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Der Hörprozess

 Das Ohr

Das Ohr wird in drei Teile untergliedert:

Das Außenohr, das Mittelohr und das Innenohr.

Alle drei Teile sind in ihrem Zusammenspiel wichtig für das Hören.

Ohr Übersicht

Das Außenohr

Die Ohrmuschel und der Gehörgang bis zum Trommelfell wird als Außenohr wird bezeichnet.Außenohr

Durch die spezielle Formung der Ohrmuschel und des Gehörganges kommt es zu einer Verstärkung bei ca. 3 kHz, also den für uns wichtigen Frequenzspektrum, weil sich um 3 kHz die Hauptsprachinformationen befinden.

Desweiteren bricht sich der Schall an der Ohrmuschel, so dass wir uns über die Ohren orientieren können.

Das hängt mit zwei Kausalitäten zusammen:

1. Interaurale Zeitdifferenz / Interaural Time Difference (ITD) Das Gehirn kann die minimalen Zeitverzögerungen wahrnehmen, die der Schall beispielsweise am rechten Ohr eher eintraf als beim linken.

2. Interaurale Pegeldifferenz / Interaural Level Difference (ILD)

Zusätzlich wertet das Gehirn auch den Lautstärkeunterschied zwischen den Ohren aus, der auftritt, wenn ein Signal von rechts oder von links auf das Ohr trifft. Denn unser eigener Kopf wirkt wie ein Tiefpassfilter. Das heißt, tiefe Frequenzen können auf Grund ihrer Wellenlänge ungehindert an unserem Kopf vorbei, hohe Frequenzen dagegen werden durch unseren Kopf gebrochen und gedämpft.

 

Das Mittelohr

Dem Außenohr schließt sich das Mittelohr an, zu diesem zählen das Trommelfell, die Gehörknöchelchenkette (Hammer, Amboss, Steigbügel), die Ohrtrompete und das ovale MittelohrFenster, welches den Übergang zum Innenohr (Cochlea) bildet.

Die Hauptfunktion des Mittelohres ist es, Schall zu verstärken. Denn hatte der Schall als Medium der Ausbreitung bisher die Luft, so trifft er im Innenohr auf Flüssigkeit, welche eine andere Impedanz (Frequenzabhängigen Widerstand) als Luft aufweist und sich Schall demnach anders ausbreitet.

Die Verstärkung wird einerseits durch die Hebelwirkung der Gehörknöchelchen erzielt und andererseits durch die Flächentransformation von Trommelfell zu ovalem Fenster. Dadurch dass die akustisch wirksame Fläche des Trommelfells ca. 17x größer ist als die Fläche des ovalen Fensters, erhöht sich dementsprechend die Intensität des Druckes um das 17-fache.

Der gesamte Lautstärke-Gewinn von Hebelwirkung und Flächentransformation beträgt umgerechnet 27dB.

Für die Gewährleistung der richtigen Schwingfähigkeit des Trommelfells und der Gehörknöchelchenkette ist es wichtig, dass das Mittelohr gut belüftet wir. Das geschieht über die Ohrtrompete, die gleichzeitig eine Verbindung zum Hals-Nasen-Rachenraum darstellt.

So merkt man schon bei einem Schnupfen, die Beeinträchtigung des Hörens, weil das Feder-Masse-System (=Gehörknöchelchen+Trommelfell) in seiner Schwingfähigkeit gestört ist.

Das Innenohr

Das Innenohr liegt gut geschützt im Felsenbein, einem Knochen des Schädels. Dort befinden sich die Bogengänge und die Hörschnecke.Innenohr

Den Bogengängen kommt vor allem die Aufgabe der Raumorientierung zu.  Also in welcher Lage der Mensch sich zum Raum befindet, ob er aufrecht steht, liegt oder auf dem Kopf steht.

Die Hörschnecke (Cochlea)

Der für das Hören relevante Teil ist die Hörschnecke, auch Cochlea genannt.Hörschnecke

Die Cochlea ist als aufgerollter Gang in drei Röhren unterteilt. Die Vorhoftreppe und die Paukentreppe bilden die mit Flüssigkeit gefüllten Hohlräume in der der häutige Schneckengang eingebettet ist.

Die Vorhoftreppe führt, wie der Name schon sagt, vom Vorhof, wo die Steigbügelfußplatte am ovalen Fenster ansetzt zum Helicotrema, also der Spitze der Hörschnecke.

Auf der anderen Seite führt die Schneckengänge#Paukentreppe sinngemäß vom Helicotrema zum runden Fenster welches den Übergang zur Paukenhöhle darstellt. Der Schneckengang gestaltet sich dreiecksähnlich zwischen den beiden „Treppen“. Die Basis der häutigen Schnecke bildet die Basilarmembran, die sich als Verlängerung der Knochenleiste anschließt, welche die gesamte Schnecke stützt. Von der Knochenleiste schräg nach oben verläuft die Reissnersche Membran. Die seitliche Wand der häutigen Schnecke schließlich wird von einer Zellschicht gebildet, die sich Stria Vascularis nennt. Sie ist besonders gut durchblutet und ist mitunter an der Flüssigkeitsbildung beteiligt.

Das Corti Organ

Im häutigen Schneckengang sitzt auf der Basilarmembran das Corti Organ, als sensorischer Apparat des Hörens. Dieses Corti Organ wird von unten durch die Basilarmembran, von oben durch die Deckmembran (Tektorialmembran) begrenzt.Corti Organ

Im Corti Organ befinden sich unter der Deckmembran die Haarsinneszellen, die durch die Schallwellen stimuliert werden und diese in  Nervenimpulse umwandeln, welche über den Hörnerv  an das Gehirn weitergeleitet werden. Hier findet demnach die direkte Umwandlung von mechanischen Schallwellen in elektrische Nervenimpulse statt.

Unterschieden wird dabei in innere und äußere Haarsinneszellen. Die Spitze der Deckmembran ist dabei immer von den inneren zu den äußeren Haarsinneszellen gerichtet. Getrennt werden die inneren- und äußeren Haarsinneszellen durch die Pfeilerzellen, die beginnend von der Basilarmembran nach oben hin mit ihren Köpfen zusammenstoßen und dadurch ein dreiecksähnlicher Raum entsteht (innerer Tunnel). Die Pfeilerzellen sorgen für zusätzliche Stabilität für das Corti Organ.

Wie unterscheiden sich äußere und innere Haarsinneszellen?

1.) Die Nervenfasern unterscheiden sich als erstes in ihrer Form. Die äußeren Haarsinneszellen sind lang und schmal, die inneren eher rundlich-flaschenförmig. Zudem berühren die Stereozilien (feine Härchen) der äußeren Haarsinneszellen die Deckmembran, die der inneren Haarsinneszelle nicht.

2.) Man zählt auf eine innere Nervenzelle mehrere äußere Nervenzellenreihen.Haarzellen

An der Basis tauchen sie zu dritt, in der Mitte zu viert und an der Spitze zu fünft auf. Dementsprechend gibt es viel mehr äußere- als innere Haarsinneszellen. Über die ganze Schnecke verteilt nämlich etwa 10.000 – 12.000 äußere im Gegensatz zu 3.500 inneren Haarsinneszellen.

3.) Die inneren Nervenzellen sind größtenteils afferent an das zentrale Nervensystem (ZNS) gekoppelt, das heißt, Signale werde von den inneren Haarsinneszellen zum ZNS hingeleitet. Dagegen sind die äußeren Haarsinneszellen efferent gekoppelt, also empfangen sie Signale vom ZNS.

Grundsätzlich sind die inneren Haarzellen für die Frequenzanalyse des eintreffenden Schalls zuständig und somit für die Transformation von mechanischer Schallwelle in elektrische neuronale Impulse verantwortlich, während die äußeren Haarzellen zur Anpassung der Steifigkeit der Basilarmembran an das zu analysierende Signal und zur Verstärkung leiser Signale dienen.

Wanderwellentheorie nach Békésy & Dispersionstheorie

 Die Auslenkungen des Trommelfells werden über die Gehörknöchelchenkette verstärkt auf das ovale Fenster übertragen. Da die Flüssigkeit in der Schnecke inkompressibel ist, also nicht zusammengedrückt werden kann (, muss es einen Druckausgleich geben: Dieser geschieht über das runde Fenster.

Die verdrängte Flüssigkeit am ovalen Fenster weicht jedoch direkt nach unten über die Auslenkung der Basilarmembran aus. Dies geschieht aufgrund der Massenträgheit der Flüssigkeitssäule und weil keine starre Trennung von Vorhof- und Paukentreppe besteht.

 Da der Stoß von der Steigbügelfußplatte auf die Flüssigkeitsmenge in Richtung Helikotrema erfolgt, breitet sich diese Auslenkung über die gesamte häutige Schnecke bis zu derer Spitze aus. Es entsteht also eine wandernde Welle (Siehe vorletzte Abbildung)

Diese Wanderwellentheorie stammt von Georg von Békésy (anno 1960), wofür er ein Jahr später den Nobelpreis erhielt.

Auf Grund der Bauweise der Basilarmembran kann man nun erklären wie die frequenzverteilungFrequenzanordnung in der Schnecke aussieht.

Die Basilarmembran wird zum Helicotrema hin mit kürzer werdender Knochenleiste immer breiter und dünner. Also ist sie dementsprechend dick und schmal an der Basis. Durch diesen Umstand können im Innenohr einzelne Frequenzbereiche unterschieden werden.

Wenn eine Welle sich ausbreitet so wird die Amplitude dieser Welle auf Grund des Aufbaus der Basilarmembran immer größer. Denn je näher man zur Spitze kommt, desto breiter wird die Basilarmembran und desto leichter verformbar ist sie, da sie eine niedrigere Rückstellkraft hat.

Genauso erfährt die Wanderwelle allerdings auch immer mehr Reibung, also Energieverlust. Nach maximaler Auslenkung (Amplitude) der Welle (bester Eigenfrequenz der Membran) wird die Reibung bzw. der Energieverlust zu hoch, so dass die Welle kollabiert, also in sich zusammenfällt.

Das heißt, dass die Basilarmembran durch ihren Aufbau den Frequenzen an unterschiedlichen Stellen eine beste Eigenfrequenz liefert. Daher auch Dispersion (lat. = fein verteilt). Tiefe Frequenzen sind durch wenige Auslenkungen, weniger Reibung unterlegen und deshalb dazu prädestiniert weitere Strecken zurückzulegen. Dementsprechend ist die Basilarmembran aufgebaut. Hohe Frequenzen finden an der Basis der Basilarmembran ihre Eigenfrequenz weil die Masse gering und die Rückstellkraft hoch ist. Dementsprechend die Tiefen in der Spitze, weil die Rückstellkraft gering ist und die Masse hoch.

 

Basilarmembran:

Basilarmembran

gering         <-         Masse           ->       groß                                                                                 groß            <-   Rückstellkraft     ->     gering                                                                             hoch           <-   Eigenfrequenz    ->        tief

Das Bedeutende an der Wanderwelle ist, dass bei der maximalen Auslenkung die Haarsinneszellen im Corti Organ angeregt werden. Ist der Schallpegel hoch genug, so werden die inneren Haarsinneszellen gereizt und die wahrgenommene Frequenz an das Gehirn weitergeleitet.

Man unterscheidet dabei jedoch in aktive oder passive Wanderwelle.

Bis zu 50 dB ist die Amplitude der passiven Wanderwelle zu gering um die inneren Haarsinneszellen zu reizen. Die äußeren Haarsinneszellen, deren Stereozilien mit der Deckmembran Kontakt haben, werden allerdings gereizt und reagieren mit einer Kontraktion. Diese Kontraktion bewirkt, dass aus der passiven Wanderwelle eine Aktive Wanderwelle entsteht, mit einer erhöhten und zugespitzten Amplitude (cochlearer Verstärker). Hierdurch werden wiederum die inneren Haarsinneszellen gereizt. Ab 50 dB ist die Amplitude der passiven Wanderwelle groß genug um die inneren Haarsinneszellen sofort zu reizen. Die Kontraktion der äußeren Haarsinneszellen bleibt wirkungslos, weil sie überflüssig ist.

Wanderwelle

So kommt es auch, dass Menschen mit einem Hochtonverlust leise Laute nicht mehr hören, aber auf  Geräusche hoher Lautstärke reagieren wie ein Normalhörender: Sie empfinden sie als störend. Im Umkehrschluss heißt das, dass die äußeren Haarsinneszellen diejenigen sind, die als erstes in Mitleidenschaft gezogen werden und deshalb leise Pegel nicht mehr wahrgenommen werden können. Dadurch dass hohe Töne gleich an der Schneckenbasis verarbeitet werden, gehen die am ehesten verloren, da sie besonders beansprucht werden, ähnlich wie bei einer Treppe, wo die untersten Stufen am meisten ausgetreten werden.

Schallintensitätswahrnehmung

Bleibt nur noch zu klären wie ein hoher bzw. niedriger Schalldruck an das Gehirn weitergegeben wird.

Vereinfacht dargestellt: Durch Deflektion (Umklappen) der Stereozilien entstehen Ladungsumkehrungen in der inneren Nervenzelle, wodurch Aktionspotenziale zu Stande kommen. Diese werden über die afferenen Nervenbahnen an das Gehirn weitergeleitet. Die Codierung des Schalldrucks im Hörnerv erfolgt zum einen über die Anzahl der Aktionspotenziale, das heißt je stärker der Reiz (lauter der Schallpegel) desto mehr Aktionspotenziale pro Sekunde werden gesendet.

Zum anderen geschieht dies über die Rekrutierung der Nachbarhaarsinneszellen. Also, je stärker der Reiz ist, desto mehr Haarsinneszellen werden angeregt Aktionspotenziale zu senden.

Daher kann man auch festhalten: Je lauter der Schallpegel ist desto kleinere Pegelsprünge kann der Mensch wahrnehmen.

Hörschädigung

Arten von Schwerhörigkeiten

Das Ohr besteht aus drei verschiedene Abschnitten (Außenohr, Mittelohr, Innenohr), von denen jeder für das Hören wichtig ist. Da alle drei Abschnitte gemeinsam für eine erfolgreiche Schallverarbeitung nowendig sind, findet bereits eine Beeinträchtigung der Hörwahrnehmung statt, wenn auch nur einer dieser Teile eine Schädigung aufweist. Folgend werden mögliche Schädigungen des Hörapparats (nach Abschnitten unterteilt) erläutert.

Abb. Ohr

Beeinträchtigung Außenohr

Eine Beeinträchtigung des Hörens wird durch Ohrenschmalz (=Cerumen) verursacht. Wenn Abb. Außenohrsich der Gehörgang vollständig mit Ohrenschmalz zusetzt, entsteht ein leichter Hochtonverlust. Das heißt höhe Töne werden durch das Ohrenschmalz gedämpft. Dadurch hört sich auch die eigene Stimme dumpf an.

Diese Beeinträchtigung lässt sich leicht beheben durch einen Besuch beim Hals-Nasen-Ohren-Arzt (HNO). Dort wird das Ohr ausgespült und von Cerumen befreit, so dass all Frequenzen wieder ungehindert an das Trommelfell gelangen können.

Beeinträchtigung Mittelohr

Man unterscheidet drei Fälle der Mittelohrschwerhörigkeit:Abb. Mittelohr

1) Dämpfungstyp: Höhe Töne werden schlechter gehört.

2) Versteifungstyp: Tiefe Töne werden schlechter gehört.

3) Summationstyp: Hohe und tiefe Töne werden schlechter gehört.

Mögliche pathologische Ursachen können dafür sein:

Dämpfungstyp Versteifungstyp Summationstyp
  • schlaffe Trommelfellnarbe
  • Mittelohrerguss
  • schlaffe Bandaufhängungen der Gehör-knöchelchenkette
  • Mittelohrentzündung
  • steife Trommelfellnarbe
  • Tubenverschluss
  • steife Bandaufhängun-gen der Gehörknöchelchenkette
  • beginnende Otosklerose
  • Überlagerung von Dämpfungs-und Versteifungs-anteilen
  • Unterbrechung der Gehörknöchelchenkette
  • Fortgeschrittene Otosklerose

Teilweise kann eine Hörschädigung im Mittelohr durch eine Operation verbessert werden.

Hilfreich für die Diagnose eines Mittelohrschadens sind zum einen das Tonaudiogramm und zum anderen das Tympanogramm. Beim Tonaudiogramm wird jedes Ohr zwei Mal vermessen. Ein mal mit üblichen Kopfhörern, wie sie bekannt sind (= Messung Luftleitung). Das zweite Mal wird mit einem Knochenleitungshörer gemessen (= Messung Knochenleitung), der direkt am Schädelknochen hinter dem Ohr platziert wird. Somit wird das Innenohr direkt über den Knochenschall stimuliert und das Mittelohr dabei ausgelassen.

Liegt also eine Diskrepanz zwischen der Messung der Luftleitung und der Knochenleitung vor, so kann das ein Zeichen dafür sein, dass eine Schädigung des Mittelohres vorliegt.

Das Tympanogramm zeigt die Druck und Schwingungsverhältnisse im Mittelohr in einem Diagramm an. Je nach dem wie die Kennlinie verläuft, gibt das Aufschluss darüber, welche Schädigung im Mittelohr vorliegt.

In Fall A des nebenstehenden Tympanogramm ist die rote Kennlinie etwas höher als im Normalfall. Die Spitze der Kennlinie sollte bis ca. 0.8 gehen. In Fall A ist das möglicherweise ein Zeichen dafür, dass ein Dämpfungsfall vorliegt (Verweis Tabelle 1).

In Fall B liegt die Kennlinie nicht im grau melierten Bereich, sonder ist nach links verschoben. TympanogrammDas deutet auf einen Tubenverschluss hin, was bei einer Erkältung vor allem bei Kindern oft vorkommen kann.

In Fall C ist deutlich zu erkennen, dass die Kennlinie zu flach verläuft. Das bedeutet, dass sich Flüssigkeitsablagerungen im Mittelohr befinden. Wie z.B. bei einer Mittelohrentzündung.

Fall D schließlich zeigt gar keine Spitze an, was bedeutet, dass eine Unterbrechung der Gehörknöchelchenkette vorliegt.

Beeinträchtigung Innenohr

Im Innenohr werden die Schallwellen in elektronische Impulse umgewandelt und an das Hörzentrum im Gehirn weitergeleitet.

Im Aufbau des Ohres wurde auf die äußeren und inneren Haarsinneszellen eingegangen und wie durch ihre Anordnung verschiedene Frequenzen und Lautstärken wahrgenommen werden.

Auch hier werden wie beim Mittelohr die Schädigungen des Innenohres unterschieden:

1) Hochtonschwerhörigkeit

Betroffener Bereich der Hörschnecke: vorderer Bereich = basocochleärbasocochlear

Mögliche Ursachen:

  • Morbus menière (Schwindel)
  • Hörsturz
  • Lärmschaden
  • Permanenter Lärm ( > 85 dB)
  • Knalltrauma (kürzer als 1,5 ms; >135 dB)
  • Explosionstrauma (länger als 1,5 ms; > 135 dB)
  • Presbyakusis (Altersschwerhörigkeit)
  • Durchblutungsstörungen
  • Ototoxische Medikamente, z.B. Antidepressiva wie Citalopram
  • Hörsturz

2) Mitteltonschwerhörigkeit

Betroffener Bereich der Hörschnecke: mittlerer Bereich = mesocochleärmesocochlear

Mögliche Ursachen:

      • Vererbung: oft seitengleich und fortschreitend sich verschlechternd

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3) Tieftonschwerhörigkeit

Betroffener Bereich in der Hörschnecke. an der Spitze = apikocochleärEndocochlear

Mögliche Ursachen:

      • Morbus menière (Schwindel)
      • Hörsturz

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4) Breitbandschaden

Betroffener Bereich in der Hörschnecke: gesamter Bereich = pancochleär

Mögliche Ursache:

Alle oben genannten Beispiele im fortgeschrittenen Stadium

Schließlich kann es noch zu einer kombinierten Schwerhörigkeit kommen, wenn sowohl das Mittelohr als auch das Innenohr geschädigt sind.

Hörschädigungen des Innenohres sind irreparabel. Daher ist ein Ausgleich der Schwerhörigkeit nur über ein Hörgerät möglich.

Grad der Schwerhörigkeit

Man unterteilt die Schwerhörigkeit in leicht-, mittel-, und hochgradig.

Grad der Schwerhörigkeit Bereich der Hörschwelle
Leichtgradig 30-40 dB
Mittelgradig 40-60 dB
Hochgradig > 60 dB

Ein Beispiel:

Abb. 5 zeigt ein Tonaudiogramm des rechten Ohres. Das Audiogramm ist so aufgebaut, dass man von links nach rechts die Messfrequenzen ablesen kann. Die Frequenzen werden nach rechts hin immer höher.Audiogramm1

Von oben nach unten ist die Lautstärke in dB verzeichnet. -10 dB sind sehr leise, z.B. das Umherschwirren einer Mücke. 120-130 dB sind sehr laut, wie z.B. eine Schiedsrichter-Pfeife direkt am Ohr.

Bei einem Hörtest sollte die eingezeichnete Kurve zwischen 0-20 dB liegen. Ist das der Fall liegt keine Hörschädigung vor.

In diesem Beispiel sehen wir drei verschiedene Graphen. Die Linie mit den angedeuteten Pfeilen ist die Hörschwelle Knochenleitung, also mit dem am Knochen platzierten Kopfhörer gemessen worden. Sie zeigt an, wann die Testperson einen Ton gerade eben wahrgenommen hat. Hier ist eine leicht- bis mittelgradige Schädigung des Innenohres zu erkennen.

Die Linie mit den Punkten ist die Luftleitung und zeigt eine mittelgradige Schwerhörigkeit an.

Knochenleitung und Luftleitung sollten eine gemeinsame Linie bilden. In diesem Beispiel liegt die Luftleitung bei höheren dB-Werten als die Knochenleitung. Das ist ein Indiz dafür, dass das Mittelohr geschädigt ist

Die “Kämme” bei 120 dB zeigen an, wann die angebotenenTöne der Testperson zu laut wurden. Man nennt das die Unbehaglichkeitsschwelle.