Führend dank Innovation: MED-EL Klangkodierung für möglichst natürliches Hören

Temporale Klangkodierung (Ratenkodierung) und tonotope elektrische Stimulation der gesamten Cochlea sind maßgeblich für ein ausgezeichnetes Hörresultat mit einem Cochlea-Implantat. Beiden Faktoren wird MED-EL durch bahnbrechende und weltweit einzigartige Technologien gerecht.

Die folgende Grafik zeigt eindrucksvoll, warum nur MED-EL Cochlea-Implantate imstande sind, ein Hören zu liefern, das dem natürlichen Hören so nahe wie möglich kommt. Während andere Hersteller nach wie vor auf alte Formen der Klangkodierung aus den 1990er-Jahren setzen, wurden und werden MED-EL Technologien laufend weiterentwickelt, um die Hörqualität für unsere CI-Nutzer*innen immer weiter zu steigern.

Auf die CIS (1994), CIS+ (2001) und HDCIS (2006) Kodierungsstrategien folgte 2010 FineHearing mit FS4, FSP und FS4-p unter Berücksichtigung der klanglichen Feinstruktur. Anatomiebasierte Anpassung (auch ABF, Anatomy-Based Fitting) führt seit 2020 als technologische Ergänzung der FineHearing Kodierungsstrategie zu einer noch exakteren tonotopen Tonhöhenstimulation in der Cochlea.

Ausschließlich mit MED-EL Cochlea-Implantaten erhalten Menschen mit Hörverlust eine individuell angepasste, also anatomisch exakt auf ihre einzigartige Cochlea abgestimmte Stimulation für ein möglichst natürliches Hören.

Was braucht ein möglichst natürliches CI-Hören?

• Lange, flexible Elektrodenträger, die sich ausreichend weit in die Cochlea einführen lassen, um alle Frequenzen am Ort ihrer natürlichen Verarbeitung stimulieren zu können
• Eine frequenzabhängige Kodierungsstrategie, die wie beim natürlichen Hören Frequenzen in der zweiten Cochlea-Windung phasengekoppelt stimuliert, also synchron mit der Phase des eingehenden Klangsignals
• Anatomiebasierte Anpassung für einen exakten tonotopen Abgleich

MED-EL erfüllt mit seinen Cochlea-Implantaten alle der genannten Voraussetzungen und trägt damit den folgenden zentralen Aspekten einer präzisen Tonhöhenwahrnehmung Rechnung:

1. Die gesamte Cochlea wird genutzt.

Ein Cochlea-Implantat kann nur jene Bereiche der Cochlea elektrisch stimulieren, die der Elektrodenträger in der Cochlea physisch erreicht. Im Gegensatz zu CI-Elektroden anderer Hersteller decken MED-EL Elektrodenträger die gesamte Cochlea ab, um ihr volles Potenzial zu nutzen und den kompletten neural verarbeitbaren Frequenzbereich zu bedienen. Dank Synchrotron-Bildgebung wissen wir, dass sich das Ganglion spirale fast über die gesamte Länge der Cochlea ausdehnt. Die Dendriten der Haarzellen reichen bis in eine Tiefe von zwei Cochlea-Windungen. Werden größere Bereiche der Cochlea von der Stimulation ausgeklammert, lässt sich das nicht durch Kodierungsstrategien oder audiologische Anpassmethoden ausgleichen.

2. Die richtige Frequenz wird an der richtigen Stelle verarbeitet.

In der Cochlea sind unterschiedliche Haarzellen für unterschiedliche Tonhöhen zuständig. Entlang der basalen Windung werden die höheren Frequenzen verarbeitet, entlang der apikalen Region die tieferen. Dieses tonotope Prinzip gilt für alle Cochleae – wenngleich jede von ihnen in Größe und Form einzigartig ist.

Tonotope Stimulation – der richtige Ort

Umfassende Forschungen zeigen, dass nur durch eine Übereinstimmung von natürlichem Stimulationsort und stimulierter Tonhöhe zuverlässig eine bessere Tonhöhenwahrnehmung mit einem CI erzielt werden kann. ^{Dorman, M.F., Cook Natale, S., Baxter, L., Zeitler, D.M., Carlson, M.L., Lorens, A., Skarzynski, H., Peters, J.P.M., Torres, J.H., & Noble, J.H. (2020). Approximations to the voice of a cochlear implant: explorations with single-sided deaf listeners. Trends Hear. 24:2331216520920079.[1]–Harris, R.L., Gibson, W.P. Johnson, M., Brew, J., Bray, M., & Psarros, C. (2011). Intra-individual assessment of speech and music perception in cochlear implant users with contralateral Cochlear and MED-EL systems. Acta Otolaryngol., 131(12), 1270–1278.[18]}

Die langen und flexiblen Elektrodenträger von MED-EL erlauben eine sichere Insertion bis in eine Tiefe von 720°. Ein solches Maß an angularer Insertionstiefe und damit Cochlea-Abdeckung erreichen andere Hersteller nicht.^{Prentiss, S., Staecker, H., & Wolford, B. (2014). Ipsilateral acoustic electric pitch matching: a case study of cochlear implantation in an up-sloping hearing loss with preserved hearing across multiple frequencies. Cochlear Implants Int., 15(3), 161–165.[6]Landsberger, D.M., Svrakic, M., Roland, J.T. Jr., & Svirsky, M. (2015). The relationship between insertion angles, default frequency allocations, and spiral ganglion place pitch in cochlear implants. Ear Hear., 36(5), 207–213.[7]} Die tiefe Insertion legt den Grundstein für die Nutzung des gesamten Frequenzpotenzials der Cochlea, den tonotopen Abgleich und damit für eine möglichst hohe Hörqualität.

Natürliche Ratenkodierung – das richtige Timing

Für eine möglichst natürliche Klangwahrnehmung ist die technische Nachbildung natürlicher Ratenkodierung im apikalen Areal der Cochlea entscheidend.

Beim natürlichen Hören sind die Abläufe in der zweiten Cochlea-Windung noch komplexer als in der ersten. Klänge werden hier nicht nur tonotop, sondern zusätzlich zeitlich kodiert. Diese Kodierung ist phasengekoppelt: Eine 110 Hz Schallwelle stößt 110 Aktionspotenziale pro Sekunde in einer Faser des Hörnervs an, ein Ton mit einer Frequenz von 263 Hz löst eine Kette von 263 Aktionspotenzialen aus.^{Dorman, M.F., Cook Natale, S., Baxter, L., Zeitler, D.M., Carlson, M.L., Lorens, A., Skarzynski, H., Peters, J.P.M., Torres, J.H., & Noble, J.H. (2020). Approximations to the voice of a cochlear implant: explorations with single-sided deaf listeners. Trends Hear. 24:2331216520920079.[1]Dorman, M. F., Natale, S. C., Butts, A. M., Zeitler, D. M. & Carlson, M. L. (2017). The Sound Quality of Cochlear Implants: Studies With Single-sided Deaf Patients. Otology & Neurotology, 38(8), e268–e273.[2]Schatzer, R., Vermeire, K., Visser, D., Krenmayr, A., Kals, M., Voormolen, M., Van de Heyning, P., & Zierhofer, C. (2014). Electric-acoustic pitch comparisons in single-sided-deaf cochlear implant users: frequency-place functions and rate pitch. Hear Res., 309, 26–35.[3]Rader, T., Döge, J., Adel, Y., Weissgerber, T., & Baumann, U. (2016). Place dependent stimulation rates improve pitch perception in cochlear implantees with single-sided deafness. Hear Res., 339, 94–103.[4]Landsberger, D.M., Vermeire, K., Claes, A., Van Rompaey, V., & Van de Heyning, P. (2016). Qualities of single electrode stimulation as a function of rate and place of stimulation with a cochlear implant. Ear Hear., 37(3), 149–159.[5]Prentiss, S., Staecker, H., & Wolford, B. (2014). Ipsilateral acoustic electric pitch matching: a case study of cochlear implantation in an up-sloping hearing loss with preserved hearing across multiple frequencies. Cochlear Implants Int., 15(3), 161–165.[6]Roy, A.T., Carver, C., Jiradejvong, P., & Limb, C.J. (2015). Musical sound quality in cochlear implant users: A comparison in bass frequency perception between Fine Structure Processing and High-Definition Continuous Interleaved Sampling Strategies. Ear Hear., 36(5), 582–590.[12]}

Mit dem CI allein den richtigen Ort zu stimulieren, reicht in der apikalen Region also nicht aus. Werden etwa die 120 Hz Grundfrequenz einer männlichen Stimme zwar an der richtigen Stelle, allerdings mit einer starren Rate von 800 pps stimuliert, stößt das in den Nervenzellen 800 Aktionspotenziale pro Sekunde an, was vom Gehirn als nach oben (in Richtung 800 Hz) verschobene Tonhöhe verstanden würde. Sie können sich das Ganze wie bei einem Plattenspieler vorstellen: Wird die Musik mit normaler Geschwindigkeit abgespielt, klingt sie natürlich. Erhöht man die Geschwindigkeit eines Songs, wird er nicht nur schneller, sondern klingt auch höher.

Für eine akkurate Tonhöhenwahrnehmung insbesondere niederer Frequenzen muss ein Implantat fähig sein, die zeitliche Kodierung von Schallschwingungen in der zweiten Cochlea-Windung möglichst gut nachzuahmen. Mit anderen Worten: Das CI muss die Pulsrate verlangsamen, bis sie mit der Schwingungsrate der entsprechenden Frequenz übereinstimmt.^{Schatzer, R., Vermeire, K., Visser, D., Krenmayr, A., Kals, M., Voormolen, M., Van de Heyning, P., & Zierhofer, C. (2014). Electric-acoustic pitch comparisons in single-sided-deaf cochlear implant users: frequency-place functions and rate pitch. Hear Res., 309, 26–35.[3]Rader, T., Döge, J., Adel, Y., Weissgerber, T., & Baumann, U. (2016). Place dependent stimulation rates improve pitch perception in cochlear implantees with single-sided deafness. Hear Res., 339, 94–103.[4]Landsberger, D.M., Vermeire, K., Claes, A., Van Rompaey, V., & Van de Heyning, P. (2016). Qualities of single electrode stimulation as a function of rate and place of stimulation with a cochlear implant. Ear Hear., 37(3), 149–159.[5]Prentiss, S., Staecker, H., & Wolford, B. (2014). Ipsilateral acoustic electric pitch matching: a case study of cochlear implantation in an up-sloping hearing loss with preserved hearing across multiple frequencies. Cochlear Implants Int., 15(3), 161–165.[6]}

FineHearing folgt dem Vorbild der Natur

Und genau das macht die FineHearing Klangkodierung von MED-EL. Während die medialen und basalen Kanäle in einem regelmäßigen Zeitmuster stimulieren, sind die vier apikalen Kanäle („Feinstrukturkanäle“) imstande, phasengekoppelt zu stimulieren. So folgt FineHearing mittels synchroner, ratenkodierter Stimulation der Feinstruktur des Klanges. Ein Ton mit 120 Hz wird automatisch mit 120 pps kodiert, einer mit 144 Hz erhält eine Rate von 144 pps und so weiter. Darüber hinaus berücksichtigt FineHearing bei bilateraler CI-Versorgung natürliche interaurale Zeitdifferenzen, was räumliches Hören sowie die Lokalisierung von Klängen erleichtern kann. Diese kraftvolle Kombination aus möglichst naturgetreuer Frequenzwahrnehmung und besserem Lokalisierungsvermögen liefert ausschließlich FineHearing.^{Roy, A.T., Carver, C., Jiradejvong, P., & Limb, C.J. (2015). Musical sound quality in cochlear implant users: A comparison in bass frequency perception between Fine Structure Processing and High-Definition Continuous Interleaved Sampling Strategies. Ear Hear., 36(5), 582–590.[12]Harris, R.L., Gibson, W.P. Johnson, M., Brew, J., Bray, M., & Psarros, C. (2011). Intra-individual assessment of speech and music perception in cochlear implant users with contralateral Cochlear and MED-EL systems. Acta Otolaryngol., 131(12), 1270–1278.[18]}

Die FineHearing Klangkodierung bietet drei verschiedene Strategien: FSP und FS4 mit sequenzieller Stimulation sowie FS4-p mit Intelligenter Paralleler Stimulation. Mit FSP und FS4 werden die vier apikalen Kanäle jeweils nacheinander stimuliert. Die parallele FS4-p Strategie erlaubt es, bei Bedarf zwei der vier apikalen Kanäle zeitgleich zu stimulieren. Durch die exaktere zeitliche Stimulation im apikalen Areal der Cochlea lässt sich mit FS4-p eine naturgetreuere Wiedergabe der niederen Frequenzen erzielen.

Für Hersteller mit kürzeren Elektrodenträgern, die nur etwa die Hälfte der Cochlea (360-450°) abdecken, spielt die für die zweite Windung charakteristische Ratenkodierung klarerweise keine Rolle. Und umgekehrt wäre es für Hersteller, welche die natürliche Ratenkodierung nicht technologisch erreichen können, in gleicher Weise sinnlos, längere Elektrodenträger zu verwenden. Nur durch die Kombination aus langen Elektrodenträgern und dem richtigen Timing kann die Stimulation eine korrekte Tonhöhenwahrnehmung in den niederen Frequenzen bewirken.

Greifen die auf die Frequenz abgestimmte zeitliche Kodierung und die durch lange Elektrodenträger ermöglichte tonotope Kodierung exakt ineinander, kann das CI die natürliche Funktion der Cochlea präzise nachahmen. Das Ergebnis: ein Hörempfinden, das dem natürlichen Hören möglichst nahe kommt.^{Dorman, M.F., Cook Natale, S., Baxter, L., Zeitler, D.M., Carlson, M.L., Lorens, A., Skarzynski, H., Peters, J.P.M., Torres, J.H., & Noble, J.H. (2020). Approximations to the voice of a cochlear implant: explorations with single-sided deaf listeners. Trends Hear. 24:2331216520920079.[1]–Harris, R.L., Gibson, W.P. Johnson, M., Brew, J., Bray, M., & Psarros, C. (2011). Intra-individual assessment of speech and music perception in cochlear implant users with contralateral Cochlear and MED-EL systems. Acta Otolaryngol., 131(12), 1270–1278.[18]}

Anatomiebasierte Anpassung

Seit ihrer Einführung mit MAESTRO 9.0 im Jahr 2020 ermöglicht die anatomiebasierte Anpassung, Frequenzfilter mit der Greenwood-Funktion und damit der natürlichen Cochlea-Tonotopie in Einklang zu bringen. Die anatomiebasierten Anpassalgorithmen in der MAESTRO Software fokussieren auf den für Sprache entscheidenden Frequenzbereich von 950 Hz bis 3000 Hz und stimmen die Filterbänder auf die exakte Elektrodenposition in der Cochlea (bestimmt durch postoperative Bildgebung) ab.^{Dhanasingh, A., & Hochmair, I. (2021). Signal processing & audio processors. Acta Oto-Laryngologica, 141(S1), 106–134. https://doi.org/10.1080/00016489.2021.1888504[19]Mertens, G., Heyning, P. V. de, Vanderveken, O., Topsakal, V., & Rompaey, V. V. (2022). The smaller the frequency-to-place mismatch the better the hearing outcomes in cochlear implant recipients? European Archives of Oto-Rhino-Laryngology, 279(4), 1875–1883. https://doi.org/10.1007/s00405-021-06899-y[20]}

Die Berechnung und Zuweisung der Mittenfrequenzen gemäß der Position jedes einzelnen Elektrodenkontakts führt zu einer besseren tonotopen Tonhöhenübereinstimmung und damit zu einer natürlicheren Klangwahrnehmung und zu besserem Sprachverstehen insbesondere im Störschall.^{Mertens, G., Heyning, P. V. de, Vanderveken, O., Topsakal, V., & Rompaey, V. V. (2022). The smaller the frequency-to-place mismatch the better the hearing outcomes in cochlear implant recipients? European Archives of Oto-Rhino-Laryngology, 279(4), 1875–1883. https://doi.org/10.1007/s00405-021-06899-y[20]Fan, X., Yang, T., Fan, Y. et al. Hearing outcomes following cochlear implantation with anatomic or default frequency mapping in postlingual deafness adults. Eur Arch Otorhinolaryngol 281, 719–729 (2024). https://doi.org/10.1007/s00405-023-08151-1[21]Kurz A, Herrmann D, Hagen R, Rak K. Using Anatomy-Based Fitting to Reduce Frequency-to-Place Mismatch in Experienced Bilateral Cochlear Implant Users: A Promising Concept. J Pers Med. 2023 Jul 8;13(7):1109. doi: 10.3390/jpm13071109. PMID: 37511722; PMCID: PMC10381201.[22]}

Interesse an anatomiebasierter Anpassung?

Die anatomiebasierte Anpassung ist in MAESTRO 9.0 oder neuer verfügbar und kompatibel mit SONNET 2, SONNET 2 EAS, SONNET 3, SONNET 3 EAS und RONDO 3 Audioprozessoren. Wenn Sie mehr über die Nutzung von OTOPLAN und Röntgen- oder CT-Bilddaten erfahren möchten, um Ihren Patient*innen anatomiebasierte Anpassung bieten zu können, kontaktieren Sie bitte einfach Ihren MED-EL Ansprechpartner vor Ort.

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