Anfang der 90er Jahre kam ein Ohrenarzt mit einer ungewöhnlichen Bitte zu Dr.-Ing. Albrecht Eiber: Er wollte defekte oder fehlende Knochenstrukturen im Mittelohr durch Prothesen ersetzen und um sie optimal anzupassen, fragte er nach einer Simulation der mechanischen Vorgänge beim Hören. Als sich Eiber erst einmal in die Mechanik des Hörvorgangs eingearbeitet hatte, ließ ihn das Thema nicht mehr los. Das Hören war nämlich längst nicht so gut erforscht, dass alle Fragen der quantitativen und qualitativen Umsetzung von Schall bis zur Erregung des Hörnervs geklärt waren.

Eine Forschergruppe am Institut für Technische und Numerische Mechanik (ITM) der Universität Stuttgart begann damit, eine modellhafte, mathematische Beschreibung der Vorgänge an der Knöchelchenkette des Mittelohrs zu erarbeiten. Diese Knöchelchenkette übersetzt den Schalldruck in räumliche Bewegungen, die schließlich über die Flüssigkeit des Innenohrs die Haarzellen auslenken und dadurch den Hörnerv anregen. Zwar gab es bereits elektrische Ersatzmodelle für die Funktionen des Mittelohrs, doch handelt es sich dabei um skalare, eindimensionale Modelle, die nur mit Spannung und Strom als beschreibenden Größen arbeiten. „Kraft ist stets dreidimensional, bei den elektrischen Modellen fehlt jedoch die vektorielle, also räumliche Bewegung“, erklärt Eiber.

Mit seinem computergestützten mechanischen Modell konnte er nachweisen, dass der Schalldruck nicht nur eine Kolben-, sondern auch eine Kippbewegung an der Fußplatte des Steigbügels auslöst. Der Steigbügel gibt über seine Fußplatte im ovalen Fenster die Bewegung direkt an die Flüssigkeit im Innenohr weiter. Dabei hängt die Art der Steigbügelbewegung von der Frequenz ab. Im niederfrequenten Bereich kommt es zur Kolbenbewegung, im hochfrequenten Bereich kommt eine Kippbewegung hinzu. „Ich laufe nun seit zehn Jahren Sturm gegen die Society der Akustikspezialisten, die behaupten, dass die Kippbewegung keine Wirkung hat. Das System muss jedoch auch Kippbewegungen ausführen, das lehrt die Mechanik“, so der engagierte Forscher.

Die Stuttgarter Forscher ruhen sich auf ihren Lorbeeren nun ganz und gar nicht aus und wollen mit mechanischen Modellen auch die Übertragungseigenschaften bei Druck und Zug im Mittelohr untersuchen. „Uns interessiert zum Beispiel das nichtlineare Verhalten des Gelenks zwischen Amboss und Steigbügel bei statischer Vorspannung“, sagt Eiber. Die Nichtlinearitäten im Gehör sorgen unter anderem dafür, dass ein objektiv doppelt so lauter Ton nicht als doppelt so laut empfunden wird und dass das Klangbild sich ändert. Im gesunden Ohr ist das zwar eine sinnvolle Schutzfunktion, den Entwicklern von Hörimplantaten macht dieser Effekt jedoch das Leben schwer.

Dabei gilt es neben den wissenschaftlichen auch noch gewisse sprachliche Hürden zu überwinden - medizinische Probleme müssen in die Sprache der Mechanik übersetzt werden und umgekehrt. Deshalb begreift Eiber es als Herausforderung, eine gemeinsame Sprache zu finden und damit die interdisziplinäre Zusammenarbeit zu stärken. Eingespielt hat sich inzwischen die Kooperation mit den Industriepartnern. Eiber und seine Mitarbeiter kooperieren seit Jahren erfolgreich mit der Heinz Kurz Medizintechnik GmbH in Dusslingen, einem führenden Hersteller von Mittelohrprothesen. Auch der zweite wichtige Industriepartner ist in der BioRegio STERN angesiedelt - und hat auch noch zufälligerweise den gleichen Namen: Die Firma Kurz Industrie Elektronik in Remshalden unterstützt Eiber mit elektrischen Systemen zur mechanischen Erregung der Mittelohrknöchelchen.

leh - 28.08.2006
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