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Künstliche Hörhilfen: Ionenkanäle als Lichtschalter

Cochlea-Implantate stimulieren den Hörnerv mittels kleiner Elektroden und können so einen Teil des Hörvermögens wiederherstellen. Das ist jedoch durch die reduzierte Information über die Tonhöhen eingeschränkt. Eine Alternative könnten in Zukunft optogenetische Implantate sein.

Träger von Cochlea-Implantate könne Sprache zwar verstehen, Melodien in Sprache und Musik sind ihnen jedoch kaum zugänglich. Bildquelle: © Pixabay

Träger von Cochlea-Implantate könne Sprache zwar verstehen, Melodien in Sprache und Musik sind ihnen jedoch kaum zugänglich.

Ein Gespräch auf der Straße, der Besuch eines Konzertes – alltägliche Dinge sind für Menschen mit Hörbehinderung häufig nicht mehr möglich. Ursache ist in den meisten Fällen ein Verlust der Sinneszellen in der Hörschnecke (Cochlea) des Ohres. Die Zellen wandeln den akustischen Reiz in elektrische Signale um. Diese werden dann durch die Hörnerven an das Gehirn weitergeleitet.

Herkömmliche Cochlea-Implantate reizen die Hörnervenzellen in der Cochlea mit zwölf bis 24 Elektroden und umgehen so die defekten oder verlorenen Sinneszellen. Obwohl die Elektroden der Implantate klein sind, stimuliert jede von ihnen einen großen Frequenzbereich. Das erschwert es dem Gehirn jedoch, akustische Signale mit ähnlichem Frequenzgehalt voneinander zu unterscheiden. Die Träger können daher in der Regel Sprache zwar verstehen, das gelingt aber nur in ruhiger Umgebung. Die Melodien in Sprache und Musik sind ihnen kaum zugänglich. Wenn es gelänge, die Hörnervenzellen räumlich präziser zu stimulieren und damit die Unterscheidung von Frequenzen zu erleichtern, ließe sich das Hörvermögen erheblich verbessern. Eine Alternative zu den herkömmlichen Implantaten könnten in Zukunft optogenetische Implantate sein wie sie derzeit am Göttingen Campus entwickelt werden.

Molekulare Lichtschalter

Dabei müssen den Hörnervenzellen im Ohr »molekulare Lichtschalter« – sogenannte Kanalrhodopsine – eingesetzt werden. Ein Forscherteam aus Wissenschaftlern vom Max-Planck-Institut für Biophysik in Frankfurt, des Göttingen Campus und des Frankfurter Max-Planck-Instituts für Hirnforschung hat Kanalrhodopsine mit besonders kurzen Öffnungszeiten entwickelt und diese in Nervenzellen des Gehirns und des Ohrs von Mäusen eingesetzt. Damit gelang es den Forschern, das Feuern von Nervenimpulsen in verschiedenen Nervenzelltypen mit roten Lichtpulsen bis nahe an das physiologische Limit der jeweiligen Zellen „zu treiben“. Die Kanäle werden mittels Genfähren gezielt in den Hörnerv des Ohrs eingebracht – eine wichtige Voraussetzung für die verbesserte Verarbeitung von Tonfrequenzen. Optogenetische Cochlea-Implantate könnten stark schwerhörigen Menschen damit eines Tages sogar den Genuss von Musik ermöglichen.

Das relativ junge Gebiet der Optogenetik erlaubt es Neurowissenschaftlern seit einigen Jahren, einzelne Nervenzellen mittels Licht gezielt an- und auszuschalten. Zum Einschalten der Zellen wird der ursprünglich aus einzelligen Algen stammende lichtempfindliche Ionenkanal – das sogenannte Kanalrhodopsin – mithilfe eines Virus in die Zellmembran eingebracht. In einer Studie hatten Tobias Moser von der Universitätsmedizin Göttingen, Ernst Bamberg vom Max-Planck-Institut für Biophysik zusammen mit Kollegen 2014 herausgefunden, dass die verfügbaren Kanalrhodopsine wahrscheinlich zu langsam für die Zellen des Hörnervs sind - ein gravierendes Hindernis auf dem Weg zum optogenetischen Cochlea-Implantaten.

Anders als ein herkömmliches (oben) Cochlea-Implantat soll ein optogenetisches (unten) Implantat die Nervenzellen der Hörschnecke nicht elektrisch stimulieren, sondern mit Lichtpulsen aus sehr kleinen Lichtquellen. Bildquelle: © Institut für Auditorische Neurowissenschaften, Universitätsmedizin Göttingen

Anders als ein herkömmliches (oben) Cochlea-Implantat soll ein optogenetisches (unten) Implantat die Nervenzellen der Hörschnecke nicht elektrisch stimulieren, sondern mit Lichtpulsen aus sehr kleinen Lichtquellen.