Menschliches Cochleanervenmodell

19.08.2009 - 18.08.2012
Forschungsförderungsprojekt
Projektziel ist die Erfassung neuer detaillierter anatomischer und morpho¬metrischer Daten des afferenten Teils des menschlichen Cochlearnervs (Spiral¬ganglion), um mit einem daraus entwickelten Computermodel das Übertragungs¬verhalten (input-output) des akustisch wie auch des elektrisch stimulierten Ohres zu analysieren. Zusätzlich werden die Bahnen der Spiralganglienzellen untersucht. Die erzielten Ergebnisse sind von besonderem Interesse für die Cochlearimplantats¬forschung, etwa zur besseren Spracherkennung bei Störgeräuschen. Die neuronalen Elemente für die Signalübertragung von der Cochlea zum Gehirn unterscheiden sich wesentlich zwischen Menschen und Säugetierspezies. Dies führt zu noch unbewiesenen Hypothesen über funktionelle Konsequenzen. Die Signalverarbeitung für Cochlearimplantate basiert gegenwärtig hauptsächlich auf Messungen von Aktionspotenzialen im Katzenohr, sodass wegen fehlendem Wissen über die neuronalen Elemente der menschlichen Cochlarnerven sogar die neuesten Strategien der Signalverarbeitung für Cochlearimplantatträger de facto für die Katze anstatt für den Menschen entwickelt wurden. Die Einzigartigkeit der menschlichen Spiralganglienzellen besteht in der Somaregion, typischer Weise mit wenig Isolierung durch Myelinschichten und durch Clusterbildung mehrerer Zellkörper. Um das Wissen über die relevante Ultrastruktur wesentlich zu erweitern, sollen die menschlichen Eigenheiten mit Hilfe von vorhandenem Equipment und Material (Menschen und Primaten) spezifiziert werden. Der Vergleich mit Primaten soll auch Aufschluss über die Entwicklung der speziellen humanen Morphologie geben. Als Alternative zu Ableitungen aus einzelnen Nervenfasern, die für den Menschen nicht verfügbar sind, wird ein allgemeines biophysikalisches Model der Cochlearneuronen inklusive Clustereigenschaften entwickelt, um die funktionellen Konsequenzen der menschlichen Sonderstellung zu erforschen. Damit wird der Einfluss relevanter elektrischer und geometrischer Parameter analysiert. Mit diesem neuen Model soll untersucht werden wie die drei (i-iii) Hauptprinzipien der Codierung im Hörnerv des Menschen mit der spezifischen menschlichen Anatomie und Morphometrie zusammenhängen und welche Konsequenzen für Cochlear-implantatträger zu erwarten sind bzgl. (i) tonotopischer Organisation: Verschiebung der Frequenzzuordnung von distalen Faserenden, die dem Cortischen Organ entspringen (fast 2¿ Windungen) zur Somaregion im Rosenthalkanal (1¿ Windungen) (ii) temporaler Feinstruktur des neuronalen Codes: a) für kurze Interspikeintervalle in den distalen Axonen gibt es einen möglichen Verlust von Signalen in der Somaregion und b) im Fall von elektrischer Stimulation: eine konfuse bimodale Verteilung von Verzögerungszeiten als Konsequenz von verschiedenen Regionen der Spikeentstehung (iii) Spontanaktivität: das ist ein Verstärkungsmechanismus für akustische Signale an der Hörschwelle woraus eine Mischung von Spikes mit und ohne temporaler Information über das akustische Eingangssignal resultiert; Cluster mit einigen eingeschlossenen Zellkörpern könnten als Filterelemente dienen und damit die erste Stufe der neuronalen Informationsübertragung bedeuten.

Personen

Projektleiter_in

Projektmitarbeiter_innen

Institut

Förderungmittel

  • FWF - Österr. Wissenschaftsfonds (National) Fonds zur Förderung der wissenschaftlichen Forschung (FWF)

Forschungsschwerpunkte

  • Außerhalb der TUW-Forschungsschwerpunkte: 40%
  • Computational System Design: 10%
  • Modeling and Simulation: 50%

Schlagwörter

DeutschEnglisch
Spiral ganglionspiral ganglion
Cochleacochlea
MorphometrieMorphometrie
Computersimulationcomputer simulation

Externe Partner_innen

  • Universitätsklinik für Hals-Nasen-Ohrenheilkunde Medizinische Universität Innsbruck

Publikationen