Stiftung Tierärztliche Hochschule Hannover (TiHo)

Untersuchungen der Entwicklung der binauralen Interaktionskomponente und Beschreibung der binauralen Interaktion bei intracochleärer elektrischer Stimulation bei der Katze

Jansen, Anja Carolin

In normal hearing human the binaural hearing is caused by interaural intensity and time differences. By the analysis of the stimulus information from both ears the spatial and temporal classification of signals is achieved. For binaurally completely deaf people the cochlea-implant, an electronic ear prosthesis, can compensate for the function of the hair cells to a certain extent. Lately, the number of bilaterally used cochlear-implants is rising. Earlier studies increased speech understanding and localisation of sounds in space in patients with bilateral cochlear-implants and showed an advantage of binaural hearing. In this study, the binaural processing of acoustic and electric signals was examined by means of the binaural difference potential (BIC). By using the electric response audiometry (ERA) the results of the charging of the auditory signals can be illustrated. The binaural interaction component is calculated from the early acoustically or electrically evoked potentials (FAEP/FEEP) at binaural stimulation and the sum of the corresponding monaural FAEP according to the expression BIC = binaural - (monaural right + monaural left). The derivation of the potentials was done with needle electrodes in the anesthetized animal (vertex positive to inion negative). As acoustical signals, broadband clicks with a sound intensity of 40 dB sensation level (SL) were used. A biphasic stimulus with a level of 4 dB/µA was used as an electrically evoked signal. The investigations were done on adult normal hearing cats (n=10) and normal hearing kittens between the 18th and 62nd day of life (n=10). The electrically evoked potentials were measured in adult, acute deafened and bilateral implanted cats (n=5). The BIC of adult normal hearing cats was composed of two maxima (DP1 and DP2) and two minima (DN1 and DN2), which occur between 2.9 and 5.7 ms after the acoustical stimulation. At the 17th day in life the binaural interaction component appears in kittens for the first time. The latency of the potentials decreases by 24 to 28 % of the basic value with increasing age. At the 62nd day of lifetime the BIC has almost adult form. The comparison of P IV (FAEP) and DN1 (BIC) shows, that there is no significant difference between the two latencies of the potentials during maturation. For the first time research has been done on electrically evoked binaural interaction components in cats. A BIC can also be detected during binaural electrical stimulation at a level of 4 dB/µA and the morphology of this potential approximately corresponds with the acoustically evoked BIC. The electrically evoked BIC also consists of two maxima (DP1 and DP2) and two minima (DN1 and DN2). It occurs between 2 and 4 ms after the stimulus. The latencies of the electrically evoked BIC however, are about 30% shorter than the latencies of the acoustically evoked BIC. The latency of FEEP potential IV is 2.4 ms and it is similar to the latency of the potential DN1. Interaural intensity differences were generated in all experimental groups, acoustically from +2 to +14 dB and electrically from +1 to +6 dB/µA. Increasing interaural intensity differences did not affect the latencies of the BIC potentials during electrical or acoustical stimulation, but lead to decreasing amplitudes of the BIC potentials. The interpeaklatencies were not significantly influenced by increasing interaural intensity differences. The monitoring of interaural time differences during electrical stimulation could not be realized because of technical problems. In the course of acoustical stimulation a BIC was detectable for interaural time differences of up to 1.5 ms. At interaural time differences larger than 1.5 ms, two stimuli were detected. The amplitudes of all BIC potentials decreased significantly at increasing interaural time differences. The interpeaklatencies were neither influenced significantly by ITD nor by IID. The existence of a binaural interaction during bilateral electrical stimulation in this study is an evidence that superior regions in the auditory pathway (SOC, LL and IC) react to differences in information from both cochlear-implants, as they do in normal hearing. This shows that bilateral cochlea-implants are able to replace at least some functions of normal bilateral hearing.

Bei normalhörenden Menschen wird das räumliche oder binaurale Hören durch Verarbeitung von interauralen Intensitäts- und interauralen Zeitunterschiede erst ermöglicht. Bei beidseitig vollständig ertaubten Menschen kann die Funktion der Haarzellen teilweise durch eine elektronische Innenohrprothese, das Cochlea-Implantat, übernommen werden. In jüngster Zeit wird vermehrt beidseitig implantiert. Es wurde in früheren Studien belegt, dass bei beidseitig implantierten Patienten das Sprachverständnis in nicht unwesentlichem Maße erhöht ist. Die binaurale Verarbeitung akustischer sowie elektrischer Reize wurde in dieser Arbeit an Hand des binauralen Differenzpotenzials (BDP) untersucht. Mit Hilfe der elektrischen Reaktionsaudiometrie (ERA) ist es möglich, die Ergebnisse der binauralen Verrechnung der auditorischen Reize sichtbar zu machen. Die binaurale Interaktionskomponente (BIC) wird aus dem frühen akustisch oder elektrisch evozierten Potenzial (FAEP/ FEEP) bei binauraler Reizung und der Summe der korrespondierenden monauralen FAEP nach der Formel BIC = Binaural- (Monaural rechts+ Monaural links) berechnet. Die Ableitung der Potenziale erfolgte durch elektrische Reaktionsaudiometrie am narkotisierten Tier mittels Nadelelektroden (Vertex + gegen Inion -). Als akustische Signale dienten breitbandige Klickreize mit einer Lautstärke von 40 dB SL. Ein ladungsausgeglichener biphasischer Rechteckimpuls mit 4 dB/µ diente als elektrisches Stimulationssignal. Die Untersuchungen erfolgten an einem Kollektiv adulter normalhörender Katzen (n=10) und einer Gruppe normalhörender Jungtiere zwischen dem 18. und 62. Lebenstag (n=10). Die elektrisch evozierten Potenziale wurden an  adulten, akut ertaubten und beidseitig mit Cochlea-Implantaten versorgten Katzen gemessen (n=5). Das BDP der adulten hörenden Katzen besteht aus zwei Maxima (DP1 und DP2) und zwei Minima (DN1 und DN2), welche zwischen 2,9 und 5,7 ms nach dem akustischen Reiz auftreten. Am 17. Lebenstag nach der Geburt können bei Jungtieren erstmalig binaurale Interaktionskomponenten registriert werden. Mit zunehmendem Alter verringert sich die Latenz der Potenziale um 24 bis 28% des Ausgangswertes. Am 62. Lebenstag hat die BIC nahezu adulte Form. Der Vergleich der Reifung des P IV der FAEP mit dem Potenzial DN1 des BDP zeigte, dass im gesamten Reifungsverlauf kein signifikanter Unterschied zwischen den Latenzwerten der beiden Potenziale nachzuweisen ist. In dieser Arbeit werden erstmals elektrisch evozierte binaurale Interaktionskomponenten bei Katzen untersucht. Bei einer binauralen elektrischen Reizung mit einer Intensität von 4 dB/µA kann ebenfalls ein BDP registriert werden, welches in seiner Morphologie in etwa der durch akustische Reize erzeugten BIC entspricht. Das elektrisch evozierte BDP besteht ebenfalls aus zwei Maxima (DP1 und DP2) und zwei Minima (DN1 und DN2). Es tritt zwischen 2 und 4 ms nach dem Reiz auf. Die Latenzen der Potenziale DP1 bis DN2 der elektrischen BIC sind um etwa 30% geringer als die Latenzen des akustischen BDP. Das Potenzial IV der FEEP hat eine Latenz von 2,4 ms, welche mit der Latenz des elektrisch evozierten Potenzials DN1 nahezu übereinstimmt. In allen Versuchsgruppen wurden interaurale Intensitätsunterschiede (IID), im akustischen von +2 bis +14 dB und im elektrischen von +1 bis +4 dB/µA, erzeugt. Steigende interaurale Intensitätsdifferenzen haben sowohl bei akustischer als auch bei elektrischer Reizung keinen signifikanten Einfluss auf die Latenzen der Potenziale der BIC, wirken sich aber negativ auf die Höhe der Amplituden der Potenziale aus. Die Interpeaklatenzen wurden durch Erhöhung der interauralen Intensitätsdifferenz nicht signifikant beeinflusst. Die Messung interauraler Zeitunterschiede war bei elektrischer Stimulation aufgrund technischer Probleme nicht durchführbar. Bei akustischer Stimulation ist bis zu einem interauralen Laufzeitunterschied von 1,5 ms eine binaurale Interaktionskomponente (BIC) nachzuweisen. Bei weiterer Verlängerung werden zwei Reize registriert, welche sich in der Berechnung heraussubtrahieren. Die Amplitudendifferenzen sämtlicher BIC Potenziale verringern sich mit zunehmender ITD signifikant. Die Interpeaklatenzen werden weder von der ITD noch von der IID signifikant beeinflusst. Der in dieser Studie erfolgte Nachweis einer binauralen Interaktion bei elektrischer Stimulation bilateraler Cochlea-Implantate lässt die Schlussfolgerung zu, dass hierbei, ähnlich wie beim normalen Hören, die übergeordneten Zentren im Hirnstamm (SOC, LL und IC) auf Unterschiede in den Informationen von beiden Hörnerven reagieren. Hiermit kann ein elektro-physiologischer Nachweis erbracht werden, dass bilaterale Cochlea-Implantate zumindest einige Funktionen des normalen bilateralen Hörens ersetzen können.

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Jansen, Anja Carolin: Untersuchungen der Entwicklung der binauralen Interaktionskomponente und Beschreibung der binauralen Interaktion bei intracochleärer elektrischer Stimulation bei der Katze. Hannover 2005. Tierärztliche Hochschule.

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