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Neuroprothesen: Elektroden im Ohr

Interview – Derzeit ist das Gehör das einzige Sinnesorgan, das sich erfolgreich ersetzen lässt: Ein künst­liches Innenohr, das sogenannte Cochlea-Implantat, ermöglicht es ertaubten Menschen, wieder zu hören.

MED-EL Bildquelle: © MED-EL

Allein in Deutschland werden jedes Jahr rund 5000 Hörimplantate eingepflanzt.

Basis für die Cochlea-Implantate (CI) von heute war die richtungsweisende Forschung von Inge und Erwin Hochmair mit der Entwicklung des ersten mikroelektronischen, mehrkanaligen Cochlea-Implantats ( in den 1970er Jahren in Wien. Was als Forschungsprojekt begann, mündete 1990 in die Gründung des Medizintechnik-Unternehmens MED-EL Elektromedizinische Geräte Gesellschaft in Innsbruck. Heute ist MED-EL führender Hersteller von implantierbaren Hörlösungen. Im Interview erklärt Dr. Manuela Baur, Leiterin Klinische Studien bei MED-EL, wie ein Cochlea-Implantat funktioniert und welche Entwicklungen aktuell und in naher Zukunft von Bedeutung sein werden.

Bei welcher Art Hörverlust, bei welcher Indikation kann ein CI helfen?

Dr. Manuela Baur: Schwere bis hochgradige Schallempfindungs-Schwerhörigkeit führt dazu, dass der Betroffene fast keine Töne mehr hört, egal welche Frequenz diese haben. Diese Art von Hörverlust kommt bei Personen aller Altersklassen vor und wird normalerweise durch Lärm, Verletzung, Krankheit, gehörschädigende Medikamente oder genetische Veranlagung ausgelöst. Eine Schallempfindungs-Schwerhörigkeit tritt auf, wenn die Haarzellen in der Cochlea beschädigt sind oder fehlen. Diese Art von Hörverlust bleibt in der Regel dauerhaft bestehen, tritt am häufigsten auf und betrifft alle Altersklassen. Betroffene mit schwerer bis hochgradiger Schallempfindungs-Schwerhörigkeit können keine Töne unter etwa 70 dB hören. Selbst optimal eingestellte konventionelle Hörhilfen können diesen Betroffenen meist nicht mehr helfen.

Gibt es Fälle, in denen ein Hörimplantat nicht eingesetzt werden kann, etwa bei bestimmten Vorerkrankungen?

Solche Fälle gibt es durchaus. Bei gehörlos geborenen Erwachsenen muss man eine CI-OP streng abwägen, denn häufig lernt das Gehirn dann nicht mehr, mit den Hörinformationen aus dem CI umzugehen. Auch bei Erkrankungen des Hörnervs hilft ein CI meist nur wenig oder nicht. Außerdem können seltene anatomische Probleme eine Rolle spielen. Meist sind es jedoch nicht technische oder chirurgische Gründe, die einer Implantation im Weg stehen, sondern Patienten kennen diese Option nicht oder haben Angst davor, weil sie nicht ausreichend von Ärzten informiert werden.

MED-EL Bildquelle: © MED-EL

CIS PRO+ Audioprozessor (Taschenprozessor mit drei Programmen) aus dem Jahr 1996.

Wie ist ein CI aufgebaut?

Das Cochlea-Implantat besteht aus internen und externen Komponenten, welche zusammen eine Einheit bilden. Mit intern ist das Implantat gemeint, bestehend aus Empfangsspule mit eingebettetem Haltemagnet, dem Implantatgehäuse mit integrierter Elektronikeinheit (Stromquellen, ASIC, Ausgangskondensatoren etc.) und dem Elektrodenträger. Das Implantat ist vollständig mit biokompatiblem Silikon ummantelt. Mit extern meinen wir den Audioprozessor, bestehend aus Prozessoreinheit, Batterie beziehungsweise Akku-Fach und Sendespule, der hinter dem Ohr getragen wird. Die Bedienung des Audioprozessors erfolgt über eine Fernbedienung.

Wie bekommt man so viel Elektronik auf so wenig Raum?

Die ersten Implantate waren sehr viel einfacher aufgebaut und mit wesentlich weniger elektronischen Komponenten bestückt. Die Anzahl der Bauelemente innerhalb eines Implantates hat sich vervielfacht – die Größe ist aufgrund von Miniaturisierung der elektronischen Bauelemente jedoch gesunken. Die Entwicklung eigener Chips (ASICs) bedeutete wiederum einen großen Schritt in Richtung Miniaturisierung, da einzelne elektronische Teile in diesem Chip vereinigt wurden. In den Anfängen waren die Implantate in Kunstharz gegossen, danach folgte ein hochstabiles Keramikgehäuse und heute sind Implantate in einem Titangehäuse hermetisch gekapselt. Sehr ähnlich hat es sich bei der Miniaturisierung der externen Komponenten – dem Audioprozessor – verhalten.

 Wie funktioniert ein Cochlea-Implantat?

Die Schallaufnahme erfolgt über Mikrofone, die im Audioprozessor integriert sind. Es folgt die Signalvorverarbeitung mit nachgeschalteter Signalcodierung (Frequenzanalyse mittels Bandpassfilterung, Hilbert Transformation etc.). Dabei wird das Eingangssignal, die Schallwellen, in ein elektrisches Pulsmuster umgewandelt. Dieses Pulsmuster wird anschließend über die Sendespule als binärer Code induktiv durch die Haut an die Empfangsspule des Implantates übertragen. Dort wird das Signal decodiert und die einzelnen Elektroden werden angesprochen. Über die Elektrodenkontakte werden biphasische Stimulationspulse mit einer Rate von bis zu 50.700 Pulsen/s appliziert. Dadurch werden die neuronalen Strukturen des Innenohrs stimuliert. Die Reizweiter­leitung an das Hörzentrum des Gehirns (auditorischer Cortex) findet dann über die Neuronen des Hörnervs statt. Vereinfacht spricht man von der Elektrostimulation des neuronalen Systems.

Wie wird das Cochlea-Implantat mit Strom versorgt?

Das Implantat selbst enthält keine eigene Stromquelle. Es wird induktiv vom externen Audioprozessor mit Energie versorgt. Dabei gibt es zwei Möglichkeiten: der Audioprozessor »Sonnet« mit Zink-Luft-Batterien mit einer Laufzeit bis zu 60 Stunden oder der Single-Unit-Audioprozessor »Rondo 2« mit einem Lithium-Ionen- Akku, der bis zu 18 Stunden ohne Leistungseinbußen hält. Außerdem ist dieses Modell der erste Audioprozessor für Cochlea-Implantate mit einer induktiven Ladestation.

MED-EL Bildquelle: © MED-EL

Moderne Hörgeräte wie der Rondo 2 lassen sich über Nacht induktiv aufladen und regeln Lautstärkeanpassungen automatisch.

Wenn man sich dann für ein CI entschieden hat, welcher Weg liegt vor einem?

Eine Cochlea-Implantation gehört heute zu den Routine-Eingriffen. Die Operation erfolgt meist minimal-invasiv, das bedeutet, dass der Chirurg nur kleine Schnitte hinter dem Ohr setzt. Der Patient hat dadurch nach dem Eingriff kaum Schmerzen und die Wunde heilt rasch. Die Operation dauert ein bis drei Stunden, die meisten Patienten können schon am Tag nach der Operation aufstehen und das Krankenhaus nach wenigen Tagen verlassen. Das CI muss für die optimale Funktion individuell auf den Patienten abgestimmt werden – die erste Anpassung erfolgt ca. drei bis sechs Wochen nach dem Einsetzen. Dabei werden die Impedanzen der einzelnen Elektroden gemessen, ein Schwellenwert und eine maximale Lautstärke festgelegt. Es muss darauf geachtet werden, dass sich alle Elektroden für den CI-Träger gleichlaut anhören. Dieser Vorgang wird im Fachjargon »Erstanpassung« oder später dann »Fitting« genannt. Jetzt sollte das Hörtraining möglichst rasch beginnen. Menschen, die ein Hörimplantat erhalten, brauchen die Unterstützung von Angehörigen, Klinikpersonal und Logo­päden/Audiologen. Auch wenn der CI-Träger mit seinem Hören zufrieden ist, bleibt eine lebenslange Nachsorge in Form von technischer Anpassung und Rehabilitation jedoch notwendig.

Ein Erfolgsmodell für jeden?

Der Erfolg ist abhängig von mehreren Faktoren: Zeitpunkt der Erkennung der Taubheit, Alter bei Eintritt der Taubheit (Prä- oder postlingual ertaubt), Dauer der Nichtbehandlung zwischen Erkennung und Versorgung, physiologische Voraussetzung (Hörnerv) etc. Der Patient und sein Umfeld spielen aber auch eine wichtige Rolle, weil die Motivation und die Erwartungshaltung des Patienten und die Unterstützung durch das Umfeld entscheidend zum Erfolg beitragen. Die Bandbreite ist weit: zwischen Nutzern, die nur eine akustische Ankopplung haben bis hin zu einem Sprachverständnis und Musikgenuss ähnlich dem Normalhörenden. Generell lässt sich folgende Formel aufstellen: Je früher ein Hörverlust erkannt und therapiert wird, desto besser sind die Erfolgschancen. Hilfreich in dem Zusammenhang ist das seit 2009 bundesweit verpflichtende sogenannte Neugeborenen-Hörscreening.

Was sind die wichtigsten technischen Fortschritte der letzten Jahre?

Untermauert durch zahlreiche wissenschaftliche Studienergebnisse liegt ein Fokus bei MED-EL auf dem Erhalt der innercochle­ären Strukturen – immer auch im Hinblick darauf, dass zukünftige Technologien noch angewendet werden können. Das Stichwort in diesem Zusammenhang lautet »atraumatische flexible Elektrodenträger«, die den gesamten Frequenzbereich der Hörschnecke abdecken. Ein breites Portfolio an verschiedenen Elektroden gewährleistet, dass für jede einzelne Cochlea die individuell passende Elektrode gewählt werden kann. Ein weiterer wichtiger Punkt ist die Sicherheit unserer CI-Nutzer. Statistisch gesehen, muss sich pro Jahr jeder zehnte Deutsche einer MRT-Untersuchung unterziehen, also auch jeder zehnte CI-Träger. Das Synchrony-Implantat ist das einzige CI, das bei einer solchen Untersuchung, sogar bis 3,0 Tesla, nicht operativ entfernt werden muss. Der Grund dafür ist der patentierte Haltemagnet, der sich im Magnetfeld selbst ausrichtet. Aber neben allen technologischen Errungenschaften bleibt die Mission der MED-EL-Gründer, Hörverlust als Kommunikationsbarriere weltweit zu überwinden.

Und wo geht die Reise hin? Wie sehen die CIs der Zukunft aus und was werden diese leisten können?

CIs der Zukunft werden noch kleiner – mit dem Ziel, ein Implantat und den Audioprozessor in einem Gehäuse unsichtbar unter der Haut zu implantieren. Hier wird die interne mit der externen Technik vereint. Man spricht von voll implantierbaren CI-Systemen. Die Herausforderung bei diesen Systemen liegt sowohl in der integrierten Mikrofontechnik und in der implementierten Energieversorgung. Außerdem wird für die Stimulation der Nervenstrukturen auch an völlig anderen Methoden geforscht – wie der Stimulation mittels Licht. Der Vorteil liegt in der wesentlich besseren Selektivität. Verschieden Arbeitsgruppen weltweit arbeiten an diesen Konzepten.