Wie das Ohr mit dem Gehirn spricht

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Schematische Darstellung einer Haarzelle und ihrer Synapsen mit den Hörnervenfasern (unten). Haarzellen, die verschiedene Tonfrequenzen bevorzugt verarbeiten, unterscheiden sich in der Zahl der Synapsen: Haarzellen im Bereich des besten Hörens verfügen über die meisten Synapsen. Im Ausschnitt oben ist exemplarisch eine mit der STED-Technologie aufgenommene Synapse zu sehen. Quelle: Moser/CMPB

13.03.2009  - 

Tausende von winzigen Haarzellen, die auf der Innenmembran des Ohres sitzen, übertragen die Schwingungen des Schalls in Nervenimpulse. Doch warum hören wir bestimmte Frequenzbereiche besonders gut? Und wie können wir hinhören, also leise Geräusche verstärken und lautes Dröhnen herunterdimmen? Göttinger Wissenschaftler haben jetzt entdeckt, wie schon die Haarzellen verschiedene Arten von Tönen unterscheiden können.

Unser Gehör öffnet uns die Welt der Musik, hilft uns die zwischenmenschliche Kommunikation zu verstehen und warnt uns wie eine "Alarmanlage" vor potentiellen Gefahren. Weltweit beschäftigen sich daher Hörforscher mit der Frage, wie wir Töne und Geräusche empfangen und mit Hilfe unseres Gehirns verarbeiten.

Das Ohr ist weit mehr als das, was von außen zu sehen ist. Die Ohrmuschel leitet den Schall in das Innere des Ohres und schließlich auf das Trommelfell. Die dahinter liegenden drei Knöchelchen Hammer, Amboss und Steigbügel geben die Schwingung an die Flüssigkeit und Basilarmembran in der Hörschnecke weiter. Auf diesem hauchdünnen Gewebeblättchen reihen sich einige Tausend Haarzellen aneinander.

Unterschiedliche Frequenzen regen unterschiedliche Haarzellen an

Je nach Tonhöhe und Frequenzverteilung des eintreffenden Schalls gerät die Basilarmembran in ganz unterschiedliche Schwingungsmuster, die sich an jeder Stelle der Membran unterschiedlich ausprägen. Je nachdem, wo sich die Haarzelle also befindet, wird sie durch unterschiedliche Frequenzen angeregt. Die Haarzelle gibt dann chemische Botenstoffe ab, woraufhin Hörnervenfaser die Hörinformation ans Gehirn übertragen. Der Mensch hat etwas gehört.

Wissenschaftler am Göttinger DFG Forschungszentrum Molekularphysiologie des Gehirns (CMPB) konnten jetzt zeigen, dass der Bereich des "besten Hörens" im Innenohr auch besonders intensiv vom Gehirn ausgelesen wird. Am Beispiel von Mäusen und Wüstenrennmäusen konnte Tobias Moser und sein Team nachweisen, dass innere Haarzellen und Hörnervenfasern, die im Bereich der Basilarmembran mit der höchsten Schallempfindlichkeit liegen, über erheblich mehr Synapsen verfügen. Diese örtliche Anhäufung von Schnittstellen ins Nervensystem entspricht dann auch dem Bereich des besten Hörens.

Außerdem lieferten die Forscher wichtige neue Einblicke in die Struktur und Funktion der Synapsen an sich. Diese Kontaktstellen zwischen Haarzellen und dem nachgeschalteten Hörnerv gelten als echter "Knackpunkt" im Hörsystem, weil ausnahmslos alle vom Ohr empfangenen Informationen diese Stellen passieren.

STED-Mikroskopie zeigt Synapsen erstmals in Aktion

 "Wir können nun einzelne Zwischenschritte der Signalübertragung von den inneren Haarzellen im Innenohr zum Hörnerv viel besser verstehen" sagt Tobias Moser, Leiter des Innenohr-Labors der Abteilung für Hals-Nasen-Ohrenheilkunde an der Universitätsmedizin Göttingen. Die Ergebnisse aus der Grundlagenforschung wurden in der Fachzeitschrift Nature Neuroscience (Online-Vorabveröffentlichung, 8. März 2009) veröffentlicht.
Bei ihren Untersuchungen half den Wissenschaftlern die Erfindung eines Göttinger Kollegen. Im Jahr 2002 stellte Stefan Hell vom Max-Planck-Institut für biophysikalische Chemie ein revolutionäres Lichtmikroskop vor (mehr...). Unter dem STED-Mikroskop zeigte sich, dass die Synapsen in jedem Frequenzbereich und sogar innerhalb einer einzelnen Haarzelle ganz individuell und unterschiedlich auf Reize reagieren können. Moser: "Dies könnte erklären, wie von den verschiedenen Hörnervenfasern, die mit derselben inneren Haarzelle verbunden sind, sehr leise Geräusche wie das Summen einer Biene wie auch lauter Lärm, den ein Flugzeug beim Starten macht, übertragen werden kann."