Licht und Strom verbessern das Hören Optimiertes Cochlea-Implantat mit Mikro-LEDs

Hören mit Licht könnte zukünftig CI-Nutzern eine feinere Unterscheidung von Tonhöhen und somit ein besseres Verstehen von Sprache in lauter Umgebung sowie 
größeren Musikgenuss ermöglichen.
Hören mit Licht könnte zukünftig CI-Nutzern eine feinere Unterscheidung von Tonhöhen und somit ein besseres Verstehen von Sprache in lauter Umgebung sowie größeren Musikgenuss ermöglichen.

Ein interdisziplinäres Team von Wissenschaftlern der Universitäten Göttingen und Freiburg hat ein Leuchtdioden-basiertes optisches Cochlea-Implantat entwickelt. Damit zeigten taube Nagetiere jetzt erstmals ein lichtgesteuertes Hörverhalten.

Nach zwölf Jahren Forschung zu grundlegenden Fragen zum Hören mit Licht ist die Hörforschung am Göttingen Campus um Prof. Dr. Tobias Moser, Direktor des Instituts für Auditorische Neurowissenschaften der Universitätsmedizin Göttingen (UMG), soweit, dass ein optisches Cochlea-Implantat klinische Anwendbarkeit findet.

In Zusammenarbeit mit einem von Dr. Patrick Ruther geleiteten Team von Ingenieuren des Instituts für Mikrosystemtechnik (IMTEK) der Albert-Ludwigs-Universität Freiburg konnte erstmals die Funktionalität der neu entwickelten Cochlea-Implantate (CI) mit bis zu zehn integrierten Mikro-Leuchtdioden (µLEDs), die eine Kantenlänge von nur 0,25 Millimetern aufweisen, über einen Zeitraum von über einem Monat im Tiermodell getestet werden. Im Vorfeld der Experimente bekamen die Nager ein harmloses Virus injiziert, um ihren Hörnerv über molekulare Lichtschalter lichtempfindlich zu machen. Mit Hilfe von akustischen Reizen wurden die Tiere auf eine Verhaltensreaktion trainiert, danach medikamentös hörgeschädigt und mit einem optischen CI versorgt.

»Erstaunlicherweise zeigten einige taube Tiere sofort das gleiche Verhalten auf das Lichtsignal wie zuvor bei normalem Hören im Training auf einen gespielten Ton. Dies könnte darauf hindeuten, dass die optische Stimulation dem natürlichen Höreindruck nahekommt«, so Dr. Daniel Keppeler, Mitarbeiter am Institut für Auditorische Neurowissenschaften, UMG. Um diesen Entwicklungsschritt zu erreichen, mussten die LED-Sonden gut verkapselt werden. Damit sollten die empfindlichen elektronischen Bauteile vor der in der Gehörschnecke befindlichen Salzlösung geschützt werden.

Ebenso wichtig für das Gelingen der Verhaltensexperimente über mehrere Wochen war die Entwicklung eines mobilen Prozessors am Institut für Auditorische Neurowissenschaften in Göttingen. Die kleine Recheneinheit wandelt Umgebungsgeräusche über ein integriertes Mikrofon in elektrische Signale um und überträgt diese an das optische CI.

In der Miniaturisierung des optischen Cochlea-Implantats für die Testung an Nagetieren lag eine weitere Herausforderung für die Wissenschaftler. Es sollte möglichst leicht sein, damit die Tiere es ohne Probleme im Verhaltensexperiment tragen können. Gerade mal 15 Gramm wiegt das gesamte CI-System, das entspricht etwa einem Esslöffel Zucker.

Veröffentlicht wurden die Forschungsergebnisse im Juli 2020 in der Fachzeitschrift Science Translational Medicine unter dem Titel »Multichannel optogenetic stimulation of the auditory pathway using microfabricated LED cochlear implants in rodents«.

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