{"id":25692,"date":"2020-03-18T11:43:15","date_gmt":"2020-03-18T11:43:15","guid":{"rendered":"https:\/\/blog.medel.pro\/tonotopische-kodierung-und-zeitliche-feinstrukturkodierung-beides-ist-wichtig\/"},"modified":"2024-03-12T17:06:25","modified_gmt":"2024-03-12T17:06:25","slug":"tonotopische-kodierung-und-zeitliche-feinstrukturkodierung-beides-ist-wichtig","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/blog.medel.pro\/de\/audiologie\/tonotopische-kodierung-und-zeitliche-feinstrukturkodierung-beides-ist-wichtig\/","title":{"rendered":"Tonotope Kodierung und zeitliche Ratenkodierung: beides ist wichtig"},"content":{"rendered":"

Geht es um die Klangqualit\u00e4t mit Cochlea-Implantaten, so ist schnell von den Elektrodentr\u00e4gern die Rede. Zweifellos spielen diese als Bindeglied zwischen Implantat und Cochlea eine zentrale Rolle. Schlie\u00dflich sind nur lange Elektroden in der Lage, auch in den mittleren bis tiefen Frequenzen eine \u00dcbereinstimmung von Tonh\u00f6he und Stimulationsort zu erzielen. Damit der Klangeindruck dem nat\u00fcrlichen H\u00f6ren m\u00f6glichst nahe kommt, muss der Elektrodentr\u00e4ger auch die zweite Cochlea-Windung erreichen. Andernfalls ist eine nat\u00fcrliche tonotopische Kodierung f\u00fcr die niederen Frequenzen nicht m\u00f6glich.<\/p>\n

Im Bereich jenseits der ersten Cochlea-Windung braucht es aber mehr als nur einen langen und optimal positionierten Elektrodentr\u00e4ger. Erst in Kombination mit einer frequenzabh\u00e4ngigen Ratenkodierung k\u00f6nnen die Elektroden in der apikalen Cochlea-Region ihr volles Potenzial ausspielen.<\/p>\n

Das f\u00fchrt uns zur Kodierungsstrategie des Implantats. Um f\u00fcr den CI-Nutzer eine m\u00f6glichst korrekte und naturgetreue Tonh\u00f6henwahrnehmung zu erreichen, muss die Kodierungsstrategie zwei Komponenten in sich vereinen: tonotopische (\u00f6rtliche) Kodierung und zeitliche (Raten-) Kodierung.<\/p>\n

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Nat\u00fcrliche Ratenkodierung<\/h3>\n

Beim nat\u00fcrlichen H\u00f6ren sind die Abl\u00e4ufe in der zweiten Cochlea-Windung noch komplexer als in der ersten. Kl\u00e4nge werden hier nicht nur tonotopisch, sondern zus\u00e4tzlich auch zeitlich aufgeschl\u00fcsselt. Hier, in der apikalen Region der Cochlea, sind die Haarzellen in der Lage, Nervensignale anzusto\u00dfen, die der Frequenz der Klangsignale entsprechen.1,2<\/sup><\/p>\n

In den mittleren und tiefen Frequenzen triggert jede Schwingung einer Schallwelle eine Reaktion der Haarzelle und beendet diese auch wieder. Klangfrequenz wird in Schwingungen pro Sekunde (Hz) gemessen. Eine 110 Hz Schallwelle st\u00f6\u00dft also 110 zusammenh\u00e4ngende Aktionspotenziale pro Sekunde in den Fasern des H\u00f6rnervs an. Ein Ton mit einer Frequenz von 263 Hz l\u00f6st eine Kette von 263 Aktionspotenzialen aus, ein 440 Hz Ton triggert 440 Aktionspotenziale usw. Die Phasenverriegelung bringt die Aktionspotenziale in \u00dcbereinstimmung mit den Schallwellen.2<\/sup><\/p>\n

Diese Ratenkodierung im Verh\u00e4ltnis 1:1 erm\u00f6glicht eine pr\u00e4zise nat\u00fcrliche Frequenzanpassung, die mit der \u00f6rtlichen Kodierung allein h\u00f6chstwahrscheinlich nicht zu erzielen w\u00e4re. H\u00e4ufig wird in diesem Zusammenhang auch von \u201azeitlicher Kodierung\u2018 gesprochen. Es wird davon ausgegangen, dass sie einen wichtigen Einfluss auf Sprachverstehen in Umgebungsl\u00e4rm, Tonh\u00f6henerkennung, Musikwahrnehmung und die Lokalisierung von Kl\u00e4ngen hat.1,2<\/sup><\/p>\n

Bei ca. 1.000 Hz erreicht die Feuerungsrate der einzelnen Nervenfasern<\/a> ihr Maximum und wird zunehmend durch die tonotopische Kodierung ersetzt. Zusammengefasst zeigt sich also, dass f\u00fcr das nat\u00fcrliche H\u00f6ren beide Kodierungen – sowohl die tonotopische als auch die zeitliche – notwendig sind.<\/p>\n

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\"AuditorischePhasenstarre zeitliche Kodierung im H\u00f6rnerv zeigt sich bis ca. 1.000 Hz. An diesem Punkt erreicht die individuelle neuronale Feuerungsrate ihr Maximum. Versuch einer grafischen Darstellung der Phasenverriegelung; dient lediglich zur Illustrierung des Prozesses; nach Pickles et al. (2013).<\/em><\/p>\n

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Ratenkodierung bei Cochlea-Implantaten<\/h3>\n

Wenn eine lange Elektrode eine \u00dcbereinstimmung zwischen Stimulationsort und Tonh\u00f6he in der zweiten Cochlea-Windung erreicht, warum braucht es dann \u00fcberhaupt noch Ratenkodierung?<\/p>\n

Eine pr\u00e4zise, den Schallwellen entsprechende Ratenkodierung in der zweiten Windung l\u00e4sst CI-Nutzer mittlere bis tiefe Frequenzen nat\u00fcrlicher wahrnehmen. Erzeugt das Implantat durchwegs eine konstante und hohe Pulsrate (z.B. 1.500 Pulse pro Sekunde), kann das in der apikalen Cochlea-Region die Tonh\u00f6henwahrnehmung beeintr\u00e4chtigen. Eine solche fixe Pulsrate, die keine R\u00fccksicht auf die nat\u00fcrliche Rate der Schwingungen nimmt und im Vergleich mit dieser viel zu hoch ist, f\u00fchrt dazu, dass T\u00f6ne h\u00f6her wahrgenommen werden, als sie tats\u00e4chlich sind. 3,4,5<\/sup><\/p>\n

Sie k\u00f6nnen sich das Ganze wie bei einem DJ-Pult oder einer Stereoanlage vorstellen. Wird die Musik mit normaler Geschwindigkeit abgespielt, klingt sie nat\u00fcrlich. Erh\u00f6ht man die Geschwindigkeit eines Songs, wird er nicht nur schneller, sondern klingt auch h\u00f6her. F\u00fcr eine akkurate Tonh\u00f6henwahrnehmung insbesondere niederer Frequenzen muss ein Implantat also f\u00e4hig sein, die zeitliche Kodierung von Schallschwingungen in der zweiten Cochlea-Windung m\u00f6glichst gut nachzuahmen. Mit anderen Worten: Das CI muss die Pulsrate verlangsamen, bis sie mit der Schwingungsrate der entsprechenden Frequenz \u00fcbereinstimmt. 3,4,5,6<\/sup><\/p>\n

Werfen wir an dieser Stelle einen Blick auf ein paar k\u00fcrzlich durchgef\u00fchrte Tests, an denen unilaterale CI-Nutzer teilgenommen haben, die auf der nicht implantierten Seite verh\u00e4ltnism\u00e4\u00dfig normal h\u00f6ren konnten oder sogar auf der implantierten Seite \u00fcber ein Resth\u00f6rverm\u00f6gen verf\u00fcgten. Diese Studien kamen zu einem bemerkenswerten Resultat: Eine korrekte Wahrnehmung der Tonh\u00f6he l\u00e4sst sich mit einem CI bis in einen Frequenzbereich von ca. 100 Hz erreichen, wenn sowohl die zeitliche als auch die r\u00e4umliche Kodierung mit der jeweiligen Frequenz \u00fcbereinstimmen. Als Beispiel: Die f\u00fcr die Wahrnehmung einer Tonh\u00f6he von 100 Hz zust\u00e4ndige Region in der zweiten Cochlea-Windung wird mit exakt 100 Pulsen pro Sekunde stimuliert.3,4,6,7<\/sup><\/p>\n

Diese niederen Frequenzen sind notwendig f\u00fcr einen satten, vollen, resonierenden Klang. Ohne sie erscheint der Klang \u201eroboterhaft\u201c, \u201eblechern\u201c, \u201ehallig\u201c oder \u201emechanisch\u201c.8<\/sup><\/p>\n

F\u00fcr die h\u00f6heren Frequenzen in der ersten Cochlea-Windung ist diese Ratenkodierung gem\u00e4\u00df den Schallschwingungen jedoch keine geeignete L\u00f6sung. Bei einer kurzen Elektrode reicht eine niedere Pulsrate nicht aus, um die Tonh\u00f6he effizient zu reduzieren, sondern f\u00fchrt eher zu einer unbefriedigenden und st\u00f6renden Klangqualit\u00e4t.3,5,6<\/sup> Daraus l\u00e4sst sich erkennen, dass ein Elektrodentr\u00e4ger die nat\u00fcrliche Klangkodierung nur nachahmen kann, wenn er bis in die apikale Region bzw. in die zweite Windung der Cochlea reicht. Mittlere bis tiefe Frequenzen k\u00f6nnen also nicht der nat\u00fcrlichen Frequenzverteilung (Greenwood-Funktion) entsprechend stimuliert werden. Ohne pr\u00e4zise tonotopische Kodierung oder Ratenkodierung liegt eine naturgetreue Wahrnehmung niederer Frequenzen au\u00dferhalb der Reichweite kurzer Elektrodentr\u00e4ger.3,4,7,9,10<\/sup><\/p>\n

\u00a0<\/strong><\/p>\n

Nat\u00fcrlichere Klangqualit\u00e4t<\/h3>\n

Es gibt nur einen Weg, eine m\u00f6glichst nat\u00fcrliche Tonh\u00f6henwahrnehmung \u00fcber die gesamte Cochlea und damit alle Frequenzen hinweg zu erlangen: lange, weit in die Cochlea reichende Elektroden und eine pr\u00e4zise Stimulation, die mit der nat\u00fcrlichen Schwingungsrate der zu stimulierenden Frequenzen \u00fcbereinstimmt.4,5,6,7<\/sup><\/p>\n

Welche Vorteile liefert die Kombination aus langen Elektrodentr\u00e4gern und einer tonh\u00f6henspezifischen Ratenkodierung nun Ihren Patienten?<\/p>\n