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Neuro-Bionische Übertragung semantischer Information – Cochlea Überbrückung

Neuro-Bionische
Übertragung semantischer Information – Cochlea Überbrückung

Obwohl jedes sensorische System
auf eine andere Reizart reagiert und dem Gehirn eine entsprechend spezielle
Information liefert, benutzen alle Systeme zur Verarbeitung der
Reizinformationen annähernd die gleichen Mechanismen. Jedes System muß drei
Aufgaben erfüllen: Erstens muß die Energie eines Stimulus – ob mechanisch,
chemisch oder elektromagenetisch – in ein elektrochemisches neuronales Signal
umgewandelt werden (Reiztransduktion). Zweitens muß das primäre sensorische
Neuron die Schlüsselmerkmale eines Reizes in seinem Signal darstellen
(neuronale Codierung). Und drittens muß die sensorische Mitteilung genau
abgestimmt werden, um die größtmögliche Unterscheidungskapazität zu erreichen.
Den hier zugrundliegenden Mechanismus bezeichnet man als laterale Inhibition.

Das auditorische System setzt
sich aus dem Ohr und den zum Gehirn ziehenden auditorischen Bahnen zusammen und
ermöglicht es uns, Druckwellen in Geräusche umzuwandeln und die Quelle dieser
Geräusche zu lokalisieren.

Die Signalanalyse wird durch das
hochentwickelte mechanoelektrische Transduktionssystem des Innenohrs geleistet,
das mit neuralen Systemen des Gehirns zusammenarbeitet, die Signale aus beiden
Ohren vergleichen. Infolge der mechanischen Bauweise des Ohres und der
Besonderheit der Verknüpfungen im Gehirn ist der Mensch nicht nur in der Lage,
Töne zwischen 20 und 20 000 Hertz und in feinsten Intensitätsabstufungen zu
hören, sondern auch Geräusche mit einer räumlichen Auflösung von bis zu einem
Winkelgrad zu detektieren.

Im Hirnstamm werden die
Informationen aus beiden Ohren kombiniert. Die auditorischen Bahnen trennen die
Informationen über das Timing und die Intensität der Signale, die beiden
binauralen (beidohrigen) Merkmalen für die räumliche Ortung. Einzelne
Nervenzellen sind auf einen bestimmten Frequenzbereich abgestimmt, das heißt
sie besitzen eine bestimmte Bandbreite. Die Informationen über das Timing, die
Intensität und die Frequenz eines Tones steigen parallel zu getrennten
Verarbeitungsarealen des Cortex auf, die den Ort, die Lautstärke und die
Tonhöhe analysieren – genau wie im visuellen Cortex Form, Farbe und Bewegung in
unterschiedlichen  Arealen verarbeitet
werden.

Die einzelnen Frequenzen eines
auf diese Weise zerlegten Klangs reizen die auf die jeweiligen Frequenzen
spezialisierten inneren Haarzellen. Der Reiz löst ein elektrisches Signal in
den Haarzellen aus (mechano-elektrische Transduktion). Diese geben ein
chemisches Signal (Transmitter Glutamat) an eine Hörnervenfaser
(Transformation), wobei jede Hörnervenfaser wieder für eine einzelne Frequenz
zuständig ist. Die Hörnervenfasern reagieren elektrisch (Aktionspotential) und
reichen bis zum Stammhirn. Auf diese Weise werden die Tonfrequenzen getrennt
und elektrisch zum Gehirn gesendet.

Ein
Cochlea Implantat (kurz: CI) ist eine Innenohrprothese für hochgradig
schwerhörige und gehörlose Kinder oder Erwachsene, denen herkömmliche Hörgeräte
wenig oder gar keinen Nutzen mehr bringen.

Die
durch Magnetkraft über dem Cochlea Implantat gehaltene Spule sendet kodierte
Signale per Radiowellen durch die Haut zum Implantat. Dieses entschlüsselt das
die Signale und leitet sie über die Elektrode in die Cochlea weiter. Durch
diese elektrischen Impulse wird der Hörnerv stimuliert, der in Folge so
genannte Aktionspotenziale erzeugt und diese an das Gehirn weiterleitet. Das
Gehirn empfängt die Aktionspotenziale des Hörnervs und erkennt sie als
akustisches Ereignis (Sprache, Klang, Geräusch).

Bei
der neuro-bionischen
Überbrückung der Cochlea gehen Informationen über das Timing, die Intensität und die Frequenz der
Töne verloren. Es kommt zu einem Kurzschluß zum Hörnerv, bei dem die Funktionen
des Innerohrs überbrückt werden. Aus diesem Grund gehen die von dort zur
Verfügung gestellten Informationen verloren. Es bleiben semantische
Informationen. 

Quellen-        
Kandel,
Schwartz, Jessel: Neurowissenschaften, Spektrum Akademischer Verlag 1996-        
http://de.wikipedia.org/wiki/Innenohr-        
http://www.dcig.de/das-cochlea-implant.htm-        
http://www.bionik.tu-berl...