Buffl

2.Sensorik

KS
by Kristina S.

7.Auditive Systeme - Akkustik (Ton und Melodien) - …

Akkustik und Schall:

a) Zu welchen Fachbereich gehört die Akkustik?

b) Beschreibe den Hörreiz aus physikalischer Sinn.

c) Wie ist die Schallwelle charakterisiert? Nenne zudem den Bereich des Hörens.

d) Nenne Gruppengeschwindigkeit von Schallwellen in Luft.

Druck und Intensität des Schalls:

a) Mit welcher Einheit wird die Schalldruckamplitude dargestellt?

b) Nenne die Gleichung inkl. Einheit zum Referenz-Schalldruck an der Hörschwelle.

c) Nenne die Gleichunf inkl. Einheit zur Schallintensität.

d) In welchen Bereich befindet sich die Schwellenwert Intensität.

Dynamischer Bereich:

a) Welche zwei großemdynamische Intensitätsskala des Gehörs gibt es?

b) Nenne den Bereich des Schalldruckpegel.

Akustik und Schall:

- Gehört zum Fach Mechanik

- Physikalisch adäquater Hörreiz ist eine longitudinale Luftdruckwelle (Schall) mit lokalen Schwingungen der Luftteilchendichte pro Fläche

- Die Schallwelle ist charakterisiert durch Druckamplitude und Frequenz (16Hz-20 kHz, Bereich des Hörens)

- Gruppengeschwindigkeit von Schallwellen in Luft: ~330m/s (Wasser: 1.200 m/s)

Druck und Intensität des Schalls:

- Schalldruckamplitude: px [Pa]

-Referenz-Schalldruck an der Hörschwelle: p0=2*10-5 Pa [N/m2]

- Schallintensität: I [W/cm2] = const.* px2

- Schwellenwert Intensität: I0~ 10-16 W/cm2 (Fläche des Trommelfells: ~1cm2)

Dynamischer Bereich:

- Große dynamische Intensitätsskala des Gehörs

->logarithmische Skala für das Lautheitsintervall

->Dezibel-Skala L: 10 dB = 1B (bel)

- Schalldruckpegel (SPL) L [dB] von 0 - 120 dB

13.Auditive Systeme -Was versteht man unter Tympanometrie und funktioniert es? Gehe zudem auf das Messprinzip und Darstellung der Ergebnisse ein (gesund, nicht gesund, loch).

Tympanometrie

Allgemein:

*Impedanzaudiometrie

*Unter der Impedanz wird in diesem Fall das Ausmaß des Widerstandes verstanden, den das akustische System als Ganzes, z. B. das Mittelohr, der Aufnahme von Schallwellen entgegensetzt.

*Akustisches System mit hoher Impedanz absorbiert wenig Schallenergie und reflektiert einen großen Anteil

*Akustisches System mit niedriger Impedanz nimmt hingegen viel Schallenergie in Form von Vibrationen auf

*Ausmaß der Schallabsorption beschreibt die Nachgiebigkeit bzw. Steifigkeit des Trommelfells

*Ziel ist es, anhand der Messung des akustischen Widerstandes des Trommelfells auf indirektem Wege den Druck im Mittelohr zu messen, pathologischen Mittelohrinhalt nachzuweisen und den Zustand der Gehörknöchelchenkette zu beurteilen

Messprinzip:

Es werden Druckschwankung im Gehörgang erzeugt. Dabei folgt einem Unterdruck ein leichter Überdruck. Diese Druckveränderungen werden vom Trommelfell reflektiert und dann mittels einer dichtsitzenden Sonde gemessen.

Funktionsweise:

Bei einer Beschallung des Trommelfells mit einer definierten Schallenergiemenge wird ein Teil dieser Energie reflektiert und der restliche Teil an das Mittelohr weitergeleitet.

Die Menge der reflektierten Energie hängt vom akustischen Widerstand, der akustischen Impedanz des Trommelfells, ab.

Unter natürlichen Druckverhältnissen, wenn vor und hinter dem Trommelfell der gleiche atmosphärische Druck herrscht, ist aufgrund der physikalischen Eigenschaften des Trommelfells die Weiterleitung des Schalls am besten.

Voraussetzung für die Durchführung dieses Tests ist ein intaktes Trommelfell und ein luftdichter Abschluss des Gehörgangs durch die Messsonde.

Zur Durchführung der Tympanometrie ist ein eigenes Gerät, ein Tympanometer, erforderlich.

Die Messung erfolgt über eine Messsonde, die drei Bohrungen mit kleinen Schläuchen besitzt:

*erste Bohrung wird durch einen Tongenerator ein Dauerton („Sondenton“) mit einer Frequenz von meist 226 Hz vorgegeben (95 dB SPL)

*zweite Bohrung enthält ein Mikrofon, das an ein Messinstrument angeschlossen ist.

*Über die dritte Bohrung werden mithilfe einer Druckpumpe definierte Drücke im Gehörgang aufgebaut.

Unter normalen Verhältnissen, wenn also die Druckverhältnisse im Gehörgang und Mittelohr gleich sind und das Trommelfell in „Normalstellung“ steht, besteht ein bestimmter akustischer Widerstand, der vom Tympanometer als Bezugspunkt (Nullpunkt) verwendet wird.

Wird nun über die Druckpumpe ein Über- oder Unterdruck erzeugt, wird das Trommelfell gespannt und es verändert sich der akustische Widerstand des Trommelfells.

Damit erhöht sich auch die Menge der reflektierten Schallenergie des Sondentones, der Schalldruckpegel im Gehörgang erhöht sich, was durch das angeschlossene Messmikrofon festgestellt werden kann.

Die veränderten Reflexionen werden im Tympanogramm als Compliance des Trommelfelles (Elastizität, Kehrwert des akustischen Widerstandes) grafisch dargestellt.

19.Auditive Systeme - Beschreibe die Cochleäre mechano-elektrische Transduktion.

Aufbau

*besteht aus 1 Zilien und mehreren Stereovilli

*Einzelne Stereovilli sind an den Spitzen miteinander verbunden (Tip-Links)

*Am unteren Ende befindet sich eine Region, in der die Erregung der Haarzelle zu einer Ausschüttung von Botenstoffen (Neurotransmittern) führt —> Hier Bildung Synapsen mit Interneuronen, die die Information in Form von Aktionspotentialen weiter in das zentrale Nervensystem (ZNS) tragen

Funktion

Reizaufnahme – Transduktion

Durch Tip-Links verbunde Stereovilli öffnen und schließen bei mechanischer Auslenkung und je nach Spannung die Ionenkanäle (Transduktionskanal)

Auslenkung nach rechts in Richtung Zilien: Öffnung der Kanäle —> Einstrom positiver Kaliumionen —> Erregung Haarzelle —> Depolarisierung der Zelle

Ruhezustand: Kanäle nur teilweise geöffnet (Zelle mittelmäßig erregt)

Auslenkungen nach links entgegen der Zilie: Schließung der Kanäle

Weiterleitung der Erregung

Menge der ausgeschütteten Transmitter wird von der Höhe des Rezeptorpotentials (Mikrofonpotential) bestimmt, welches vom zeitlichen Mittel der Auslenkung der Stereovilli abhängt.

Transduktionsmechanismus der Haarzellen im Innenohr

In der Cochlea: 3 Reihen OHCs und 1 Reihe IHCs

IHC: Sensorische Aufnahme mechanischer Bewegungen in der Cochlea

OHC: efferente Innervierung durch übergeordnete Zentren des ZNS

Ionenverteilung

Unterer Teil der Haarzelle (IHC): Corti-Lymphe (Perilympheähnlich) —> viele Natrium-Ionen / wenige Kaliumionen

Oberer Teil der Haarzelle (OHC): Endolymphe —> wenige Natrium-Ionen / viele Kaliumionen

Spannungsunterschied zwischen Endolymphe und Perilymphe (scala media: positives endolymphatisches Potential): +85 mV

Spannungsunterschied zwischen oberen Teil der Haarzelle und Endolymphe: -155 mV neg. als Flüssigkeit

Spannungsunterschied zwischen unterer Teil der Haarzelle und Endolymphe: -125mV neg. als Flüssigkeit

Spannungsunterschied zwischen unteren Teil der Haarzelle und Perilymphe: −70 mV neg. als Flüssigkeit

Mechanismus

1.Auslenkung Stereovilli durch mechanische Schwingungen der Basilarmembran in Richtung des längsten Stereoziliums

2.Tip-Link öffnen Kaliumkanälen —> K-Ionen-Einstrom im oberen Bereich der Haarzelle (Zelleninnere −155 mV negativer geladen als Endolymphe —> pos. Ladungen strömen ein)

3.Kaliumionen bewirken im Zellinneren die Öffnung von Calciumkanälen —> Ca-Ionen-Einstrom

3.Depolarisierung —> verstärkte Ausschüttung von Neurotransmittern an nachgeschaltete Neuronen (Stimmulierung afferente Nervenfasern) + mehr Ca-Ionen /K-Ionen-Kanal-Öffnungen

4.Hyperpolarisation —> Spannungsdifferenz geringer zwischen unteren Teil der Haarzelle und Perilymphe als bei oberen Teil der Haarzelle und Nedolymphe: −45 mV —> oben eingeströmte Kalium strömt über Kaliumkanäle im unteren Teil der Zelle wieder aus, da

  • in der Perilymphe im Vergleich zum Zellinneren eine sehr geringe Kaliumkonzentration herrscht

  • Kalium bestrebt ist, sein Gleichgewichtspotential von −80 mV herzustellen

—> Ausströmen von positive Ladungen in Form von K-Ionen —> Senkung Spannungdifferenz von −45 mV auf −80 mV

5.Repolarisation der Haarzelle durch K-Ionen-Ausstrom

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Ein erhöhter Stromfluss durch die Zelle verursacht eine vorübergehende negative Potentialänderung in der Scala media, während die an die Haarzellen angrenzende Cortolymphe vorübergehend positiver wird.

29.Biotechnologie des Hörens - Beschreibe die Funktionsweise des Cochlea-Implantat.

Cochlea-Implantat – Das bionische Ohr

• Herkömmliche Hörgeräte: Verstärkung des Schalldrucks zum Trommelfell, z. bei Presbyakusis

• Cochlea-Implantat: Implantat zur direkten Stimulation des Cochlea-Nervs bei irreversibler Schädigung innerer Haarzellen

• Indikation: beidseitige (!) Cochlea-Schwerhörigkeit mit intakter Funktion des N. vestibulo-cochlearis  angeborene Schwerhörigkeit oder Erwachsenenschwerhörigkeit nach abgeschlossener Sprachentwicklung'

• Ursachen für beidseitige Cochlea-Schwerhörigkeit: Meningitis mit Labyrinthitis, Hörsturz, Gehirnerschütterung, Intoxikation, Otosklerose, angeborene Erkrankungen

Während Cochlea-Implantate dazu neigen, die Bedeutung von Sprache ziemlich gut zu vermitteln, leisten sie bei der Übermittlung von Tonhöhen sehr schlechte Arbeit. Folglich können Cochlea-Implantat-Träger den Rhythmus eines Musikstücks erfassen, haben jedoch enorme Schwierigkeiten, Melodien zu erkennen oder zu schätzen. Ihre Freude an der Musik ist dadurch leider stark gemindert.

Ein Cochleaimplantat (CI) ist eine Sinnesprothese, die gehörlosen und hochgradig schwerhörigen Menschen wieder zum Hören verhilft. Dabei wird - anders als bei einem Hörgerät - der Schall nicht verstärkt sondern elektrisch direkt an den Hörnerven gesendet. Dazu wird ein flaches Implantat unter die Kopfhaut eingepflanzt. Ein außen am Kopf, hinter dem Ohr getragener Audio-Prozessor enthält die Mikrofone und sendet die Signale drahtlos durch die Haut zum Implantat. Der Audioprozessor enthält auch die Batterien und kann durch eine Fernbedienung gesteuert werden. Das CI hilft bei hochgradiger Schwerhörigkeit oder Gehörlosigkeit. Diese kann einseitig oder beidseitig bestehen.

Ein Audioprozessor hinter dem Ohr nimmt den Schall mit Mikrofonen auf. Dieser enthält die Batterien und verarbeitet den Schall, in dem zum Beispiel Störgeräusche entfernt werden. Eine Sendespule sendet das elektrisch verschlüsselte Signal dann drahtlos an das eigentliche Implantat unter der Kopfhaut. Das Implantat entschlüsselt diese Signale und leitet sie an die Kontakte in der Hörschnecke weiter. Die Sendespule wird magnetisch an der Haut gehalten. Die Kontakte in der Hörschnecke stimulieren den Hörnerven direkt und elektrisch. Damit ersetzen sie die meist funktionsunfähigen Sinneszellen in der Hörschnecke. Das Gehirn empfängt die Signale des Hörnerven. So wird Hören wieder möglich.

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Kristina S.

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