Impact of a combined electrode array of a cochlear implant on the current threshold and AP initiation site of the auditory nerve

Cochlea-Implantate sind Hörhilfen, die seit den 1960er-Jahren entwickelt und Menschen mit partialler oder vollständiger Taubheit ermöglichen, ihr Hörvermögen bis zu einem bestimmten Grad wieder herzustellen, abhängig von verschiedenen Faktoren. Das Implantat wandelt das akustische Signal in ein elektrisches um, umgeht dabei die zerstörten Haarzellen in der Cochlea und leitet das Signal direkt an die Fasern des Hörnervs (ANFs) weiter. Der Standardfall der Elektrodenpositionen in die Scala Tympani (ST) wurde untersucht, die sich entweder nahe den Enden der ANFs am Corti-Organ ander äußeren Wand der ST oder nahe dem Soma der ANFs, im sogenannten Modiolus, befinden. In einer Simulationsstudie wurde die Erregbarkeit der ANFs für beide Elektrodenpositionen verglichen, zusätzlich zum Aufbau des MED-EL-Implantats, bei dem eine kombinierte Elektrode verwendet wird, deren Stimulationsstrom gleichzeitig an beide Elektrodenpositionen abgegeben wird. Es wurden drei Zustände der ANFs untersucht: gesunde, teilweise degenerierte (dünner peripherer Prozess) und vollständig degenerierte Neuronen (Fehlen des dünnen peripheren Prozesses). In dieser Studie wurde dieHodgkin-Huxley-Kinetik zur Erzeugung von Aktionspotenzialen (APs) und deren Ausbreitung in ANFs mithilfe des Simulationsprogramms NEURON und angepasster Python-Skripte verwendet. Für die extrazelluläre Stimulation in einem homogenen Medium wurden positive oder negative Pulse von 100 μsangewendet. Die Ergebnisse zeigten, dass die Erregung mit Doppel-elektrodenkontakten einen höheren Schwellenstrom erfordert als die Stimulation mit einer Einzelelektrode. Gesunde oder degenerierte Nervenfasern reagieren empfindlicher auf kathodische Impulse, während anodische Impulse in teilweisedegenerierten Fasern zu einer schnelleren Erregung führen. Der Ort der Aktionspotenzialauslösung sowie die Aktionspotenzialausbreitung hängen vom Zustand der Faser und vom Myelinisierungsgrad der jeweiligen Kompartimente ab.