Tinnitus – ein Pfeifen oder Rauschen im Ohr ohne entsprechenden
akustischen Reiz – kann durch Hörverlust verursacht werden. Unter
welchen Umständen aber ist dies der Fall? Welche Mechanismen
liegen dem zu Grunde? Roland Schaette und Richard Kempter vom Bernstein
Zentrum für Computational Neuroscience und der Humboldt-Universität zu
Berlin haben mithilfe von Computersimulationen Antworten auf diese
Fragen gefunden.
Tinnitus entsteht in der Hörbahn des zentralen Nervensystems. Bei
Tieren wurde tinnitusartige Aktivität von Nervenzellen – sogenante
Hyperaktivität – unter anderem im dorsalen cochlearen Nukleus (DCN)
gefunden, der ersten Verarbeitungsstufe für akustische Informationen.
Nervenzellen des DCN empfangen Signale direkt aus dem Hörnerv und
reagieren darauf mit neuronalen Entladungen – man sagt, sie "feuern".
Aber auch ohne akustische Reize sind die Zellen des Hörnervs und der
Hörbahn aktiv, sie feuern spontan mit einer bestimmten Rate, der
"spontanen Feuerrate" – vergleichbar mit dem Hintergrundrauschen
elektronischer Geräte. Verschiedene Studien zeigen, dass Hörverlust die
spontane Aktivität von Nervenzellen im DCN erhöhen kann und dass dies
von Tieren als eine Art Tinnitus wahrgenommen wird. In einem
theoretischen Modell erklären Schaette und Kempter erstmals den
Zusammenhang zwischen Hörverlust und Tinnitus.
Nach Hörverlust reagieren der Hörnerv und die Neurone entlang der
Hörbahn nur noch auf laute Geräusche, für leisere Geräusche unterhalb
der erhöhten Hörschwelle feuern sie spontan. Viele Neurone sind dadurch
insgesamt weniger aktiv. Dies könnte einen Mechanismus namens
"homöostatische Plastizität" aktivieren, der dafür sorgt, dass Neurone
weder zu viel noch zu wenig Aktivität zeigen. Ist die
durchschnittliche Aktivität der Neurone zu niedrig, steigert Homöostase
ihre Sensitivität. Wie die Wissenschaftler in ihrem Modell zeigen
konnten, reagieren die Neurone dadurch sehr viel stärker auf die
Aktivität des Hörnervs, insbesondere steigen ihre spontanen Feuerraten
an.
Wie Schaette und Kempter außerdem in ihrem Modell demonstrieren,
trifft dieser Mechanismus aber nur auf bestimmte Typen von Neuronen zu
– so zum Beispiel auf sogenannte Typ III Neurone des DCN. Diese Neurone
werden von Schall vornehmlich aktiviert. Nach Hörverlust sinkt daher
zunächst ihre durchschnittliche Aktivität und der oben beschriebene
Mechanismus setzt ein: die Homöostase muss gegensteuern, um die
Aktivität wieder anzuheben, was dann auch die spontane Feuerrate
erhöht. Typ IV Neurone hingegen werden durch Schall je nach Lautstärke
aktiviert oder gehemmt. Hörverlust wirkt sich auf ihre
durchschnittliche Aktivität kaum aus, entsprechend weniger anfällig
sind sie. Diese Vorhersage des Modells der Berliner Wissenschaftler
deckt sich mit experimentellen Befunden: Bei Nagetieren überwiegen Typ
III-Zellen, bei ihnen wurde tinnitusartige Hyperaktivität im DCN
gefunden. Bei Katzen hingegen, die vor allem Typ IV-Neurone haben,
wurde eine solche Aktivität noch nicht festgestellt.
"Unsere Studien dienen dazu, grundsätzlich den Zusammenhang zwischen
Hörverlust und Tinnitus zu verstehen", erklärt Kempter. Ist dieser
Zusammenhang etabliert, ließen sich daraus auch mögliche
Therapiemaßnahmen ableiten. "Unsere Hoffnung wäre, dass gezielte
Beschallung mit akustischen Signalen im richtigen Frequenzbereich die
durch Hörverlust verursachte Hyperaktivität zurücktreiben könnte", so
Kempter.
Originalveröffentlichungen:
Schaette R, Kempter R: Development of tinnitus-related neuronal
hyperactivity through homeostatic plasticity after hearing loss: a
computational model. Europ J Neurosci 23:3124-38 (2006).
Schaette R, Kempter R: Development of hyperactivity after hearing
loss in a computational model of the dorsal cochlear nucleus depends on
neuron response type. Hear Res 240:57-72 (2008).
Fachinstitut für Theoretische Biologie
Humboldt-Universität zu Berlin
Invalidenstraße 43
10115 Berlin
Name:Dr. Richard Kempter
URL:http://itb.biologie.hu-berlin.de/~kempter/
Tel.: +49 (0)30/ 2093-8925
Name:Dr. Roland Schaette
URL: http://itb.biologie.hu-berlin.de/~schaette/
Tel.: +49 (0)30/ 2093-8926