Historisches

Die Geschichte des Cochlea-Implantats

Ein technisches Wunderwerk erobert die Welt
Claudia Kapek
Cochlea Implantate
SPrint Soundprozessor 1997 (links), ESPrint Soundprozessor 1998 (rechts) © Cochlear Ltd.
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Das Cochlea-Implantat (CI) ist ein kleines technisches Wunderwerk, das bei Menschen mit schwerer bis hochgradiger Schallempfindungsschwerhörigkeit eingesetzt wird, und ihnen wieder ermöglicht zu hören.

Das CI besteht normalerweise aus zwei interagierenden Komponenten, zum einen aus dem Implantat und zum anderen aus dem Audioprozessor. Mikrofon, Sendespule und Sprachprozessor werden außerhalb am Körper getragen. Das CI umgeht die beeinträchtigten Innenohrstrukturen und leitet die Schallinformationen als elektrische Impulse direkt an den Hörnerv. Das Mikrofon nimmt also den Schall (Sprache, Geräusche) auf und leitet diesen an den Sprachprozessor weiter. Dieser wandelt die Schallwellen in elektrische Impulse um, welche über die Sendespule an die Elektroden in der Hörschnecke übertragen werden, die den Hörnerv stimulieren. Durch diese Elektrostimulation wird das Reizmuster über den Hörnerv und nachfolgende Strukturen zu dem Teil des Gehirns weitergeleitet, in dem der Höreindruck entsteht.

Die Geschichte des Cochlea-Implantats (CI) begann schon um 1800. Alessandro Volta (italienischer Physiker, Erfinder der Batterie) wagte ein Selbstexperiment, in dem er Batterien mit zwei Metallstäben verband. Diese führte er sich in sein Ohr ein, dabei bemerkte er „ein Rütteln in seinem Kopf“ und nahm zusätzlich ein Geräusch wahr. Er beschrieb dieses Geräusch ähnlich dem einer kochenden dickflüssigen Suppe. In den darauffolgenden Jahren führten unterschiedliche Wissenschaftler Versuche mit verschiedenen Stromstärken durch. Erstmals 1855 verwendete Duchenne de Boulogne Wechselstrom für diese Art der Versuche und in den folgenden Jahren wurden noch andere Stromquellen verwendet. Gemeinsamkeit dieser Versuche der damaligen Zeit zur Elektrostimulation der Hörnerven war der extra-cochleäre Stimulationsort (außerhalb des Innenohrs). Erst 1936 brachten Gersuni und Volokhov die Forschung voran, indem sie die Gehörknöchelchen entfernten und nachwiesen, dass die Cochlea (Hörschnecke) als Ort der Stimulation zum Hören benutzt werden muss. Drei Jahre später zeigten Steven und Jones, dass „wenn die Cochlea durch ein mechanisches Feld in Schwingungen versetzt wird, Geräusche wahrgenommen werden können“.

Im Jahr 1950 erfolgte die erste direkte Stimulation des menschlichen Hörnervs durch Ludenberg, infolgedessen der Patient Geräusche wahrnahm. Nach diesem Erfolg entwickelten die Physiker André Djourno und der Otologe Charles Eyriès 1957 das erste funktionierende Cochlea-Implantat. Am 25. Februar 1957 wurde dieses einem gehörlosen Patienten implantiert. Dieser Patient war daraufhin in der Lage, ein Geräusch (ähnlich dem Zirpen einer Grille) zu hören. Mit viel Übung konnte dieser Patient einfache Worte wie Hallo, Mama, Papa erkennen/hören. Auch konnte mithilfe dieses ersten Cochlea-Implantats die Fähigkeit des Lippenlesens verbessert werden. Das Implantat bestand aus einer implantierten Elektrode. Über eine Radioantenne war es möglich, ein Signal an diese Elektrode zu senden.
Infolgedessen unternahmen die amerikanischen Chirurgen John M. Doyle und William F. House sowie der Elektronikingenieur James Doyle die ersten Versuche mit mehreren Elektroden.

Im Jahr 1963 starteten Zöllner (Otologe aus Freiburg) und Keidel (Sinnesphysiologe aus Nürnberg) ein eigenes Projekt mit anderem Konzept. Ihr Konzept sah vor, die Elektroden in der Cochlea zu platzieren. Jedoch konnte auf diese Weise nur eine Elektrode implantiert werden. Trotzdem erbrachten Zöllner und Keidel wichtige Erkenntnisse, die später verwirklicht werden konnten. So schlugen beide eine transkutane Übertragung (Übertragung durch die Haut) vor, die verwendeten Elektroden sollten einen Frequenzbereich von 300 bis 3.000 Hz abdecken. Dies hätte jedoch zur Folge, dass 20 bis 100 Elektroden notwendig werden. 1964 implantierte Dr. Blair Simmons (Stanford Universität) ein Implantat mit sechs Elektroden. Er zeigte damit erfolgreich, dass mit verschiedenen Stimulationen verschiedene Empfindungen einhergehen. Zu Beginn der 1970er-Jahre begannen Kliniken der USA vermehrt, Cochlea-Implantate einzusetzen. House und Urban hatten dem ersten Patienten ein Langzeitimplantat eingesetzt, welches mit einem tragbaren Sprachprozessor verbunden war. Sie entschieden sich für eine Einzelelektrodenplatzierung, welche aktuell noch die einzig realisierbare Variante des Cochlea-Implantates darstellt.

Claude-Henri Chouard (rechts), Graeme Clark (links) und Ingeborg Hochmair in Toulouse
18. Juni 2015 © Bruno Scala (EDP Santé), CC BY-SA 3.0, Wikimedia

Ebenfalls in den 1970ern begannen Dr. Ingeborg Hochmaier (s. Bild) und Professor Dr. Erwin Hochmaier (spätere Gründer der Firma MED-EL) mit der Entwicklung von Cochlea-Implantaten an der Technischen Universität in Wien. Im Dezember 1977 wurde ihr CI erstmals implantiert, die Tonübertragung funktionierte jedoch noch nicht. Ebenfalls in den 1970ern beschäftigte sich Claude-Henri Chouard (s. Bild) in Frankreich mit der Entwicklung von Cochlea-Implantaten. Er erreichte weltweite Anerkennung in den späten 70er-Jahren aufgrund des von ihm und seinem multidisziplinären Team entwickelten mehrkanaligen Cochlea-Implantats. ###more###

Der entscheidende Durchbruch gelang 1978 Professor Graeme Clark (Universität Melbourne, späterer Gründer des Unternehmens Cochlear Limited, s. Bild). Er implantierte ein mehrkanaliges intracochleäres System mit transkutaner Übertragung und tragbarem Sprachprozessor. Dieses implantierte CI ermöglichte dem damaligen Träger Rod Saunders wieder zu hören. Dieses von Clark neu entwickelte Cochlea-Implantat legte den Grundstein für die kommenden bahnbrechenden Innovationen. Im Jahr 1980 ermöglichte der technische Fortschritt den ersten Audioprozessor, der am Körper getragen werden konnte. 1991 kam aufgrund der kontinuierlichen technischen Weiterentwicklung der weltweit erste Sprachprozessor auf den Markt, welcher hinter dem Ohr getragen werden konnte. Im Jahr 1984 begannen Professor Lehnhart und Professor Laszig an der Medizinischen Hochschule in Hannover, CI-Modelle zu implantieren.

In den folgenden Jahren wurde das CI technisch weiterentwickelt. Diese Weiterentwicklung brachte immer leistungsfähigere CIs auf den Markt (Erhöhung der Daten- und Stimulationsrate; schneller und tongenauer). 1987 erhielt weltweit das erste Kind ein CI, die damals vierjährige Holly McDonnell. Im Laufe der Zeit wurde auch die in die Cochlea einzuführende Elektrode weiterentwickelt. Sie wurde zum Beispiel deutlich flexibler, um sie schonender einbringen zu können und möglichst viel Restgehör zu erhalten. Hier gibt es inzwischen unterschiedliche Längen für verschiedene anatomische Gegebenheiten und unterschiedliche Versorgungsstrategien. Auch im Bereich des Audioprozessors wurde weiterentwickelt, sodass dieser immer kleiner wurde, über Fernbedienungen zu bedienen ist und sogar Spule und Prozessor in einem Gerät vereint werden können (Rondo, MED-EL), sodass das Ohr komplett frei bleiben kann. Die heutigen Cochlea-Implantate bieten durch 22 Kanäle die Möglichkeit, eine Vielzahl von Tonhöhen mit bis zu 161 Zwischenhöhen zu unterscheiden, sodass eine Wahrnehmung von gesprochenem Wort und Musik auf eine natürliche Art und Weise ermöglicht wird.

2005 wurde das erste elektrisch-akustische Hörsystem (EAS) eingeführt. Diese technische Weiterentwicklung ermöglicht das Hören über eine Kombination von CI und Hörgerät. Die Audiosignale werden auf zwei Wegen an das Gehirn weitergeleitet, zum einen akustisch (mittels des Hörgerätes) und zum anderen elektrisch (mittels CI). Die tiefen Frequenzen werden über das Hörgerät lediglich verstärkt, während hohe Frequenzen durch das CI hörbar gemacht werden. Im Jahr 2005 kam ebenso das erste wasserdichte System auf den Markt. Die andauernde technische Weiterentwicklung ermöglicht inzwischen auch eine bimodale Versorgung, das heißt eine Zusammenarbeit von CI auf dem einen Ohr und Hörgerät auf dem anderen Ohr. Aus dem experimentellen Versuch der Implantation eines CI ist im Laufe der Zeit ein Routineeingriff geworden, der von gut ausgebildeten Chirurgen durchgeführt wird und schon im Säuglingsalter erfolgen kann. Die Vision, gehörlosen Menschen das Hören wieder zu ermöglichen, ist Realität geworden.

Literatur:

1. Matheis V, Facius A: Von der Vision bis heute. Spektrum Hören 4, 2016; Median Verlag.
2. www.informatik.uni-oldenburg.de
3. www.medel.com
4. www.cochlear.com
5. Seitz PR: French origins of the cochlear implant. Cochlear Implants Int. 2002 Sep; 3 (2): 77–86.
6. www.wikipedia.org

Dieser Beitrag ist der MTA Dialog 04/2017 entnommen.


Weitere Informationen zum Thema CI:

Ein Video zur Funktionsweise CI.

Ein Video zur Funktionsweise EAS.

Erfahrungsberichte zum Thema CI.

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