Dissertation

Tierärztliche Hochschule Hannover / Bibliothek – School of Veterinary Medicine Hannover / Library

 

 Saeid Mahmoudian

 

 Effects of Residual Inhibition Phenomenon on Early Auditory Evoked Potentials and Topographical Maps of the Mismatch Negativity Obtained With the Multi-Feature Paradigm in Tinnitus

 

NBN-Prüfziffer

urn:nbn:de:gbv:95-106628

title (ger.)

Der Einfluss der Residualen-Inhibition auf frühen auditiv-evozierte Potentiale sowie topographische Karten der mit einem Multi-Feature Paradigma gewonnenen Mismatch-Negativity Antworten bei Tinnitus.

publication

Hannover, Tierärztliche Hochschule, Dissertation, 2015

text

http://elib.tiho-hannover.de/dissertations/mahmoudians_ss15.pdf

abstract (deutsch)

Nach der Definition von McFadden (1982) ist Tinnitus die bewusste Empfindung eines Geräusches, welches in einer unwillkürlichen Art und Weise im Kopf des Betroffenen entsteht. Dieses Phantomgeräusch kann durch externe, maskierende Stimuli unterdrückt werden. Residuale-Inhibition (RI) bezeichnet die vorübergehenden Unterdrückung bzw. das vollständige Verschwinden des Tinnitus im Anschluss an eine solche Maskierung. Die Auswirkungen von Tinnitus sind nicht auf das Ohr beschränkt. Vielmehr gibt es Hinweise, dass chronischer Tinnitus ebenso zu Veränderungen des Kortex sowohl in dessen Funktion als auch Organisation führen kann. Die zugrundeliegenden pathophysiologischen Mechanismen des chronischen Tinnitus sowie der Residualen-Inhibition sind jedoch unklar. Gegenstand dieser Arbeit war daher zum einen die Untersuchung des Effekts von elektrischer Stimulation der Hörbahn (auditory electrical stimulation, AES) auf die RI bei Personen mit chronischem Tinnitus. Der Fokus lag hierbei insbesondere auf Veränderungen in den frühen akustisch-evozierten Potentialen (auditory evoked potentials, AEP) sowie in der Hirnstamm-Transmissionszeit (brainstem transmission time, BTT). Weiterhin wurden die Effekte von chronischem Tinnitus auf die zentral-auditorischen Verarbeitung untersucht.

Im ersten Teil der Arbeit wurde die Hypothese geprüft, ob bei Personen mit chronischen Tinnitus die BTT und frühen AEP durch elektrische Stimulation beeinflusst werden können. Um die Auswirkungen von chronischem Tinnitus und RI auf die Hörbahn beurteilen zu können, wurden während elektrischer Stimulation Untersuchungen bestehend aus Elektrocochleographie (ECochG) und auditorischen Hirnstamm-Antworten (auditory brainstem responses, ABR) zur Beurteilung der frühen AEPs abgeleitet und ausgewertet. Da bekannt ist, dass die RI durch elektrische Stimulation moduliert werden kann, wurde die BBT gemessen und als stabiler und unveränderlicher Parameter zur Evaluation des RI-Phänomens eingesetzt. Die Ergebnisse zeigten während der RI eine signifikante Amplitudensteigerung des Summenaktionspotentials (compound action potential, CAP), signifikant absteigende Amplitudenverhältnisse der Wellen III/V und I/V (der ABR) sowie eine signifikante Abnahme der Hirnstamm-Transmissionszeit. Die beobachteten neuroelektrischen Veränderungen lassen den Schluss zu, dass periphere und zentrale Veränderungen bei Tinnitus-Patienten auftreten können.

Im zweiten Teil wurde untersucht, inwieweit sich die zentral-auditorische Verarbeitung zwischen Tinnitus-Patienten und einer normalhörenden (NH) Kontrollgruppe unterscheidet. Während der Präsentation unterschiedlicher auditorische Stimuli (mit Variation in Frequenz, Intensität, Dauer, Auftreten und dem Vorkommen von Pausen) wurde die elektrische Aktivität des Gehirns aufgenommen und topographischen Karten resultierend aus den Potentialveränderungen - basierend auf den Mismatch-Negativity (MMN) Antworten - erstellt. Mithilfe des neuen und schnellen Multi-Feature Paradigmas wurde die Unterschiede zwischen den beiden Gruppen analysiert: Signifikante Unterschiede in der Amplitude und Integralfläche unter den Kurven für Frequenz, Dauer und den „silent gap deviants“ bei Tinnitus-Probanden im Vergleich zur NH-Kontrollgruppe konnten verzeichnet werden. Diese festgestellten Veränderungen weisen auf ein mögliches Defizit zentral auditorischer Verarbeitungsmechanismen hin, die in „präattentiver Änderungserkennung“ (pre-attentive change detection) bei Patienten mit chronischem Tinnitus beteiligt sind.

Zusammenfassend unterstützen die elektrophysiologisch gewonnen Ergebnisse die Theorie, dass die Kodierung von Reizen und auch die zentral-auditorische Verarbeitung bei Personen mit chronischem Tinnitus beeinträchtigt sind.

abstract (englisch)

Based on McFadden (1982), tinnitus is the “conscious experience of a sound that originates in an involuntary manner in the head of its owner or may appear to him to be so”. This phantom sound can be inhibited by external masking stimuli. The term of residual inhibition (RI) refers to the temporary suppression and/or disappearance of tinnitus following such a period of masking. The effects of tinnitus are not limited to the ear. There is also evidence that tinnitus can lead to changes in the cortical function and organization. However, the exact pathophysiology of chronic tinnitus as well as the RI phenomenon remains unclear. In this thesis, alterations occurring in early auditory evoked potentials (AEPs) and brainstem transmission time (BTT) associated with RI induced by auditory electrical stimulation (AES) in chronic tinnitus subjects were investigated. Furthermore, the effects of chronic tinnitus on central auditory processing were characterized.

In the first part of the thesis, it was hypothesized that the BTT and early AEP features can be altered by the application of electrical stimulation in subjects with chronic tinnitus. To investigate the effects of AES in the primary auditory pathway, early AEP tests consisting of electrocochleography (ECochG) and auditory brain stem responses (ABR) were performed and evaluated. Since it is known that RI can be modulated by AES, the BTT was measured and used as a considerably more stable and invariant parameter for evaluation of this (RI) phenomenon. AES in tinnitus subjects resulted in a significant increase in amplitude of compound action potential (CAP), a significant decrease in amplitude ratios of waves III/V and I/V as well as in a significant decrease in BTT associated with RI. The observed neuroelectrical changes indicate that peripheral and central auditory alterations may occur in tinnitus subjects.

In the second part of the thesis it was hypothesized that central auditory processing is different in subjects with chronic tinnitus when compared to normal hearing (NH) control. While presenting distinct auditory stimuli (varying in frequency, intensity, duration, location, and silent gaps), electrical activity of the brain was recorded and maps of voltage changes of the mismatch negativity (MMN) responses were plotted. The new and fast multi-feature paradigm was adopted to analyze differences of the MMN between the two groups: significant differences in amplitude and area under the curve for frequency, duration and silent gap deviants could be detected in tinnitus subjects compared to NH control group. These results indicate a possible deficit in central auditory processing mechanisms involved in pre-attentive change detection in chronic tinnitus subjects.

In conclusion, the present electrophysiological results of both studies support the theory that encoding of stimuli as well as central auditory processing are impaired in individuals suffering from chronic tinnitus.

keywords

Tinnitus, Residuale-Inhibition (RI), Zentral auditorischer Verarbeitungsmechanismen, Tinnitus, Residual Inhibition (RI), Central Auditory Processing

kb

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