Der Weg ins Innenohr Schalltrichter

Transkript

1 Der Weg ins Innenohr Schalltrichter 1 Quelle: Schmidt + Thews (1997) Physiologie des Menschen. Springer Verlag

2 Mittelohr Trommelfell: Luft <-> festere Körper Hammer, Amboss, Steigbügel: Schallleitung; Impedanzanpassung Hebelverstärkung Eustachische Röhre Druckausgleich 2

3 Schutzfunktion Mit Hilfe von zwei kleinen Muskeln kann der Auslenkungsgrad der Gehörknöchelchen verändert werden. Schutz für die empfindlichen Haarzellen des Innenohrs vor zu hohen Schalldrücken Eustachische Röhre 3

4 Eustachische Röhre 4

5 Sensitivität Hörschwelle P 0 logarithmisches Maß: Dezibel (db) = 20 log P/P 0 ; Prüfton 1kHz; eine 20 db Änderung entspricht dem Faktor 10 5

6 Hörbereich 6

7 Innenohr: Ein dreifacher Schneckengang Corti-Organ Scala vestibuli Scala media Scala tympani 7

8 8

9 Cochlea 3 Kammern: Scala vestibuli Scala media Scala tympani 9

10 Das Corti-Organ Corti-Organ 10

11 Das Corti-Organ ca. 0,5 mm Quelle: Furness et al. (2008) Neuroscience 154: 10 11

12 Efferente Innervierung 12

13 Die Mechanik des Corti-Organs 13 Quelle: Fettiplace, R. & Hackney, C.M. (2006) Nature Reviews Neuroscience, 7:19-29

14 Die Mechanik des Corti-Organs 14 Quelle: Fettiplace, R. & Hackney, C.M. (2006) Nature Reviews Neuroscience, 7:19-29

15 Die Mechanik des Corti-Organs 15 Quelle: Fettiplace, R. & Hackney, C.M. (2006) Nature Reviews Neuroscience, 7:19-29

16 Frequenzerkennung Resonanzeffekte Resonanz lokal unterschiedlich Eigenschaft der Membran 16

17 Punktgenaue Verstärkung an einer Stelle 17

18 Äußere Haarzellen Resonanzeffekte: Aktive Verstärkung durch Äußere Haarzellen Frequenzerkennung 18

19 Äußere Haarzellen als Servomotoren Efferente Innervierung 19 Quelle: Fettiplace, R. & Hackney, C.M. (2006) Nature Reviews Neuroscience, 7:19-29

20 Ein Protein verstellt die Länge der äußeren Haarzellen -30 mv Cl mv Quelle: Ashmore (2008) Physiological Reviews 88, 173 Quelle: Dallos & Fakler (2002) 20 Nature Reviews Molecular Cell Biology 3, 104

21 Punktgenaue Verstärkung an einer Stelle Hz 20 Hz Helicotrema Hz 20 Hz 20 Hz 33 mm Hz 0.5 mm 0.1 mm Helicotrema weicher härter Fenster 21

22 Schalldruckpegel (db) Der Hörbereich des Menschen Frequenz (Hz) 0.5 mm 0.1 mm Helicotrema weicher härter Fenster 22

23 Tonotopie 1. Verstärkung der Resonanz an nur einem Punkt, dem Maximum 2. Vibrationsmessung an Punkten entlang der Basilarmembran 100 bis fach!

24 24

25 Cochlea Implantat Tonotopie Grundlage für frequenzselektive Reizung der Hörnervenfasern 25

26 Presbyakusis - wenn die äußeren Haarzellen streiken Altersschwerhörigkeit Sprachbereich Ton Klang Geräusch 26

27 Otoakustische Emissionen und Hörscreening Schwingungen der äußeren Haarzellen sind messbar 27

28 Zelluläre Schallwandlung Problem: Geringe Amplituden (Energie) der Schallwellen Hohe Sensitivität der Haarsinneszellen erforderlich 28

29 Die Umgebung des Corti-Organs endocochleäres Potenzial +85 mv ATP-Verbrauch! Aktivität der Na-K-Pumpen der Epithelzellen produziert eine kaliumreiche Endolymphe Positives extrazelluläres Potenzial der Endlymphe gegenüber der Umgebung 29

30 Die elektrochemische Welt einer inneren Haarzelle: Erhöhung der Empfindlichkeit Positives extrazelluläres Potenzial der Endolymphe addiert sich zum Membranpotenzial der Sinneszellen Endolymphe Perilymphe Aus: Schmidt, Lang, Thews, Physiologie des Menschen, Springer

31 Die elektrochemische Welt einer inneren Haarzelle -70 mv Aus: Schmidt, Lang, Thews, Physiologie des Menschen, Springer

32 Haarzellen adaptieren Auslenkung Aus: Schmidt, Lang, Thews, Physiologie des Menschen, Springer

33 Haarzellen adaptieren Adaptation Auslenkung Aus: Schmidt, Lang, Thews, Physiologie des Menschen, Springer

34 Durchblutungsstörung Na/K-Pumpen in Epithelzellen können K- Gradienten in Endolymphe nicht mehr aufrecht erhalten (hoher ATP-Bedarf) Haarsinneszellen nicht mehr sensitiv Hörsturz Phantomgeräusche - Tinnitus 34

35 Lärmschwerhörigkeit Durch impulsartige Geräusche (z.b. Schuss, Pressluftfanfare) oder länger dauernden Lärm (Walkman, Disco, Arbeitsplatz). Das Gehör kann sich nur in Grenzen wieder erholen. Drei Reihen intakter Zilien der äußeren Haarzellen (Quelle: Ising, Kruppa) Zilienverwüstung nach Überlastung mit Impulsschall 35

36 Zusammenfassung Ohrmuschel = Schalltrichter Schallleitung: Schwingungen des Trommelfells werden über Gehörknöchelchen auf Innenohr übertragen Impedanzwandlung (Hebelverstärkung) Schutzfunktion durch Kopplungssteuerung Eustachische Röhre sorgt für Druckausgleich 36

37 Zusammenfassung Das Corti-Organ in der Cochlea des Innenohrs analysiert Schall. Ein Ton einer bestimmten Frequenz erzeugt Resonanz an einer bestimmten Stelle der Basilarmembran. Diese Resonanz wird durch die äußeren Haarzellen bis zu 1000-fach verstärkt. Die Position einer aktivierten inneren Haarzelle auf der Basilarmembran gibt dem Gehirn die Frequenzinformation: Tonotopie. Durch die K + -Ionen-reiche Endolymphe der Scala media erhöht sich das Membranpotential an den Stereozilien der Haarzellen auf ~ -185 mv. Verstärkung der Empfindlichkeit Der Rezeptorstrom zeigt Adaptation - die Stereozilien können sich dauerhaften Auslenkungen anpassen. 37

38 Hören Die Hörbahnen im Gehirn

39 Stabilität eines hypersensitiven Organs Felsenbein Os petrosus 39

40 Ein kurzer Weg ins Gehirn 40

41 Die Bündelung der cochleären Fasern im Hörnerv efferent afferent 41

42 Effektive und schnelle Synapsen Bandsynapsen Riesensynapsen Quelle: Moser et al. (2006) Journal of Physiology 576, 55 42

43 Hören Qualitäten: Lautstärke Frequenz (Klang) Richtung Bedeutung 43

44 Ableitung von Axonen aus dem Hörnerv Aus: Schmidt + Thews (1997) Physiologie des Menschen, Springer-Verlag, Berlin 44

45 Vom Ohr ins Gehirn Nervus vestibulocochlearis (VIII) 45 Quelle: Weitz, B. (1998) Atlas der Anatomie Quelle:

46 Richtungshören 46

47 Einige Stationen der Hörbahn Colliculi inferiores Hörnerv vom Ganglion spirale 47 Quelle: Netter, F.H. (1987) Farbatlanten der Medizin Nervensystem I

48 Einige Stationen der Hörbahn Bewußtsein Tonotopische Organisation Colliculi inferiores Richtungshören Verbesserung der Frequenztrennung. Laterale Inhibition Verrechnung der Eingänge von beiden Ohren. Richtungshören Hörnerv vom Ganglion spirale 48 Quelle: Netter, F.H. (1987) Farbatlanten der Medizin Nervensystem I

49 Binaurale Schallanalyse in der oberen Olive Colliculi inferiores 49 Quelle: Gersdorff & Borst (2002) Nature Reviews Neuroscience 31: 53-64

50 Richtungshören Koinzidenz- Detektoren rechtes Ohr linkes Ohr 50

51 Richtungshören Koinzidenz- Detektoren rechtes Ohr linkes Ohr 51

52 Richtungshören Klangquelle gerade vor mir Koinzidenz- Detektoren rechtes Ohr linkes Ohr 52

53 Richtungshören Koinzidenz- Detektoren rechtes Ohr linkes Ohr 53

54 Richtungshören Koinzidenz- Detektoren rechtes Ohr linkes Ohr 54

55 Richtungshören Klangquelle rechts von mir Koinzidenz- Detektoren rechtes Ohr linkes Ohr 55

56 Richtungshören Koinzidenz- Detektoren rechtes Ohr linkes Ohr 56

57 Richtungshören Koinzidenz- Detektoren rechtes Ohr linkes Ohr 57

58 Richtungshören Klangquelle links von mir Koinzidenz- Detektoren rechtes Ohr linkes Ohr 58

59 Richtungshören im oberen Olivenkomplex 59

60 Von der Olive zum Thalamus Der Thalamus: Corpus geniculatum mediale 60 Quelle:

61 Die Hörrinde (auditorischer Cortex) Zentralfurche Frontallappen vorne Parietallappen Okzipitallappen Temporallappen 61

62 Die Hörrinde (auditorischer Cortex) Frontallappen vorne Parietallappen Okzipitallappen Gyrus temporalis superior Temporallappen 62

63 Die Hörrinde ist kompliziert aufgebaut somatosensorischer Cortex auditorischer Cortex Quelle: Kandel, Schwartz, Jessell (2000) Principles of neural sciences McGraw-Hill, New York 63 Quelle: Linden, Schreiner (2003) Cerebral Cortex 13:83-89

64 Zusammenfassung Etwa 20 Neuronen aus den Spiralganglien innervieren jede innere Haarzelle. Die Axone der Neurone aus den Spiralganglien bilden den Hörnerv und verlaufen zum Nucleus cochlearis im Stammhirn. Im Olivenkomplex (Nucleus olivaris) werden Fasern aus beiden Innenohren miteinander verschaltet. Hier werden Laufzeitunterschiede für das Richtungshören ausgewertet. Die Hörbahn verläuft über die Vierhügelplatte und die mittleren Kniekörper des Thalamus zur Hörrinde im Schläfenlappen. Jedes Neuron in der Hörrinde kodiert eine Vielzahl von unterschiedlichen Informationen über das akustische Signal und ermöglicht damit die Analyse komplizierter Klangmischungen (Sprache). 64

65 Gleichgewichtssinn Das Gleichgewichtsorgan (Vestibularorgan) 65

66 Makulaorgane Makulaorgane liefern Information über die Stellung des Schädels im Raum Calcitkristalle - Otolithen 66

67 Bogengangsorgane Bogengangs organe messen Beschleunigungsbzw. Bremsvorgänge Cupula 67

68 Zusammenfassung Die Sinneszellen des Vestibularorganes sind Haarzellen Makulaorgane geben Information über die Stellung des Schädels im Raum Bogengangsorgane messen Beschleunigungs-, bzw. Bremsvorgänge Eine Wahrnehmung konstanter Geschwindigkeit ist nicht gegeben 68

69 Hörtest oder 69