Intelligente Parallele Stimulation (IPS) und ihr Nutzen für Menschen mit Cochlea-Implantaten

Alle MED-EL Cochlea-Implantate seit 2006 sind mit Kanälen bzw. Elektrodenpaaren ausgestattet, die jeweils über eine eigene Stromquelle verfügen. Diese zwölf separat mit Strom versorgten Kanäle bewirken eine flexiblere Stimulation der Cochlea durch die einzelnen Elektrodenpaare. Unter anderem sind die unabhängigen Elektrodenpaare in der Lage, mehrere Stellen in der Cochlea exakt gleichzeitig zu stimulieren. In diesem Fall spricht man von simultaner oder paralleler Stimulation.

Dadurch wird die Stimulation flexibler, jedoch auch komplexer, da sich die simultan stimulierten Kanäle gegenseitig stören. Kann es also überhaupt eine parallele Stimulation geben, die einen positiven Effekt auf die Hörqualität hat und nicht durch Interferenzen beeinträchtigt wird? Ja. Und sie existiert bereits: Intelligente Parallele Stimulation (IPS). Ausschließlich MED-EL Cochlea-Implantate verfügen über diese patentierte Technologie, die auf einem ausgefeilten Algorithmus basiert, der unerwünschte gegenseitige Beeinflussung von Übertragungskanälen bzw. Interferenzen kompensiert.

Intelligente Parallele Stimulation bereitete den Weg für die Weiterentwicklung von Klangkodierungsstrategien. Diese bestimmen, nach welchem Muster der Hörnerv stimuliert wird, und haben somit entscheidenden Einfluss auf die Hörleistung und die Qualität der Klangwahrnehmung.

Für den Anspruch von MED-EL, ein möglichst natürliches Hören mit Cochlea-Implantat zu erzielen, sind zwei Aspekte ausschlaggebend:

1) Um das gesamte natürliche Klangspektrum abzudecken, muss die Elektrode lang genug sein, um die Cochlea in ihrer gesamten Länge stimulieren zu können. Eine Frequenz, die an einem Ort in der Cochlea verarbeitet wird, welchen die Elektrode nicht erreicht, kann nicht korrekt stimuliert werden. Wird die Frequenz mit einem zu kurzen Elektrodenträger dennoch stimuliert, kommt es aufgrund der tonotopen Diskrepanz zu einer Verschiebung der Tonhöhe.

2) Für eine möglichst natürliche Klangwahrnehmung ist die technische Nachbildung natürlicher Ratenkodierung im apikalen Areal der Cochlea entscheidend. Es ist nicht nur erforderlich, die gesamte Cochlea zu stimulieren – die Stimulation muss zudem in der gleichen Weise erfolgen, wie es beim normalen Hören der Fall ist, also phasenstarr. Eine solche Stimulation erfordert, dass die Nervenaktivität in den niederen Frequenzen und die Phase des zu verarbeitenden Klangsignals synchron sind. Diesem Grundsatz folgen die FineHearing Kodierungsstrategien von MED-EL: Während die äußeren Kanäle in einem regelmäßigen Zeitmuster stimulieren, stimulieren die vier apikalen Kanäle („Feinstrukturkanäle“) nach dem Timing der eingehenden Und genau hier spielt die Intelligente Parallele Stimulation ihre Stärken aus.

Intelligente Parallele Stimulation und FineHearing Klangkodierung

FineHearing bietet drei verschiedene Kodierungsstrategien: FSP und FS4 mit sequentieller Stimulation sowie FS4-p mit Intelligenter Paralleler Stimulation. Mit FSP und FS4 werden die vier apikalen Kanäle jeweils nacheinander stimuliert. Seit 2006 sind die MED-EL Cochlea-Implantate in der Lage, zusätzlich die parallele FS4-p Strategie anzuwenden. Sie erlaubt es, bei Bedarf zwei der vier apikalen Kanäle zeitgleich zu stimulieren. Durch eine exaktere zeitliche Stimulation im apikalen Areal der Cochlea erzielt FS4-p eine naturgetreuere Wiedergabe der niederen Frequenzen zwischen 70 und 950 Hz. Speziell in diesem Frequenzbereich ist die Genauigkeit des Timings von größter Bedeutung für die Klangqualität und die Musikwahrnehmung mit einem CI.

SSD-Patient*innen mit CI profitieren häufig von paralleler Stimulation

Im Gegensatz zu Riss et al. (2014), die in Bezug auf Sprachverstehen im Störschall keinen signifikanten Unterschied zwischen den Kodierungsstrategien erkennen konnten,[2] deuten andere Forschungsergebnisse durchaus darauf hin, dass MED-EL Nutzer*innen mit einseitigem Hörverlust der FS4-p Kodierung andere Verarbeitungsstrategien bevorzugen.[3]

Tavora-Viera und Rajan ermittelten Sprachwahrnehmung und subjektive Präferenzen von 13 Personen, die auf einer Seite ein CI mit einer 31,5 mm langen FLEXSOFT Elektrode trugen und auf der anderen Seite normal hörten. Über einen Zeitraum von zwei Wochen wechselten sie tageweise zwischen FS4 und FS4-p. Einmal täglich beantworteten sie fünf Fragen anhand einer 10-Punkte-Skala. Die Resultate sind im unten angeführt.

Subjektiver Nutzen für einseitig gehörlose Personen mit CI: FS4 vs. FS4-p Klangkodierung

Die Ergebnisse der Befragung zeigen, dass einseitig gehörlose MED-EL CI-Nutzer*innen Klang mit FS4-p um 26 % klarer empfinden als mit FS4. In der Frage, wie sehr den Nutzer*innen die Klangqualität allgemein zusagte, schnitt die FS4-p Kodierung um 36 % besser ab als FS4. Zusammenfassend formulierten Tavora-Vieira und Rajan, dass der subjektive Nutzen von FS4-p in allen Fragen signifikant höher bewertet wurde als jener von FS4.

Die Autoren merken dazu an, dass einseitig ertaubte Personen in der einzigartigen Position seien, die unterschiedlichen Kodierungsstrategien direkt mit dem Höreindruck der normal hörenden Seite vergleichen zu können, während Menschen mit beidseitigem Hörverlust beim Vergleichen auf ihr auditives Gedächtnis bzw. akustische Verstärkung angewiesen seien. Dies könnte die deutliche Präferenz für die FS4-p Kodierung unter CI-Nutzer*innen mit SSD erklären, die sich in den bereits erwähnten Sprachwahrnehmungstests mit bilateral hörgeschädigten Nutzer*innen so nicht zeigte.

MED-EL Cochlea-Implantate: Jetzt und in Zukunft möglichst natürlich hören

MED-EL Cochlea-Implantate verfügen über unabhängige Kanäle zur parallelen Stimulation sowie über lange Elektroden, die den gesamten Ductus cochlearis erreichen. Diese Kombination liefert MED-EL Nutzer*innen ein Hörempfinden, das dem natürlichen Hören möglichst nahe kommt. Je nach persönlicher Präferenz bieten MED-EL Cochlea-Implantate die Wahl zwischen den Klangverarbeitungsstrategien FSP, FS4, and FS4-p. Darüber hinaus sind die MED-EL Cochlea-Implantate dank ihrer technischen Voraussetzungen zur intelligenten parallelen Stimulation schon jetzt für künftige, noch komplexere simultane Stimulationsmuster gerüstet.

Mehr zu FineHearing, Klangkodierung und Tonhöhenwahrnehmung

Die Vorteile von FineHearing für Menschen mit MED-EL Cochlea-Implantaten: Audiology Online Artikel (in englischer Sprache)

Tonotope Kodierung und zeitliche Feinstrukturkodierung: Beides ist wichtig

MED-EL Klangkodierung im Detail: Online-Videoserie

Referenzen

1. Schatzer, R., Koroleva, I. A., Griessner, A., Levin, S. V., Kuzovkov, V. E., Yanov, Y., & Zierhofer, C. (2015). Speech perception with interaction-compensated simultaneous stimulation and long pulse durations in cochlear implant users. Hearing Research, 322, 99–106. https://doi.org/10.1016/j.heares.2014.11.002
2. Riss, D., Hamzavi, J., Blineder, M., Honeder, C., Ehrenreich, I., Kaider, A., Baumgartner, W., Gstoettner, W., & Arnoldner, C. (2014). FS4, FS4-p, and FSP: A 4-Month Crossover Study of 3 Fine Structure Sound-Coding Strategies. Ear And Hearing, 35(6), e272–e281. https://doi.org/10.1097/aud.0000000000000063
3. Távora-Vieira, D., & Rajan, G. P. (2014). Assessment of Fine Structure Processing Strategies in Unilaterally Deafened Cochlear Implant Users. International Journal of Otolaryngology and Head & Neck Surgery, 03(06), 347–353. https://doi.org/10.4236/ijohns.2014.36062