Für ein verbessertes Hörerlebnis – optische Cochlea-Implantate erzeugen präzisere Nervensignale als elektrische Modelle

Heutige Cochlea-Implantate verwenden elektrische Impulse für die Aktivierung des Hörnervs. Dadurch ermöglichen sie vielen tauben oder hochgradig schwerhörigen Menschen, Sprache zu verstehen. Der elektrische Strom breitet sich dabei in den leitfähigen Flüssigkeiten der Hörschnecke aus, wodurch größere Bereiche des Hörnervs gleichzeitig aktiviert und Nervensignale überlagert werden. Dies schränkt die Präzision der Stimulation ein und erschwert insbesondere das Sprachverstehen bei Hintergrundgeräuschen. Moderne Cochlea-Implantate besitzen zwölf bis 24 „Stimulationskanäle“. Über diese Kanäle kann der Hörnerv elektrisch gereizt werden, wodurch verschiedene Nervensignale entstehen, die an das Gehirn weitergleitet werden. Meist sind jedoch maximal zehn Kanäle unterscheidbar. Ergebnisse aus vorangegangenen Tierversuchen haben gezeigt, dass sich der Hörnerv mit Licht gezielter aktivieren lässt als mit elektrischen Impulsen. Dies verspricht besser voneinander unterscheidbare Nervensignale und somit eine verbesserte Wiederherstellung des Hörens.

Ein Team um Prof. Dr. Tobias Moser, Direktor des Instituts für Auditorische Neurowissenschaften der Universitätsmedizin Göttingen (UMG), hat den Hörnerv Mongolischer Rennmäuse gentechnisch mit besonders lichtempfindlichen Ionenkanälen ausgestattet, die sich wie ein „molekularer Lichtschalter“ gezielt an- und ausschalten lassen. Eine geringe Lichtenergie reichte danach bereits aus, um den Hörnerv zu stimulieren und so verschiedene Nervensignale auszulösen. Diese Nervensignale werden an das Gehirn weitergeleitet, wo sie als Töne, Geräusche oder Sprache wahrgenommen werden. Die Forschenden konnten zeigen, dass sich die durch Licht ausgelösten Nervensignale besser voneinander unterscheiden ließen als bei einer herkömmlichen Stimulation mit elektrischen Impulsen. „Unser Ziel ist es, mit optischen Cochlea-Implantaten mehr voneinander unterscheidbare Stimulationskanäle zu ermöglichen als mit herkömmlichen elektrischen Implantaten“, sagt Prof. Moser. „Dadurch könnten akustische Informationen differenzierter an das Hörsystem übertragen werden. Dies könnte für die Wiederherstellung des Hörens bei tauben und schwersthörigen Menschen, insbesondere für das Sprachverstehen bei Hintergrundgeräuschen, von großem Vorteil sein.“

Die Ergebnisse sind in der Fachzeitschrift „EMBO Molecular Medicine“ veröffentlicht.

Das Team untersuchte die Nervenaktivität in einem für die Hörverarbeitung wichtigen Bereich des Mittelhirns Mongolischer Rennmäuse. Dadurch wollten die Forschenden herausfinden, wie sich Informationen über unterschiedliche Frequenzen und Intensitäten mit Licht übertragen lassen. Die durch Licht ausgelösten Nervensignale wurden dafür mit denen verglichen, die durch Töne oder elektrische Cochlea-Implantate hervorgerufen wurden.

Dabei zeigte sich, dass die optische Stimulation mit LEDs Nervensignale hervorrufen konnte, die etwa so stark waren wie die Nervensignale, die durch elektrische Impulse oder einen Ton mit einem Schalldruckpegel von 51 Dezibel ausgelöst werden können. „Bereits mit einer einzelnen LED konnten wir deutliche Nervensignale auslösen“, sagt Niels Albrecht, Doktorand am Institut für Auditorische Neurowissenschaften der UMG und Erstautor der Studie. „Besonders interessant ist jedoch, dass sich die durch verschiedene LEDs ausgelösten Nervensignale besser voneinander unterscheiden ließen als bei elektrischer Stimulation - selbst bei geringen Abständen zwischen den LEDs.“

Die Studie ist ein weiterer wichtiger Schritt auf dem Weg zur Entwicklung optischer Cochlea-Implantate. Da die optogenetische Hörwiederherstellung neben einem Implantat auch eine Gentherapie erfordert, müssen mögliche Vorteile und Risiken besonders sorgfältig untersucht werden. Die Ergebnisse im Tiermodell liefern dafür wichtige Erkenntnisse und zeigen zugleich, welche Fragen in zukünftigen Studien untersucht werden müssen. Dazu gehört beispielsweise, ob durch leistungsfähigere Lichtquellen oder noch lichtempfindlichere Ionenkanäle stärkere Nervensignale erzielt werden können. Zudem muss untersucht werden, wie sich komplexere Hörinformationen, beispielsweise Sprache, durch die Stimulation mehrerer optischer Kanäle übertragen lassen.

Neben der UMG waren an der Studie Forschende der Universität Göttingen, des Deutschen Primatenzentrums – Leibniz-Institut für Primatenforschung, dem Max-Planck-Institut für Multidisziplinäre Naturwissenschaften sowie der Universität Freiburg beteiligt. Unterstützt wurde die Arbeit unter anderem durch das Else Kröner Fresenius Zentrum für Optogenetische Therapien (EKFZ OT), den Göttinger Exzellenzcluster „„Multiscale Bioimaging: Von molekularen Maschinen zu Netzwerken erregbarer Zellen“ (MBExC) und den Sonderforschungsbereich 1690 „Krankheitsmechanismen und funktionelle Wiederherstellung sensorischer und motorischer Systeme“. 

Originalpublikation

Albrecht N, Koert E, Vavakou A et al. Multichannel optical cochlear implants enable spectrally distinct auditory activity. EMBO Molecular Medicine (2026). DOI: https://doi.org/10.1038/s44321-026-00541-2