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Beschäftigung

ERFOLGREICHE SPITZENFORSCHUNG.

Hoffnung für gehörlose Menschen. Eine Thüringer Forschergruppe verbessert Implantate

Implantate ermöglichen es Gehörlosen, Sprache zu verstehen. Allerdings gelangen die Systeme in vielen alltäglichen Situationen an ihre Grenzen. Ein Team aus Technikern, Wissenschaftlern und Ärzten in Ilmenau und Jena erforscht deshalb eine neue Generation von Hörimplantaten.

Eine Familienfeier: Stimmengewirr, Teller klappern, Kinder jagen einander um die Tische. Menschen mit gesundem Gehör können sich auch in einer solchen Umgebung unterhalten. Sie konzentrieren sich auf ihr Gegenüber und blenden Störgeräusche aus. Vielen Gehörlosen hingegen misslingt dies auch dann, wenn sie eine Hörprothese tragen. Den Grund erläutert Professor Dr. Orlando Guntinas-Lichius, Direktor der Klinik für Hals-, Nasen- und Ohren-Heilkunde (HNO-Klinik) in Jena: „Implantate unterstützen bisher vor allem das reine Sprachverstehen. Das räumliche Hören stand bei der Entwicklung hinten an.“ Laut Professor Guntinas-Lichius erlebt deshalb rund die Hälfte aller Implantatträger Situationen mit vielen Störgeräuschen als Klangbrei. Darüber hinaus seien Gehörlose auch auf der Straße oft überfordert: „Aus welcher Richtung ihnen ein Bekannter einen Gruß zuruft oder sich ein Krankenwagen mit Sirene nähert, das können viele Implantatträger nicht bestimmen.“

Forschergruppe kooperiert in Ilmenau und Jena

Die HNO-Klinik des Universitätsklinikums Jena beteiligt sich deshalb als klinischer Partner an einem Forschungsprojekt namens „Innovative Methoden und Technologien für das räumliche Hören und Sprachverstehen mit Hörimplantaten“. Es hat eine Laufzeit von 32 Monaten und entwickelt bis Ende 2018 Lösungen für zwei häufig eingesetzte Implantattypen, das Cochlea-Implantat und das Knochenleitungsimplantat (siehe Infobox). Geleitet wird das Projekt, das sich aus Mitteln des Europäischen Sozialfonds und des Freistaats Thüringen finanziert, vom Fraunhofer-Institut für Digitale Medientechnologie in Ilmenau (Fraunhofer IDMT). Außerdem bringen die Fachgebiete Mechatronik und Elektronische Medientechnik der Technischen Universität Ilmenau ihre Expertise ein.

Cochlea-Implantate optimieren

„Die technologischen Besonderheiten der beiden Implantattypen machen zwei Projektstränge notwendig“, sagt Anja Chilian vom Fraunhofer IDMT. „Beim Cochlea-Implantat geht es darum, das natürliche Hören besser als bisher nachzubilden“, so Chilian. Dazu entwickle die Forschergruppe Algorithmen, die Schallwellen in elektrische Ströme umwandeln. Die Lösung soll die bisherigen Implantate optimieren.

Knochenleitungsimplantate revolutionieren

Der zweite Projektstrang hingegen zielt darauf ab, einen zentralen Wirkmechanismus zu revolutionieren. „Die heute üblichen Knochenleitungsimplantate enthalten elektromagnetische Wandler“, erläutert Maria Gadyuchko, Mechatronikerin an der TU Ilmenau. „Wir wollen diesen Wandler ersetzen, indem wir piezoelektrische Materialien nutzen, die elektrische Energie in mechanische Schwingungen umwandeln.“ Die Vorteile des Ilmenauer Wandlers: Künftige Knochenleitungsimplantate wären deutlich kleiner. Außerdem könnte der Schallgeber unter die Haut operiert werden. Das würde das Entzündungsrisiko senken.

Tests mit Gehörlosen und Hörenden

Kernziel bleibt allerdings, das räumliche Hören zu verbessern. Ob die Innovationen des Projekts dafür eine Basis legen, das müssen Tests erweisen. Für die Versuche mit Cochlea-Implantaten stellen sich Gehörlose zur Verfügung, die von der HNO-Klinik in Jena betreut werden. Mittels einer Spezialhardware übertragen die Forscher und Forscherinnen elektrische Signale an die Hörprothesen und testen so die Algorithmen des Fraunhofer IDMT.

Ein anderes Testverfahren wird notwendig, um die neue Methode der Knochenleitung zu testen. Weil herkömmliche Implantate auf dem alten Prinzip beruhen, hat ein Team in Ilmenau eine spezielle Vorrichtung konstruiert. Sie ähnelt einem Kopfhörer und wird Probanden aufgesetzt, die normal hören können. Ihr Außen- und Mittelohr wird in den Versuchen umgangen. Die mechanischen Schwingungen gelangen über Knochenleitung zum Innenohr und werden dort verarbeitet.

Virtuelle Klangumgebungen

Bei keiner der Testreihen stehen einfach nur Lautsprecher in einem Raum und beschallen die Versuchspersonen. Vielmehr haben Florian Klein und Stephan Werner von der TU Ilmenau Abbilder akustischer Szenarien erzeugt, beispielsweise von gesprochenen Sätzen inmitten eines alltäglichen Klanggemischs. Diese Klänge werden direkt in die Hörprothesen beziehungsweise in die Experimentalvorrichtung eingespeist. Anschließend geben die Probanden an, was sie verstanden haben, woher der Schall kam und wie weit die Schallquelle schätzungsweise entfernt lag. „Unsere Herangehensweise hat den Vorteil, dass wir natürliche Umgebungen realistisch abbilden können“, sagt Florian Klein. Außerdem seien virtuelle Klangumgebungen ortsunabhängig. „Wir können bei uns in Ilmenau testen, den Versuch anschließend in Jena wiederholen und die Ergebnisse vergleichen.“

Überführung in die Praxis

„Wir freuen uns sehr, in Ilmenau kompetente Partner gefunden zu haben“, sagt Dr. Verena Skuk von der Jenaer HNO-Klinik. Die wissenschaftliche Mitarbeiterin hat die Testreihen maßgeblich mitentwickelt und ist überzeugt: „Verlaufen die Hörtests erfolgreich, liegt es an der Industrie, die Lösungen in ihre Produkte zu übernehmen.“ Patienten, für die Knochenleitungsimplantate infrage kommen, werden sich wohl länger gedulden müssen als die Träger von Cochlea-Implantaten. „Ob sich die Idee medizintechnisch umsetzen lässt, das werden weitere langwierige, anspruchsvolle Tests erweisen müssen“, so Dr. Verena Skuk.

"Das Projekt „Innovative Methoden und Technologien für das räumliche Hören und Sprachverstehen mit Hörimplantaten“ leistet einen herausragenden Beitrag zur Grundlagenforschung. Ohne die Unterstützung des Europäischen Sozialfonds wäre der hohe personelle und technische Aufwand kaum möglich.", bestätigt Prof. Guntinas-Lichius.

Zwei Implantate, zwei Funktionsweisen

Schwerhörige setzen ein Hörgerät ein und gewinnen so viel Lebensqualität zurück. Gehörlose hingegen sind auf Implantate angewiesen. Je nachdem, worin die Ursache der Taubheit besteht, raten Ärzte in der Regel zum Cochlea- oder zum Knochenleitungsimplantat.

Cochlea-Implantat

  • Aufbau: Soundprozessor mit Mikrofon hinterm Ohr, Empfängerspule im Schläfenknochen
  • Funktionsweise: ein Prozessor wandelt Schall in elektrische Ströme um, diese Ströme werden über Elektroden in der Hörschnecke (lateinisch Cochlea) an den Hörnerv geleitet und lösen dort Reize aus
  • Träger: Patienten und Patientinnen, deren Innenohr geschädigt ist, deren Hörnerv aber funktioniert
  • Weitere Merkmale: dank Cochlea-Implantat lernen viele taub geborene Kinder sprechen, es eignet sich mit viel Übung auch für Spätertaubte

Knochenleitungsimplantat

  • Aufbau: im Knochen verankertes Implantat, Soundprozessor, Kupplung oder Magnet
  • Funktionsweise: Schall wird in mechanische Schwingungen gewandelt und über den Knochen an das Innenohr übertragen (daher: Knochenleitung), Außen- und Mittelohr werden dabei umgangen
  • Träger: überwiegend erwachsene Patienten, deren Außen- oder Mittelohr geschädigt, deren Innenohr aber intakt ist

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