Foto: mit freundlicher Genehmigung der Firma MED-EL

Treffen sich ein Hörgerät und eine Hörprothese auf der Cocktail-Party

TLDR:

„Dass wir miteinander reden können, macht uns zu Menschen” hat schon der deutsche Psychologe und Philosoph Karl Jaspers gesagt. Aber was ist mit denjenigen Menschen unter uns, die Hörgeräte oder Cochlea Implantate tragen und Schwierigkeiten haben sich bei einem lauten Geräuschpegel auf einen Gesprächspartner oder eine Gesprächspartnerin zu konzentrieren? Genau diesem Problem will Professor Dr. Mathias Dietz auf den Grund gehen und mit seiner Forschung dieses sogenannte Cocktail-Party Problem unter anderem auch für Cochlea-Implantatträger_innen reduzieren.

Lesedauer: 7 min Kategorie: Hörforschung Datum: 7. September 2020

Sie fragen sich jetzt bestimmt: Was haben ein Cochlea Implantat (Hörprothese für Gehörlose und Ertaubte) und ein Hörgerät auf einer Cocktail Party zu suchen?…Nein sie treffen sich nicht auf der Tanzfläche, sondern sitzen an den Ohren eines Gastes. Stellen Sie sich vor, Sie wären Gast auf dieser Party: Ganz viele Gäste reden durcheinander, von irgendwoher kommt Musik aus den Lautsprechern und Sie unterhalten sich mit einem interessanten Gesprächspartner oder einer interessanten Gesprächspartnerin. Kein Problem, denken Sie. Aber für Menschen mit Schwerhörigkeit ist das häufig ein Problem, selbst wenn diese in ruhiger Umgebung alles mit Leichtigkeit verstehen. Mit das größte Cocktail-Party Problem haben Personen die auf dem einen Ohr ein Cochlea Implantat und auf dem anderen Ohr ein Hörgerät tragen, die sogenannte bimodale Versorgung. Denn das Richtungshören und das Fokussieren auf einen Gesprächspartner bzw. eine Gesprächspartnerin ist mit Cochlea Implantat derzeit kaum möglich. Professor Dr. Mathias Dietz aus dem Department für Medizinische Physik und Akustik der Universität Oldenburg will dies ändern und forscht deswegen am sogenannten binauralen Hören und am Cocktail-Party Problem beim bimodalen Hören.

Seine Forschung setzt auf die renommierte Arbeit zu binauralen Hörgeräten vom Oldenburger Hörforscher Professor Dr. Dr. Birger Kollmeier und Professor Dr. Volker Hohmann auf, die hierfür mit dem deutschen Zukunftspreis des Bundespräsidenten ausgezeichnet wurden. Binaural bedeutet hier, dass zwischen beiden Hörgeräten eine Funkverbindung besteht, so dass jedes Gerät weiß, was das andere gerade empfängt und sendet und daraus erheblichen Nutzen zieht. Während binaurale Hörgeräte heute von allen großen Herstellern zu haben sind, weiß ein Cochlea Implantat in der Regel nichts vom anderen Ohr. Und das, obwohl der zu erwartende Nutzen laut Professor Dietz noch größer ist als bei Hörgeräten. Seit 2018 fördert der Europäische Forschungsrat (ERC) Dietz‘ Arbeitsgruppe mit einem Starting Grant, einem Förderprogramm für exzellente Nachwuchswissenschaftler_innen. Die Forschung zu bimodaler Anpassung wird seit Ende 2019 vom Bundesministerium für Bildung und Forschung gefördert.

Aber wie genau funktioniert bimodales und binaurales Hören?

Hörgeräte verstärken den Schall und helfen vielen Schwerhörigen. Sind die Sinnseszellen im Innenohr jedoch ganz oder fast ganz zerstört, wie es häufig bei Taubheit der Fall ist, kann auch eine Verstärkung nicht helfen. Diese Personen bekommen häufig Cochlea-Implantate (CI), elektronisch medizinische Geräte, die die Funktion der Sinneszellen im Innenohr (der Fachbegriff der Hörschnecke im Innenohr ist Cochlea) übernehmen, indem sie Audiosignale direkt an den Hörnerv übertragen. Ist der Hörverlust allerdings nur auf einem Ohr so weit fortgeschritten, bietet sich eine bimodale Hörlösung an. Das bedeutet, diese Menschen tragen im weniger geschädigten Ohr ein Hörgerät und im „tauben“ Ohr ein Cochlea Implantat. Sowohl für beidseitig CI Tragende als auch für bimodal Hörende ist es besonders schwierig, die Richtung von Geräuschen zu erkennen. Warum das so ist, das hat mir Professor Dietz genauer erklärt. Aber dafür musste ich erstmal verstehen, wie das so genannte binaurale, also mit beiden Ohren hören, funktioniert.

Kurz notiert: Das Cochlear Implantat

Durch die Versorgung mit einem CI-System kann ein fehlendes oder verlorengegangenes Gehör (wieder)hergestellt werden. Der Name Cochlea Implantat (CI) bezeichnet im engsten Sinne die Elektroden, die im Rahmen einer Operation in die Hörschnecke eingeführt wird, sowie eine Empfangsspule unter der Haut. Im weiteren Sinne und umgangssprachlich werden auch nichtimplantierte Komponenten (der Sprachprozessor mit Mikrofon, sowie die Sendespule) als CI bezeichnet. Ein CI funktioniert dadurch, dass es den Hörnerv mit elektronischen Reizen stimuliert. Jeder Strompuls löst die Entstehung Nerven-eigener elektrischer Spannungspulse aus, die sich entlang der Nervenfasern zum zentralen Nervensystem bewegen. Die mit den Nervenfasern verbundenen Regionen des Gehirns, unsere sogenannten auditorische Zentren, verarbeiten diese Pulse und deuten sie als Höreindruck. Einen Bezug zur akustischen Umwelt erhält diese Empfindung allerdings erst dann, wenn die Reizpulse in ihrer Abfolge eine aus dem Schallfeld entnommene Information enthalten. Dies zu gewährleisten ist die Aufgabe der anderen Komponenten des CI-Systems wie dem Mikrofon und Signalprozessor, die sich außerhalb des Ohres befinden.

Die Funktionsweise eines Cochlear Implantats
Foto: mit freundlicher Genehmigung der Firma MED-EL

Beim Richtungshören zerlegen wir den Schall der Geräusche in verschiedene Komponenten

Normal Hörende zerlegen den Schall in verschiedene Frequenzen, zeitliche Schwankungen und Herkunftsrichtungen. Während die Frequenzbereiche schon im Innenohr getrennt werden, wird die Richtung erst im Gehirn durch einen Vergleich der beiden Ohrsignale berechnet. Ein seitlich einfallender Schall, trifft linkes und rechtes Ohr mit unterschiedlicher Intensität und zu minimal unterschiedlicher Zeit. Diese Unterschiede lernen wir bestimmten Richtungen zuzuordnen. Mit zwei gesunden Ohren funktioniert das sogar, wenn sich Schall aus mehreren Richtungen überlagert. Dann kann man sich sogar auf eine beliebige Richtung konzentrieren und diese aus der Mischung herauszufiltern (wie beispielsweise einen Gesprächspartner). Und genau diese Verrechnung der Unterschiede ist sowohl bei CI Lösungen als auch beim bimodalen Hören kaum möglich, weil es vielfältige andere Unterschiede durch die Geräte und die Hörstörungen gibt.

Das Cocktailparty-Problem bimodal Hörender

Vor seiner Forschung zum bimodalen Richtungshören hat sich Prof. Dietz mit dem binauralen Hören von beidseitigen CI-Träger_innen beschäftigt. Hier müssen beide Seiten nicht nur durch eine Funkverbindung verknüpft werden, es muss auch einen aufwendigeren Einstellprozess geben, der nicht wie bisher jedes Implantat für sich alleine betrachtet, um die oben genannte Verrechnung der Differenz möglich zu machen. Das Problem bimodaler Geräteträger_innen ist, dass das Hörgerät und das CI Geräusche verschieden verarbeiten und somit die Synchronisierung im Gehirn noch schwieriger ist. Im Unterschied zum Hörgerät, das den Schall verstärkt, wandelt das CI Schall in elektrische Impulse um, durch die der Hörnerv im Innenohr stimuliert wird. Dadurch entsteht eine zeitversetze Simulation und die zeitliche Information, die für ein echtes binaurales beziehungsweise Richtungshören notwendig ist, fehlt. Auch arbeiten beide Geräte mit verschiedenen Intensitäten und Frequenzen. Das Hörgerät kann gut tiefe Frequenzen verarbeiten, das CI hingegen nicht, da die tiefen Töne im Inneren Teil der Cochlea verarbeitet werden – und da kommt die Elektrode nicht hin. So hört man unter Umständen tiefe Töne von einer Seite, hohe von der anderen und mittlere aus der Mitte, obwohl alle vom gleichen Musikinstrument von vorne gespielt werden.

Ein weiteres Problem besteht derzeit noch darin, dass die Geräte meist von unterschiedlichen Personen angepasst werden. Das Hörgerät passt in der Regel ein Hörgeräteakustiker an, das CI ein Audiologe. Zudem gibt es bisher keine allgemein anerkannten Richtlinien, auf die sich Akustiker und Audiologen bei einer bimodalen Anpassung der Einstellungen beziehen können. Also ein sehr spannendes neues Forschungsfeld mit großer Relevanz für Professor Dietz.

Partner des Forschungsprojekt sind auf der klinischen Seite Professor Dr. med. Andreas Radeloff, Direktor der Universitätsklinik Hals-Nasen-Ohren-Heilkunde des Evangelische Krankenhauses in Oldenburg sowie die Firma MED-EL, Europas größter CI Hersteller.

Projektgruppe führt Experimente mit Proband_innen durch

In Oldenburg werden am Evangelischen Krankenhaus jedes Jahr etwa 120 CI implantiert, etwa ein Drittel dieser CI-Träger_innen haben ein Hörgerät auf der anderen Seite. Für die aktuelle Studie werden Experimente mit etwa 20 Personen aus dieser Gruppe geplant. Sie müssen mehr Zeit als üblich einplanen, da die Anpassung mit vielen Tests und Fragen länger als üblich dauern wird. Neben dem „normalen klinischen Protokoll“, dass die Lautstärke durch Stromanpassungen der einzelnen Elektroden im Vordergrund hat, geht es in den Experimenten vor allem um die Optimierung von Lautstärke und Frequenzen für das Richtungshören. Dies wird im Evangelischen Krankenhaus in Zusammenarbeit mit dem Team von Professor Radeloff stattfinden. Professor Radeloff leitet im gleichen Projekt außerdem die Experimente zur Messung und Verkleinerung der Zeitunterschiede.

Lautstärke
Die Teilnehmenden erhalten Signale auf das Ohr mit dem Hörgerät sowie über das CI. Trotz gleicher Lautheit haben manche Personen eine seitliche Wahrnehmung. „Das Ziel ist, dass die Studienteilnehmenden aus der Klinik herausgehen, es spricht sie jemand von vorne an und sie können wahrnehmen, dass der Gesprächspartner frontal mit ihnen spricht.“, sagt Dietz. Dies sei aktuell nicht möglich. Durch die Anpassung der Lautstärke kann der Proband dann zuordnen, ob das Geräusch aus der Mitte und damit frontal auf ihn zukommt oder eben von der Seite, wenn ein Ohr lauter hört.

Frequenz
Auch die Frequenz ist bei den Einstellungen entscheidend, da hohe und tiefe Töne im Ohr an unterschiedlichen Stellen kodiert werden. Bei tiefen Tönen wandern die Schallwellen tief ins Ohr hinein und die hohen Töne werden schon am Anfang des Innenohrs wahrgenommen. Da das CI aber nicht bis dahin reicht, wo die tiefen Töne normalerweise wahrgenommen werden, muss es so programmiert werden, dass es die tiefen Frequenzen schon etwas weiter vorne im Ohr wahrnimmt. Da aber die gleichen Frequenzen dann links und rechts an unterschiedlichen Stellen stimulieren und diese vom menschlichen Gehirn nicht verglichen werden, testet das Team ob es besser ist die tiefen Frequenzen nur vom Hörgerät wiederzugeben und dafür mittlere Frequenzen an den gleichen Stellen anzubieten.

Zeit
Ein Schall von der Seite kommt trotz hoher Schallgeschwindigkeit bis zu 0,7 Millisekunden (0,0007 Sekunden) später am zweiten Ohr an. Binaurale Nervenzellen im gesunde Hörsystem ermöglichen es Zeitunterschiede kleiner als 0,1 Millisekunden wahrzunehmen und somit die Schallrichtung genau zu Orten. Bei bisheriger bimodaler Anpassung sind die Signale an den Nervenzellen jedoch um das Vielfache davon (bis zu 10 Millisekunden) zueinander verschoben.

Aufgrund der Corona Krise mussten die Experimente ein wenig nach hinten verschoben werden und aktuell werden die ersten Personen eingeladen. Für nächstes Jahr werden erste Forschungsergebnisse erwartet, um dann einen ersten klinischen Standard für die Abstimmung von Hörgerät und CI zu entwickeln. Auch bei diesem Projekt zeigt sich einmal wieder, dass es kurze Wege von der Grundlagenforschung zum Nutzen für unser alltägliches Leben gibt.

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