetzt und die Bulla tympanica eröffnet. Dann wurde durch das runde Fenster die in der Cochlea vorhandene Perilymphe per Spritze entfernt und durch 0,5 ml einer Neomycinlösung (25 mg/ml) ersetzt.

Etwa 10 Tage nach diesem Eingriff wurde der Hörstatus des Tieres mittels Hirnstammaudiometriemessung kontrolliert und dokumentiert (Cords 1996).

3.1.2 Sachmaterial

3.1.2.1 Die Mittelhirnelektrode

Bei der Mittelhirnelektrode (Auditory Midbrain Implant, AMI) handelt es sich um eine stabförmige Elektrode mit 20 ringförmig angelegten Platin-Iridium-Kontakten, die jeweils eine Breite von 100 µm haben und im Abstand von jeweils 200 µm

angeordnet sind. Der Abstand der Elektrodenkontakte korrespondiert mit dem Abstand der Frequenzbänder im Colliculus inferior (IC). Per Definition befindet sich der Kontakt 1 am basalen und der Kontakt 20 am apikalen Ende der Elektrode (Abb. 3.1). Die Elektrodenkontakte sind von einem Silikonträger umhüllt. Die

Mittelhirnelektrode hat eine Länge von 6,4 mm und einen Durchmesser von 0,4 mm.

(39)

Durch ein zentral gelegenes Stilett wird die Elektrode versteift, was die Penetration während der Implantation erleichtert. Nach Entfernung des Stiletts ist die Elektrode biegsam und passt sich den pulsendenBewegungen des Hirngewebes an. Die

Elektrode wurde in Zusammenarbeit mit der Firma Cochlear Ltd. (Sydney, Australien) entwickelt. Am basalen Ende der Elektrode befindet sich ein kreisförmiges

Dacronnetz, was die Anhaftung der Elektrode am Gewebe begünstigen soll. Von der Elektrode ziehen Kabel in einer Silikonummantelung zu einem Stecker, der die Verbindung zu dem Implantatempfänger herstellt.

Die Mittelhirnelektrode ermöglicht im IC die Messung akustisch evozierter Potentiale und die elektrische Stimulation der weiteren zentralen Hörbahn bis zum

auditorischen Cortex. In den Akutversuchen wurde die Elektrode zusätzlich zur Ableitung intracorticaler Signale am auditorischen Cortex verwendet.

Abbildung 3.1: Die Mittelhirnelektrode (AMI)

Dacronnetz

Stilet

Kontakt 20

Kontakt 1

1,5 mm

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3.1.2.2 Die Hirnstammelektrode

Bei der Hirnstammelektrode (Auditory Brainstem Implant, ABI) handelt es sich um eine Oberflächenelektrode mit 21 kreisförmigen Platinkontakten, die jeweils einen Durchmesser von 0,7 mm haben. Die Elektrodenkontakte sind in 3 Reihen mit jeweils 7 Kontakten auf einem Silikonträger angeordnet. Die gesamte Elektrode ist 8,5 mm lang und 3 mm breit (Abb. 3.2). Auf der rückseitigen Oberfläche der Elektrode

befindet sich T-förmiges Dacronnetz, was eine gute Anhaftung der Elektrode an das Gewebe bewirken soll. Die Elektrode wurde von der Firma Cochlear Ltd. (Sydne y, Australien) entwickelt für den klinischen Einsatz als Hörprothese bei Patienten mit defektem Hörnerv.

Die Hirnstammelektrode diente in diesen Versuchen der ortsspezifischen Ableitung von akustisch und elektrisch evozierten Potentialen an der Oberfläche des

auditorischen Cortex.

Abbildung 3.2: Die Hirnstammelektrode (ABI) (Cochlear Ltd., Sidney, Australien)

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3.1.2.3 Die Pharmaka

a. Domitor, Medetomidinhydrochlorid (1 mg/ml), Pfizer GmbH b. Ketamin 10%, Ketaminhydrochlorid (115,34 mg/ml) und

Benzethoniumchlorid (100 µg/ml) in Natriumchloridlösung; WDT, Garbsen c. Rimadyl, Carprofen (50 mg/ml), Pfizer GmbH

d. Langzeitpenicillin und Dihydrostreptomycin, Suspension zur Injektion;

aniMedica GmbH

e. Atropinsulfat Braun 0,5 mg; B. Braun Melsungen AG, Mels ungen

f. Neomycinsulfat (50 mg/ml) in 0,9 % Natriumchloridlösung; Sigma-Aldrich Chemie GmbH, Steinheim

g. Narcoren, Pentobarbital-Natrium in Natriumchlorid-Lösung (60 mg/ml); WDT, Garbsen

h. Xylonest 2%, Prilocainhydrochlorid (20 mg/ml); AstraZeneca GmbH, Plankstadt

i. Thilo-Tears Gel; Alcon Pharma GmbH, Freiburg i. Breisgau

j. Propofol- Lipuro 1%, Propofol (10 mg/ml), B. Braun Melsungen AG, Melsungen

k. Antisedan®, Atipamezolhydrochlorid (5 mg/ml), Pfizer GmbH

Domitor® wurde zur Sedation bei der Durchführung der

Hirnstammaudiometriemessungen bzw. zur Narkose-Prämedikation eingesetzt.

Ketamin wurde im Bedarfsfall zusätzlich in Kombination mit dem Domitor®

verabreicht. Antisedan® wurde eingesetzt um nach Abschluss einer

Hirnstammaudiometriemessungen die Restwirkung von Domitor® zu antagonisieren.

Bei den Operationen wurde Propofol® zur Narkoseeinleitung verwendet. Narcoren®

wurde als Injektionsnarkotikum bei Akutversuchen verwendet. Xylonest wurde bei allen operativen Eingriffen zur Lokalanästhesie im Bereich der Schnittführung genutzt. Rimadyl® diente als prä- und postoperatives Analgetikum. Zur Prophylaxe wurde im Rahmen der Implantation über den Zeitraum von einer Woche ein

Breitbandantibiotikum (Langzeitpenicillin und Dihydrostreptomycin) per Injektion gegeben.

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3.1.2.4 Die technischen Ausstattung für die elektrische Reaktionsaudiometrie

Die Messung der akustisch und elektrisch evozierten Potentiale erfolgte mit Hilfe der ERA-Meßapparatur der Fa. ZLE-Systemtechnik, die sich aus folgenden

Komponenten zusammensetzt:

• Ein Computer

• Ein Signalgenerator Modell Universal-Stimulator USTI 040 mit integrierter Stromquelle

• Ein DATA-Acquisition-System DAS100-16 mit integriertem Verstärker

Bei der Messung der akustisch evozierten Potentiale wurden dem Gehörgang des Tieres mittels Kopfhörer akustische Klickreize oder frequenzspezifische Reize zugeführt. Je nach ausgewähltem Programm, FAEP oder MAEP, wurden die Potentiale 20 bzw. 50 ms nach dem Stimulus mit einer Abtastrate von 25 kHz abgeleitet und entsprechend der Messapparatur ve rstärkt (z.B.1000-fach bei den FAEP), Bandpass-gefiltert (100-1500 Hz) und von einem analogen in ein digitales Signal umgewandelt. Auf zwei Aufnahmekanälen wurden jeweils 500

Einzelaufnahmen gemittelt und dann zum Ergebnis aufsummiert.

Bei der Messung der elektrisch evozierten Potentiale wurde das Stimulationssignal vom Signalgenerator auf die Mittelhirnelektrode übertragen. Ein Triggersignal steuerte die reizsynchrone Signalaufnahme und sicherte so eine feste zeitliche Kopplung zwischen Stimulus und Ableitung der Reizantwort. Um eine

Vergleichbarkeit zwischen elektrischen und akustischen Messungen zu gewährleisten wurden in der Elektrodenbox des Reizaufnahmesystems Vorwiderstände von 5 kÙ eingefügt.

Die Ableitung der akustisch und elektrisch evozierten Potentiale erfolgte in Abhängigkeit von der Fragestellung mit Unterhautnadelelektroden, der Mittelhirnelektrode oder einer mehrkanaligen Oberflächenelektrode. Über die Ableitelektroden wurden die Potentialänderungen an die ERA-Messapparatur weiterleitet. Die subcutanen Ableitelektroden wurden im Bereich des Schädels, an der Stirn (Referenzelektrode), am rechten und linken Mastoid oder entsprechen rechts und links in der Unterha ut im Bereich des auditorischen Cortex , und am Nacken (Erdungselektrode) positioniert.