Vom Hörrohr zum Cochlea

Vom Hörrohr zum CochleaImplantat
SAL-Bulletin Nr. 89
Seite 1
September 1998
Referat von Bruno Schlegel, gehalten an
der SAL-Tagung vom 5. Juni 1998 in Zürich
Basisinformationen zum CochleaImplantat
"Blindheit trennt von Dingen,
Gehörlosigkeit trennt von Menschen".
Helen Keller
Verfasser:
Bruno Schlegel
Direktor der Sprachheilschule
st. Gallen
Höhenweg64
eH-9000 st. Gallen
Telefon 071/2741111
Hören beeinflusst die gesamte Persönlichkeitsentwicklung. Das
hängt damit zusammen, dass der Hörsinn nicht ausschaltbar ist,
kugelförmig auch in der Dunkelheit durch Wände und über grössere Distanzen funktioniert. Er ist wichtig für die Entwicklung der Intelligenz, des Gemütes, der Sozialisation und insbesondere auch
wichtig für Erwerb und Gebrauch von Sprache.
Mit diesem Wissen können wir uns glücklich schätzen über den
Rückgang von gehörlosen Schülern in den entsprechenden Sonderschulen. Dies hängt zusammen mit rückläufigen Geburtenzahlen,
guten Präventionsmöglichkeiten, leistungsfähigen Hörgeräten,
neuen Operationstechniken, dem Wunsch auch Hörbehinderte
integrativ zu schulen und nicht zuletzt, dem Cochlea-Implantat.
Mit dem Cochlea-Implantat (CI) haben wir heute eine neue Dimension in der apparativen Versorgung von hochgradig hörgeschädigte~ Menschen. Allerdings müssen während der postoperativen Rehabilitationsphase Überlegungen angestellt werden, die es
ermöglichen, die technische Leistungsfähigkeit für die Therapie voll
auszuschöpfen. Dies hängt mit dem Umstand zusammen, dass der
Mensch nicht nur mit den Ohren sondern mit dem Kopf, genauer
gesagt mit den Möglichkeiten seines Zentralnervensystems, hört.
Anatomische Aspel<te
Der Hör-Organismus umfasst das äussere Ohr, das Mittelohr, das
innere Ohr, den Hörnerv, die bulbären akustischen Kerne, die
zentrale Hörbahn und die primäre Hörrinde. In diesem komplexen
Organismus spielen sich sowohl sprach-unspezifische als auch
sprach-spezifische Funktionen ab.
Wir richten unsere Konzentration auf die Cochlea, weil 95% der
Gehörlosigkeiten bei Kindern dort verursacht sind. Die Cochlea ist
das Organ der Hörempfindung. Sie besteht aus 2.5 Windungen, die
um die Schneckenspindel herumgelegt sind. Der Schneckengang
(Ductus cochlearis) enthält das Cortische Organ. In ihm sind etwa
16'000 Hörzellen mit Sinneshaaren eingelassen.
Physiologische Aspel<te
Die Funktion der Cochlea, resp. des Cortischen Organs besteht im
wesentlichen darin, Schall energie, die eine mechanische Energie
(Mikrophonopotentiale) ist, in elektrische Energie, sogenannte
Aktionspotentiale, umzuwandeln. Durch Erregung der Endungen
des Nervus cochlearis entstehen Nervenimpulse, die in die primäre
Hörrinde weitergeleitet werden.
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der SAL-Tagung vom 5. Juni 1998 in Zürich
Wichtig für das Verständnis der Wirkungsweise des CI ist der Umstand, dass nur elektrische Energie vom Hörnerv verwendet werden
kann, und dass die hohen Töne im unteren Bereich der Cochlea,
den basalen Windungen, die tiefen Töne im oberen Bereich, den
apikalen Windungen, registriert und umgewandelt werden.
Im Falle von Schädigungen des Cortischen Organs ist die Umwand-
Wenn wir uns in Erinnerung rufen, wie eine Aufblähkurve entsteht,
ist uns sehr schnell klar, weshalb damit immer noch kein Sprach~
hören im eigentlichen Sinn möglich ist: Geprüft wird ja nicht mittels Sprachlauten, die korrekt aus den Formanten zusammengesetzt
sind und die das Kind herauszuhören, zu erkennen und nachzusprechen hat. Geprüft wird mit einzelnen reinen Tönen in einer
lung von Schallwellen in elektrische Energie ganz oder teilweise
verunmöglicht. Gehörverbessernde Operationen, wie bei Mittelohrschwerhörigkeit, sind am Innenohr nicht möglich, schon aufgrund
solchen Lautstärke, dass ein Vibrationsempfinden entsteht, lediglich
ein Vibrationsempfinden der einzelnen Frequenzen.
der Lage tief im Knochen des Felsenbeins. Zudem sind die zerstörten Haarzellen nicht regenerierbar, da es sich um Sinneszellen
handelt; eine Heilung ist nicht möglich.
Im Zusammenhang mit dem CI ist es ganz wichtig zu wissen, dass
auch mit grösster Lautstärke die Umwandlung von Schall in elektrische Potentiale nicht erzwungen werden kann, wenn die Haarzellen
Phonetische Aspekte
Die klangliche Verschiedenheit der Vokale ergibt sich aus Form und
Grösse des Resonanzraumes, diejenigen der Konsonanten durch
Artikulationsstelle (1,11, III) und -form (Explosiv- und Lösungslaute, Nasallaute, Reibelaute, Explosiv-Reibelaute, Resonanzlaute).
Sprachla':lte oder Phoneme scheinen für uns aus einer Frequenz zu
bestehen. Dies trifft nicht zu. Sie setzen sich aus verschiedenen ganz
spezifischen Frequenzen, den sogenannten Formanten, zusammen.
Der Kehl- oder Grundton ist nicht berücksichtigt. Dies hat seinen
Grund im Umstand, dass er für die Klangunterschiede der Phoneme
nicht nötig ist. Sowohl die Frequenz einer Männerstimme mit rund
in der Cochl~a zerstört sind. Hörgeräte - und seien sie noch so
leistungsfähig - vermögen diese Aufgabe nicht zu erfüllen!
Hörgeräte sind zwar heute kleine technische Wundermittel und für
sehr viele Schwerhörige nicht mehr wegdenkbar. Diese Aussage ist
mir wichtig, damit niemand meine Ausführungen zum CI als Kritik
an den Hörgeräten im allgemeinen wertet. Hörgeräte benötigen wir
weiterhin, allerdings für ein ausgewähltes Schülergut. Alle CIKandidaten werden vor der Operation für mindestens ein halbes
125 Hertz, als auch diejenige einer Frauenstimme mit rund 250
Hertz, liegen unterhalb des ersten Formanten.
Jahr mit Hörgeräten versorgt. Damit soll sichergestellt werden, dass
mit traditionellen Hörhilfen kein Gewinn für den Spracherwerb
resultiert.
Wir wissen, dass das Hörgerät Schallwellen aufzufangen und diese
zu verstärken hat. Seine Stärken liegen demnach sicher bei allen
Schalleitungsstörungen, aber auch bei partiellen Schallempfin-
Die Zusammensetzung der Phoneme aus verschiedenen Frequenzen
haben sich die CI-Techniker zunutze gemacht:
Der Sprachprozessor analysiert die einzelnen Frequenzen der
Sprachlaute und leitet diese dem Hirn zu in einer Art, dass der
ehemals Gehörlose in der Lage ist, Phoneme als sehr differenzierte
akustische Sinneseindrücke wahrzunehmen, diese zu speichern und
dungsstörungen sowie Kombinationen davon.
Die Leistungsfähigkeit der Hörgeräte erlaubte bislang dem früh
bei Gebrauch auch wieder abzurufen.
versorgten und gut geschulten Gehörlosen, seine Resthörigkeit laufend zu verbessern. Nicht selten gelang es, die Aufblähkurve wenigstens teilweise in den Bereich des Sprachhörens, der sogenannten
.. Sprachbanane .. , zu bringen.
Technische Aspekte beim Cochlea-Implantat
Auch der Umstand, dass mittels leistungsfähigen Hörgeräten und
intensivem Hörtraining häufig eine sehr gute Aufblähkurve möglich
weise liegen.
Wir leiten über zu moderner Technik, dem Cochlea-Implantat, und
rufen uns insbesondere in Erinnerung, wo die Unterschiede zwischen dem Cochlea-Implantat und dem Hörgerät in der WirkungsPeter Kaufmann, ehemaliger Leiter des audiologischen Dienstes der
ist, darf uns nicht täuschen. Die Aufblähkurve beim Gehörlosen ist
nämlich mehr eine Fühlkurve und gibt uns einen Hinweis auf die
Vibrationsempfindungen des getesteten Kindes; ein Spr;lchhören ist
trotzdem nicht möglich.
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Gehörlosenschule Zürich, sagte dazu folgendes: .. Kinder, die bisher
bestenfalls temporale und dynamische Unterschiede wahrnehmen
konnten, lernen dank dem CI auch melodische Aspekte kennen."
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Das Cochlea-Implantat ist nicht einfach ein verbessertes Hörgerät.
Es umgeht die geschädigten Haarzellen im Cortischen Organ und
stimuliert den Hörnerven direkt mit Elektrizität. Diese Informationen werden an das Gehirn weitergeleitet.
Beim CI handelt es sich also um einen neuen Lösungsansatz mit
einer grundverschiedenen Technologie. Die Entwicklung in der
Mikroelektronik hat es ermöglicht, für Gehörlose diese neuartige
Hörhilfe herzustellen.
Die dabei angestellten Überlegungen sind nicht neu. Seit mehr als
30 Jahren wird mehr oder weniger intensiv an verschiedenen Kliniken und Forschungseinrichtungen an der CI-Technik gearbeitet.
Das für unsere Schüler eingesetzte Cochlea-Implantat der australischen Firma NUCLEUS wurde in den frühen 70er Jahren von Prof.
Clark an der Universität Melbourne entwickelt.
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schlossen. Nun beginnt die subtile Arbeit der Anpassung an die
Hörfähigkeit, resp. Hörbedürfnisse des betreffenden Kindes.
Jede der Elektroden wird einzeln programmiert, so dass sie Signale
unterschiedlicher Lautstärke übertragen kann. Pro Elektrode wird
die geringste noch hörbare und die maximal verträgliche Lautstärke
eingestellt. Das Resultat sind verschiedene sogenannte Dynamikbereiche. Je grösser die einzelnen Dynamikbereiche sind, desto optimaler kann der Sprachprozessor die tatsächlich gehörte Lautstärke
vermitteln.
Die Tonhöhe wird bestimmt durch die Lage der Elektrode in der
Scala tympani der Cochlea: je basaler die Elektrode, desto höher
der Ton, je apikaler die Elektrode, desto tiefer der Ton. Der technische Frequenzbereich beträgt rund 250 bis 10'000 Hertz und deckt
somit das Frequenzspektrum unserer Sprache ab.
Ziel der ~rogrammierungsbemühungeIi sind das Aktivieren möglichst vieler Elektroden, pro Elektrode einen möglichst grossen
Lautstärkebereich, einen möglichst natürlichen Lautheitsanstieg pro
Elektrode und das Vermitteln eines möglichst breiten Frequenzspektrums.
Beim Hören von reinen Tönen vermittelt der Sprachprozessor
diesen in der korrekten Lautstärke und Höhe. Bei Geräuschen und
Musik werden gleichzeitig möglichst viele der Frequenzen umgerechnet und sowohl bezüglich Lautstärke und Tonhöhe in die
Cochlea geleitet.
Wie steht es nun mit dem Hören von Sprache?
Das Cochlea-Implantat (CI) besteht aus folgenden Teilen:
Das Cochlea Implantat ist derjenige Teil des Systems, den der Arzt
in den Knochen hinter dem Ohr einsetzt. Das Implantat hat einen
Magneten und einen Empfänger / Stimulator mit einem 22kanaligen Elektrodenbündel.
Das Richtmikrophon passt hinter das Ohr und nimmt die Schallwellen aus der Umgebung auf. Ein dünnes Kabel verbindet das
Mikrophon mit dem Sprachprozessor.
Der Sprachprozessor wählt und kodiert die für das Verständnis
wichtigsten Sprachanteile.
Ein Kabel verbindet den Sprachprozessor mit der Sendespule. Diese
überträgt die verarbeiteten Signale transkutan durch die intakte
Haut an das Implantat.
Eine der wichtigsten Errungenschaften der beschriebenen CI-Hardware ist der Umstand, dass es sich dabei um Computertechnologie
handelt. Dies ermöglicht eine Programmierung des Sprachprozessors individuell auf die Hörbedürfnisse des jeweiligen Kindes. Das
CI-System versucht, die anatomischen, physiologischen und phonetischen Grundaspekte nachzubilden.
Vorerst muss operativ einem Patienten das Implantat eingesetzt
werden. Dabei wird unter anderem eine Elektrodenbündel mit 22
Elektroden in die Scala tympani (Paukentreppe) eingeschoben.
Nach einer angemessenen Zeit der Wundheilung wird mittels HeadSet (Sendespule, Magnet, Mikrophon) der Sprachprozessor ange-
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Der Sprachprozessor wählt und kodiert die
für .das Verstiindnis wichtigsten Sprachanteile.
Dazu übernimmt der Sprachprozessor die physikalischen Gesetzmässigkeiten, wie sie uns aus der Phonetik bekannt sind. Er ist in
der Lage, die Frequenzen, aus welchen unsere Sprachlaute zusammengesetzt sind, zu erkennen und auszuwerten (Feature extraction).
Deprivation der Hörbahn
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Bei später Versorgung geburtstauber Kinder stellt sich die Frage, ob
die Aktivierung des Hörnerves und der Hörbahn überhaupt noch
möglich ist.
Prof. Dr. med. Strutz, Direktor der HNO-Klinik Regensburg,
äussert sich zu dieser Thematik im Buthl'Cochlear Implantat bei
Kindern" wie folgt:
" ... Qualitativ und quantitativ ist die Mehrzahl der Deprivationsversuche am visuellen System durchgeführt worden. Nur vergleichs-
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weise wenige Arbeiten beschäftigen sich mit der auditorischen
Deprivation ...
... Die Reifung des auditorischen Systems findet von peripher nach
zentral statt. Ein Mangel eines sensorischen Stimulus' während be-
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Quellenangaben
Zukunftsaussichten in der Hörgeschädigtenpädagogik
Therapie-Raster tür Kinder
Die Gehörlosenschulen und die Hörgeschädigtenpädagogen stehen
heute vor einem wichtigen Wendepunkt. Die neuen Möglichkeiten
C. Schwarz und B. schlegel, Januar
1996
mit dem Cochlea-Implantat werden die Gehörlosenpädagogik
nachhaltig verändern. Die Gehörlosenschule wird in Zukunft auf
stimmter Entwicklungsphasen führt zu einer permanenten Alteration (krankhafte Veränderung, Verschlimmerung eines Zustandes)
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Literaturverzeichnis
einen Teil ihres traditionellen Schülergutes verzichten müssen. Die
Fortschritte in der Medizin, neue Technologien - dazu zählt auch
von Struktur und Funktion ...
... Eine wesentlich günstigere Situation stellt die Resthörigkeit dar,
Das Cochlea-Implantat (CI)
das Cochlea-Implantat - sowie die stets zunehmenden Möglichkei-
da hier eine Ausreifung der Hörbahn in den sensiblen Phasen statt-
Anatomische, physiologische, techni-
ten einer gemeinsamen Beschulung hörender und hörgeschädigter
finden wird beziehungsweise stattgefunden hat ... "
sche und therapeutische Aspekte
Kinder in Regelschulen erfordern neue pädagogische Strategien.
Für die Situation an unserer Schule darf folgender Schluss gezogen
erschienen im Heft 5 der Hörgeschädig-
werden: unsere Schüler verfügen alle über einen mehr oder weniger
ten Pädagogik
Noch nie waren die Chancen für eine wirkliche Lautspracherzie-
grossen Hörrest. Um eine irreparable Deprivation zu vermeiden, ist
Bruno Schlegel, CH-9000 st. Gallen
hung hörgeschädigter Kinder so gross wie heute.
es sicher richtig, wie bisher frühzeitig Hörgeräte anzupassen und ein
intensives Hörtraining durchzuführen.
Heidelberger
Neu müssen wir alles daran setzen, bei geeigneten Kandidaten eine
CVC-Audiometrie-Entwicklung und
frühzeitige CI-Versorgung zu veranlassen.
Erprobung
Peter Billich
Therapeutische Aspekte
median-Verlag, Heidelberg, 1981
Wir müssen uns bewusst sein, dass die Aktivierung spezifischer
Hirnregionen, insbesondere des Wernickeschen Organsimus, bei
einem Gehörlosen nicht möglich ist wie bei einem hörenden Men-
Surgical Procedure Manual
Cochlar AG, CH-4053 Basel
schen, auch nicht bei guter Aufblähkurve.
Wie können wir nun therapeutisch den Umstand optimal fördern,
Technical Reterence Manual
dass die Funktionen der sprachspezifischen Hirnregionen nach der
Cochlear AG, CH-4053 Basel
Versorgung mit einem CI aktiviert werden?
Das neue Hören mittels CI-Technik bedeutet noch nicht gleich ver-
Systematische Logopädie
stehen und auch nicht sprechen. Nachfolgender Raster soll einen
möglichen Therapieweg aufzeigen:
C. Schwarz
Huber Verlag
Dabei gilt es zu berücksichtigen, dass je häufiger eine Information
angeboten wird, je mehr Wahrnehmungskanäle angesprochen
C. Schwarz / B. schlegel, 1996
werden (assoziierte Engramme) und je stärker die emotionale
CH-9000 St. Gallen
Unterstützung ist, desto besser verstanden und desto langfristiger
verankert werden neue Funktionen sein. Zusätzlich muss uns be-
Cochlear Implantat bei Kindern
wusst sein, dass nach erfolgter Implantation das Höralter NULL ist.
Thomas Lenarz, Ernst Lehnhardt und
Deshalb müssen wir uns an die Abläufe der natürlichen Sprachent-
Bodo Bertram
wicklung anlehnen.
Georg Thieme verlag Stuttgart / New
York, 1994