tim pritlove | CRE: Technik, Kultur, Gesellschaft

Über das Hörsystem des Menschen und Cochlea-Implantate

Das akustische Wahrnehmungssystem ist eines dieser unfassbaren Wunder der Evolution, das vom Menschen noch lange nicht vollständig verstanden ist. Trotzdem hat die Forschung in der Medizin, Biologie und Hirnforschung bereits eine so umfangreiche Vorstellung der Mechanismen erarbeitet, dass mittlerweile auch schwere Schädigungen des Hörsystems behoben oder zumindest teilweise umgangen werden können. Das Cochlea-Implantat stellt in diesem Zusammenhang die weitesten reichende Entwicklung dar, da hier akustische Signale direkt in der Hörschnecke elektrisch abgebildet werden können.

Audiologe und Softwareentwickler Stefan Brill entwickelt entsprechende Algorithmen für die Signalverarbeitung und -erzeugung für solche Implantate und berichtet im Gespräch mit Tim Pritlove von der Funktionsweise des Gehörsystems vom Außenohr bis zum Hörnerv und mit welchen technischen Maßnahmen auch taube Menschen wieder zum Hören gebracht werden können.

Tim Pritlove

Stefan Brill

Für diese Episode von CRE: Technik, Kultur, Gesellschaft liegt auch ein vollständiges Transkript mit Zeitmarken und Sprecheridentifikation vor.

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Transkript

Tim Pritlove

Ihr hört CRE Technik Kultur Gesellschaft und das hier ist die 206. Ausgabe davon. Mein Name ist Tim Pritlav und ja, it's been a while. Manch einer mag geglaubt haben, da kommt ja nichts mehr. Weit gefehlt. Eigentlich ist meine Liste der Themen unbegrenzt lang, nur die Liste der potenziellen Gelegenheiten, die ist manchmal etwas schwierig. Nichtsdestotrotz, Trotz. Heute wollen wir mal wieder in ein schönes Thema einsteigen, was für meinen Geschmack auch mal wieder hier diese ganzen Kategorien wunderbar zusammenbringt. Konkret soll es gehen um das Ohr und das ganze Hörsystem. Wie hören wir, warum hören wir und all das. Und da begrüße ich hier als Gesprächspartner den Stefan. Stefan Brill.

Stefan Brill

Hallo, guten Tag. Hallo, guten Tag.

Tim Pritlove

Hallo Tim. Äh, ja Stefan, du bist, ähm, was bist du denn genau? Wie nennt man das?

Stefan Brill

Ja, man könnte sagen, ich bin Audiologe. Ich bin aber auch Ingenieur. Audiologe. Jemand, der sich mit der Hörforschung beschäftigt. In dem Sinne bei Pathologie. Also wenn jetzt Gehörstörungen vorliegen, was kann man da machen? Von der Herkunft her bin ich eigentlich Ingenieur. Ich habe natürlich auch so eine Nerdquelle, warum ich Ingenieur geworden bin und habe mich mal in meiner späten Jugend für digitale Technik begeistert. Das war also wirklich noch mit Ant- und Nandgattern und allem Möglichen.

Tim Pritlove

In welchem Jahrhundert hätte ich was gesagt?

Stefan Brill

Anfang des 80er Jahre war das. Also ich habe mich da begeistert für Digitaltechnik und da war das noch gar nicht so selbstverständlich, dass man Dinge mit Mikroprozessoren gemacht hat. Die gab es natürlich schon. Das war so die Zeit, wo es den 8080 gab und den Z80 und diese Prozessoren.

Tim Pritlove

Und dann ist auch die Homecomputer-Geschichte langsam losgegangen.

Stefan Brill

Ja, das war eigentlich noch so kurz davor. Kurz davor war das. Die Homecomputer-Startgeschichte habe ich natürlich dann auch mitbekommen und mitgemacht. Und das war so eine der Gründe, warum ich mich damals entschieden habe, Elektrotechnik und Informationstechnik zu studieren. Ich hatte dann, Natürlich die üblichen Bastelleien, die man da so macht, hab natürlich auch so im Studium versucht, eine Band zu gründen. Und da haben wir natürlich mehr an der Elektronik herum gebastelt, als dass wir Musik gemacht haben. Da haben wir auch ganz völkerlich geworden alles. Und dann hatte ich...

Tim Pritlove

Audio war dann sozusagen schon Thema, wenn du Musik gemacht hast?

Stefan Brill

Audio war für mich privat schon ein Thema. Ja, und ich hatte dann aber auch das Glück, das war eigentlich eher Zufall, dass ich in meinem Studium eine Spezialisierungsrichtung einschlagen konnte. Das nannt sich damals Kybernetik. Das hatten die in München, also an der TU München, hatten die so eine Spezialrichtung aufgemacht, wo die mehrere Forscher sich zusammengetan hatten und gesagt haben, wir wollen mal unsere ganzen mathematischen Methoden, die die Informationstechnik, Informations- und Signalverarbeitung so bietet, was man eben in der E-Technik lernt, anwendet auf biologische Systeme. Und da gab es dann einige Forscher, die dann extra reinkamen an die TU und dann da Lehre gemacht haben darüber. Und es gab aber auch einen, der mir natürlich besonders in Erinnerung geblieben ist. Das war ein Institut, was direkt an der TU war. Die haben sich mit Akustik beschäftigt. Der Chef von denen hieß Zwicker. Das ist so einer der Päpste der Psychoakustik. Psychoakustik ist jetzt also die Erforschung der subjektiven Hörwahrnehmung mit geradezu physikalischen Methoden. Und das hat mich dann völlig begeistert. Das war also ganz toll, dass die dort Methoden entwickelt hatten mit den, also nicht nur die, das war natürlich woanders entwickelt worden, aber die haben dort geforscht.

Tim Pritlove

Eberhard Zwicka.

Stefan Brill

Eberhard Zwicka, genau.

Tim Pritlove

Und der sogar eigene Units aufgemacht hat, hier Zwicka-Parameter und so.

Stefan Brill

Ja, genau. Und der hatte dort ein Institut, das stand damals noch in voller Blüte und hatte noch andere Professoren, ein Teerhardt und ein Fastel und natürlich jede Menge Assistenten. Und das hat mich wirklich begeistert. Und ich habe bei denen unter anderem eine Studienarbeit gemacht, also so eine Projektarbeit neben dem Studium her, da ging es dann schon um digitale Signalprozessoren. Das kamen dann auch schon wieder der eine Zweig mit dem anderen zusammen. Und habe dann aber meine Abschlussarbeit nicht bei denen gemacht, sondern bin dann in der Medizintechnikfirma, habe ich das gemacht. War auch Signalverarbeitung drin, da ging es aber um so kardiologische Sachen, also Herzparameter, Herzschlag, Druckkurven und so weiter. Und dann... War ich fertig mit dem Studium und dann waren inzwischen die Anfang der 90er und dann bin ich natürlich wie alle nach Berlin und Berlin war ja damals großartig so 1990 bis 92 und dann ging mir aber so nach und nach das Geld aus und dann habe ich wieder geguckt überregional und ich saß dann gerade hier in Berlin und hatte in ich weiß nicht in einer von den großen Tageszeitungen hatte ich eine Anzeige gesehen von einer Firma die was machen wollten oder die was geplant hatten, was eigentlich alle Dinge, die ich, die ich machte und die mich interessierten sozusagen auf einen Punkt brachten. Und da habe ich mich dann halt gemeldet und zufällig war dann die Firmenchefin war auch gerade zufällig in Berlin, mit der habe ich mich dann hier getroffen. Habe ich mich im Foyer der Charité habe ich mich getroffen und die erzählte mir dann von Cochlea Implantaten. Erstaunlicherweise hatte ich zu dem Zeitpunkt, obwohl ich so verschiedene Verbindungen dazu hatte, noch nie was davon gehört, aber das Konzept war mir sofort eingängig, nämlich dass man den Hörnerv, wenn jetzt das Innenohr nicht mehr akustisch hören kann, dass man den ja eigentlich elektrisch reizen können müsste. Und so habe ich dann bei denen angefangen und wahrscheinlich, weil ich irgendwie diese ganze Vorgeschichte so...

Tim Pritlove

Also es war quasi eine Firma, die konkret auf solche Implantate spezialisieren wollte. Korrekt, ja. Also war das damals nur eine Idee oder gab es das im Prinzip?

Stefan Brill

Das gab es schon. Die Kochler-Implantate, ach da gibt es eine ganz lange Vorgeschichte. Also das ging eigentlich schon los mit Alessandro Volta. Der hat sich nämlich schon eine Elektrode in den Gehörgang gesteckt.

Tim Pritlove

Der von dem Volt?

Stefan Brill

Ja, nachdem das Volt genannt ist.

Tim Pritlove

Und der hatte... Der totale Freak.

Stefan Brill

Ja, da gab es einen, der war noch ein härterer Freak. Ein gewisser Herr Ritter.

Tim Pritlove

Aber der Volta... Herr Amper.

Stefan Brill

Der Ritter war sehr interessant, den kennt nur kein Schwein. Das ist also wirklich eine fast schon sträfliche Vernachlässigung, dass man den nicht kennt. Johann Wilhelm Ritter. Der Volta, das muss so ungefähr 1798 gewesen sein, der hat sich also von seiner elektrischen Säule, das waren noch diese elektroschemischen Säulen, hat er sich eine Elektrode ins Ohr gesteckt und hat ein brutzelndes Geräusch gehört, ist, glaube ich, in Ohnmacht gefallen. Und als er dann wieder aufgewacht ist, hat er dann so ein Paper geschrieben, auf Lateinisch, glaube ich noch, wo er diese Erfahrung beschreibt. Und dann gab es aber einen Herrn Ritter, der lebte in Jena damals und das war einer der Leute, die wirklich die Elektrochemie mitbegründet haben. Der hat unter anderem den Vorläufer des wiederaufladbaren galvanischen Element des Akkumulators entwickelt. der hat. Den ultravioletten Spektralanteil im Sonnenlicht entdeckt. Der wäre also nach heutigen Maßstäben wäre der lockerer Nobelpreisträger, aber den kennt keine Sau. Und er hat mit sich selber alle möglichen Dinge ausprobiert. Der hat also den elektrischen Strom auf sich wirken lassen, bis er kann schon sagen, bis er Invalide war. Der hat sich die und das geht endlos. Dicht die Zinkelektrode ins linke Auge und die Kupfer ins Recht und hat dann detailliert beschrieben, was er für ein rotes Flackern gesehen hat und dann die eine Elektrode in die Nase und die andere ins Auge und was er dann empfunden und wahrgenommen hat. Und der hat das eben auch mit dem Ohr gemacht. Der hat das alles, also das ist ja jetzt echt ein blödes Klischee, aber der Volta als Italiener, der macht eine Sache, fällt in Ohnmacht und schreibt drüber und der andere, der geht bis zur Grenze seiner physischen körperlichen Fähigkeit, das auszuhalten und beschreibt das alles im Detail. Und dieser Ritter, der hat publiziert in den Analen der Physik, das ist ja jetzt nun eine renommierte Zeitschrift, da ist ja einsteins e gleich mc quadrat dann veröffentlicht worden, die war zu dem Zeitpunkt damals gerade, ich glaube zwei Jahre gegründet worden und der hat dann, ich denke das muss so 1800 bis 1802 muss das gewesen sein, da hat der Ritter all diese Dinge beschrieben und da gibt es dann unter anderem eine Publikation, ich glaube die geht über 60 Seiten, wo er in blumigen Worten all das beschreibt, was er damit sich ausprobiert hat und so einer seiner Schlusssätze ist, also das mit dem Gehör, das war so ungefähr das Schlimmste, das ist jetzt nur so inhaltlich wiedergegeben, wortwörtlich kriege ich das nicht und das geht jetzt alles nicht mehr, das möchten doch bitte andere nach ihm, möchten das doch weiterführen, diese Experten. Und dann hat es die das ganze 19. Jahrhundert hat jede Menge so Charlatane gegeben, die dachten, na ja, wenn wir da Elektronen ins Ohr halten, dann können wir das heilen und das hat logischerweise alles nicht funktioniert. Und der erste wirkliche Zeitpunkt, wo man sagen kann, hier ist das mal ernsthaft versucht worden. Das war 1957 in Frankreich. Da hat es zwei Franzosen gegeben, ein Ingenieur und ein Chirurg. Und die haben wirklich den Ansatz gemacht, eine Elektrode ins Innenohr einzusetzen oder unmittelbar vor das Innenohr. Hatten das mit zwei Patienten gemacht und bei einem hat das Erfolg gehabt. Der hörte was? Natürlich auf einem ganz anderen Niveau, hat er also Höherwahrnehmungen und irgendwelche Töne, muss man dazu sagen.

Tim Pritlove

Der vorher gar nicht hören konnte?

Stefan Brill

Der war vollständig taub, war offensichtlich sehr verzweifelt, dass er überhaupt keine Höherwahrnehmung mehr hatte. Hatte allerdings auch eine schwere andere Krankheit, die ihn...

Tim Pritlove

Also jemand, der schon mal vorher gehört hat sozusagen?

Stefan Brill

Jemand, der normal hören kann, vorher mal. Und dann hatte der aus Gründen, die ich jetzt nicht mehr weiß, findet man natürlich irgendwo in Publikationen drin, hatte der sein Gehör verloren und diese beiden, der Chirurg und der Ingenieur, die haben dann gesagt, na vielleicht kann man da was machen. Und der Ingenieur hat dann ein Implantat sozusagen am Küchentisch, könnte man heute sagen, gebastelt und der Chirurg hat das eingesetzt. Und der Patient hörte tatsächlich was, hat aber natürlich keine komplexen Hörwahrnehmungen damit gehabt, also konnte keine Sprache.

Tim Pritlove

Man hat überhaupt erst mal rausgefunden, dass es überhaupt geht. Bevor uns hier die Pferde durchgehen mit zu viel Details, weil sicherlich diese Implantatarbeit, an der du ja viel arbeitest, das ist eine der Dinge, auf die wir hier noch zu sprechen kommen wollen. Aber ich denke, um überhaupt erst mal verstehen zu können, was sich hier eigentlich abspielt in unserem Kopf, müsste man da einfach auch noch mal ein bisschen ein bisschen reinschauen. Ich denke, was für jeden so ein bisschen klar ist, ist, dass diese ganze Hörgeschichte extrem komplex ist. Wie auch unser Sehvermögen ist, ist das einfach so eins dieser Wunder, wo man sich immer denkt, wie schaffen wir das insbesondere. Das Problem ist, der ja genauso auch bewusst und ich denke jeder der sich auch so im Computerbereich mal so ein bisschen mit Audio auseinandergesetzt hat also um aus solchen digitalisierten Audiodaten überhaupt relevantes heraus zu holen und da irgendwas drin zu entdecken bis hin zu solchen Konzepten wie Spracherkennung und so weiter war ja ein ein sehr langer Weg und auch heute ist ist ja auch immer noch verbaut an manchen Stellen also vieles geht auf eine beeindruckende Art und Weise sofern man die Messergebnisse gut isoliert bekommt oder von vorne rein in eine definierte, isolierte Umgebung aufgenommen hat. Aber so diese gesamte Komplexität des Gehörs ist natürlich eine ganz andere Sache. Jetzt hat man wahrscheinlich irgendwann mal ein bisschen rumgeschnippelt am Menschen, das wahrscheinlich schon eher früh und festgestellt, Da ist ja so allerlei mechanisch anmutende Geschichte zu finden. Wenn man jetzt versucht. Zu verstehen, was führt dazu, dass wir hören? Also was führt dazu, dass wir aus letztlich, es ist ja nur Schalldruck in der Luft, dass wir da so komplexe Informationen heraus hören können? Wo, wo fängt das an? Wo, wo, wo? Wie entwickelt sich das? Wie kommt das in den Kopf?

Stefan Brill

Ja, es geht natürlich los mit der Schallwelle, die von irgendwo her auf uns eintrifft. Und wenn man jetzt das mal von außen anschaut, dann haben wir natürlich erstmal das Außenohr. Außenohr ist so mehrfach gefalteter Knorpel und das ist so ein bisschen trichterförmig und was natürlich besonders wichtig ist, wir haben zwei davon und wir können mit jedem gewissermaßen unabhängig hören und können dadurch zum Beispiel Richtungsinformationen extra...

Tim Pritlove

Das ist eigentlich bei allen Tieren so. Also zumindest bei allen Säugetieren eigentlich so zwei Ohren ist schon der Goldstandard ein bisschen.

Stefan Brill

Das ist der Goldstandard. Jetzt muss man natürlich dazu sagen, das ist teilweise extrem abhängig davon, was die hören müssen. Also es gibt zum Beispiel, das ist jetzt mal ein Extrembeispiel, es gibt zum Beispiel Nachtfalter. Die haben ein Hörorgan, das darauf spezialisiert ist, die von Fledermäusen ausgesendeten Schallwellen, die ja zur Echolotortung in der Nacht dienen.

Tim Pritlove

Ultraschall.

Stefan Brill

Das ist ziemlich hoch im Ultraschallbereich. Die haben also spezielle Hörorgane für den Zweck, diese Jagdrufe der Fledermäuse zu hören. Und sobald dieses Hörorgan das bemerkt, lassen die sich fallen wie ein Stein und sind dann hoffentlich aus deren sicht aus der flugbahn der fledermaus raus das ist schon mal so ein ganz extremes beispiel ganz anderes extrem beispiele ist sind die organe der zeta-10 also der meereszeuger die haben ja auch einerseits ein echolot zeta-10 glaube ich heißen die also wale delfine ich glaube die Ich bin kein Biologe, ich bin mir da mal was schief geht.

Tim Pritlove

Den Begriff kannte ich jetzt auch gerade noch nicht, aber schauen wir mal, ich sprühe weiter.

Stefan Brill

Mit C.

Tim Pritlove

Cetardiodactyla, sozusagen.

Stefan Brill

Ja, aber die haben natürlich auch ihre speziellen Notwendigkeiten. Die haben natürlich auch einerseits diese Echolotortung, haben dafür sogar speziell geformte Schallinsen. Das ist dann vorne so im Vorderkopf diese große… Ach so, Cetacea ist der wissenschaftliche Name für Wahl.

Tim Pritlove

Ja.

Stefan Brill

Okay, alles klar. Und die haben dann auch Frequenzbereiche, die sie hören, die sind komplett am anderen Ende des Spektrums. Die gehen sehr tief ins Niederfrequente hinein und die haben dann teilweise richtig schwere, knöchernde, massive Strukturen, die in Höhlungen aufgehängt sind und die dann diese tieffrequenten Schwingungen wahrnehmen können. Und da gibt es dann auch natürlich wieder sensorische Organe, also Nervenzellen, die dann diese Schwingungen aufnehmen können.

Tim Pritlove

Wie tief geht das bei Wahlen?

Stefan Brill

Das kann ich nicht sagen, das weiß ich nicht. Also das geht sicher weit, weit unterhalb von dem, was wir so hören. Aber bei uns ist wo Schluss? 20, 20 Hertz.

Tim Pritlove

Das heißt, die könnten vielleicht auch noch so zwei Hertz hören.

Stefan Brill

Also ganz sicher bin ich mir nicht, das müssen wir nahe, da will ich mich nicht allzu sehr aus dem Fenster legen.

Tim Pritlove

Aber tief halt.

Stefan Brill

Ja und bei dem, was uns für uns so wichtig ist oder was unsere humane Hörfähigkeit angeht, gucken wir uns natürlich am ehesten die Landseugetiere an. Die Landseugetiere, die hören natürlich Luftschwingungen und haben bewegliche Außenohren, Wenn es zu Tieren geht, die jetzt... Zum Beispiel gejagt werden, dann können die ihren Kopf in eine bestimmte Richtung halten, aber die Außenohren können sich drehen. Bei uns ist das fast vollständig weg. Wir haben noch so ganz wenige Ansätze davon. Wir haben noch so ein paar kleine Muskeln am Außenohr.

Tim Pritlove

Gibt ja so Leute, die können so mit den Ohren wackeln.

Stefan Brill

Ja, genau. Also wir haben da tatsächlich noch Muskeln, also sogar außen auf der Rückseite am Knorpel und innen drin ganz winzige, die auch noch innoviert sind. Aber das reicht bei uns nicht mehr aus, dass wir unsere Ohren noch irgendwo gezielt hin drehen können. Aber so eine Antilope zum Beispiel, die kann das machen. Die kann also gezielt ihr Ohr in eine bestimmte Richtung drehen und dann gucken, ob da was ist. Und bei uns ist es dann so, das Ohr ist aber etwas seltsam gefaltet. Da kann man sich ja fragen, warum ist das nicht einfach nur so ein Trichter? Aber diese Faltungen des Ohres, zumindest ist das eine gängige, weitgehend akzeptierte Theorie, warum das so ist, die haben aus verschiedenen Einfallswinkeln, sind die natürlich unterschiedlich groß, und da kommt es zu Schallauslöschungen, so nach dem Motto stehende und reflektierte Wälder, gibt es halt so Schallauslöschungen bei bestimmten Frequenzen. Und wir können dadurch, dass wir jetzt diese gefalteten Außenohren haben, haben wir in unterschiedliche Richtungen nach oben, nach unten, haben wir unterschiedliche Frequenzen, bei denen diese Auslöschungen stattfinden und haben so also, was mit zwei Ohren ja eigentlich nicht zu erklären ist, wieso können wir eigentlich die Höhe hören oder wie hoch das Signal über uns ist, haben dadurch zumindest in Ansätzen eine Möglichkeit, die Richtung in der Höhe. Also sprich Elevationswinkel, heraus hören zu können. Aber das Wesentliche, wofür unsere zwei Ohren taugen, ist, dass wir Differenzen in den Schallsignalen, die die beiden Ohren erreichen, wahrnehmen können. Da gibt es im Wesentlichen drei Unterschiede. Wenn wir mal vorstellen, ganz rechts von mir habe ich eine Schallquelle sitzen, dann kommt natürlich das Signal von dem rechts von mir stehenden Lautsprecher am rechten Ohr früher an. Zweitens kommt es natürlich lauter an, weil das Schaltsignal muss um den Kopf rumlaufen und auf der anderen Seite kommt es nicht in derselben Intensität an. Und es kommt auch spektral anders an. Also das Direkt Einfallende, das ist spektral in erster Linie ungefiltert und das, was um den Kopf rumlaufen muss, da schaffen es die tiefen Frequenzen besser rum als die hohen Frequenzen. Das ist also spektral auch nochmal etwas geändert.

Tim Pritlove

Diese Differenzen ist unter… Man hört weniger Hochantrag.

Stefan Brill

Ja, genau. Man hört weniger Hochfrequenzen. Und die Schallpegeldifferenzen zwischen den beiden Ohren, die Schalllaufzeitdifferenzen zwischen den beiden Ohren und in drittem, nicht ganz so ausgeprägten Maß, die spektralen Unterschiede zwischen den beiden Signalen, die wir bekommen, die dienen unserem Gehirn dazu, die Richtung heraus hören zu können. Und das geht außerordentlich gut. Das ist natürlich etwas, was in der horizontalen Ebene um uns herum möglich ist, weil nur nur in der horizontalen Ebene kriegen wir Unterschiede zwischen beiden Ohren. Wenn ein Signal genau frontal vor uns ist und einfach nur hoch oder runter bewegt wird, kriegen beide Ohren dasselbe Signal. Und dafür brauchen wir diese Faltungen. Da gibt es dann Reflektionen, je nachdem, dass eher von oben und so reflektiert oder eher von da und ein bisschen anders mit einem etwas anderen Weg reflektiert. Sind diese Auslöschungsfrequenzen oder sagen wir mal lieber die Frequenzen, bei denen dann Auslöschung stattfindet, sind je nach Einfallswinkel ein bisschen unterschiedlich. Da ist unser Gehirn offensichtlich in der Lage, das zu nutzen, um eine... Höheninformationen über das eintreffende Schallsignal heraus zu extrahieren.

Tim Pritlove

Was würde denn jetzt passieren, wenn ich mir irgendwie eine Rolle Gaff annehme und mir einfach mal meine Ohrwasche irgendwie zu tape?

Stefan Brill

Und nur ein Loch offen lassen?

Tim Pritlove

Ja, also sagen wir mal überhaupt so diese ganze typische Knorpelkonstellation da mit diesen ganzen Gängen, also wenn man, wenn man oder einfach das Ohr einfach nur so glatt an den Kopf Und außerdem, also das Loch bleibt offen. Und man würde aber alle... Aber der Rest wäre quasi so glatt abgeklebt, wie es nur denkbar wäre.

Stefan Brill

Wie es nur irgendwie geht. Dann würde man viele Dinge noch immer ganz gut können. Also man würde noch wissen, woher was kommt in der Ebene, aber in der Höhe würde man relativ orientierungslos werden. Es hat sogar schon Experimente gegeben, wo man Aufnahmen, Kunstkopfaufnahmen gemacht hat, wo man dann...

Tim Pritlove

Also eine Aufnahme, wo man so eine Kopfform nimmt, der...

Stefan Brill

Mit, mitsamt dran geformten Ohren. Genau. Wo man dann Ohren und Kopfform von jemandem anderes nimmt, zum Beispiel von einem großgewachsenen Menschen, und das einem klein gewachsenen Menschen vorspielt und umgekehrt. Und die haben dann tatsächlich auch in der Höhenlage, haben die bestimmte Fehlannahmen, wenn man ihnen das dann über geeignete Kopfhörer vorspielt, haben dann Fehlannahmen darüber, aus welcher Höhe das jetzt kommt.

Tim Pritlove

Das ist ja interessant, bei Kopfhörern geht ja dann quasi dieser Effekt verloren.

Stefan Brill

Ja, Kopfhörer ist natürlich so, diese klassischen Kopfhörer, die wir so kennen, so wie wir sie jetzt aufhaben, die sitzen ja über dem Außen oder drüber, das ist damit weitestgehend, aber nicht vollständig eliminiert in seinen Eigenschaften. Was man eigentlich machen muss, man muss dann wirklich direkt mit dem Stöpsel in den Gehörgang reingehen und muss das natürlich alles ganz im Ohrhörer nehmen und muss das alles so sauber präparieren, dass man alle Fehlerquellen eliminiert. Das ist also schon so.

Tim Pritlove

Kannst du das irgendwie so in Ihr Kopfhörer ertragen?

Stefan Brill

Ich habe immer das Gefühl, ich habe so ein Babel in meinem Ohr. Ich finde die ganz schlimm.

Tim Pritlove

Es gibt ja die, die auch so speziell an den Gehörgang, also an den eigenen Gehörgang angepasst sind. Da mag das dann vielleicht nicht mehr ganz so störend sein.

Stefan Brill

Ich habe es auch nicht, aber von mir selber extrapoliere ich, dass das fürchterlich ist.

Tim Pritlove

Dauer mag ich das. Okay, das macht man sich glaube ich schon mal gar nicht so klar, dass jetzt so dieser Ohrwaschel da so eine große Rolle spielt. Und bei Leuten, die was weiß ich, irgendwelche Verletzungen haben, denen mal vielleicht ein Teil des Ohres abhanden gekommen ist, passt sich dann das Ohr dann daran an?

Stefan Brill

Ja, also die haben ja meistens dann, wenn es eine Verletzung ist, auf der anderen Seite noch eins und dann kann unser Gehirn ist da offensichtlich so flexibel, dass es da durchaus sich wieder einiges rausholen kann. Es dauert sich ja eine Weile, bis man da wieder rankommt. Dinge, die man nicht mehr kann, würde man im Experiment nachweisen können. Ja, aber...

Tim Pritlove

Hat denn das Ohrläppchen eigentlich auch irgendeine akustische Funktion? Nö, ich weiß nicht. Das wirkt irgendwie so wie so ein Anhängsel. So ein bisschen so der akustische Blinddarm.

Stefan Brill

Ich habe keine Ahnung, wofür das gut ist. Also es ist ganz günstig, dass es so labberig ist, weil wenn man da einen Ohrstecker durchschießt, dann hört man das nicht so gut. Aber sonst keine Ahnung. Da geht jedenfalls kein Knorpel runter. Der Rest vom Außenohr, das ist ja alles Knorpelgespät.

Tim Pritlove

Aber was man jetzt auf jeden Fall schon mal festhalten kann, ist schon für das Ankommen des Schalls ist am Menschen und auch bei anderen Tieren schon eine Menge an Vorrichtungen vorhanden, um überhaupt erstmal die Zuführung der Frequenzen und Zuführung dieses Schalldrucks zu leiten, zu lenken, zu optimieren und in gewisser Hinsicht halt auch ortbar zu machen. Zu machen. Auf der einen Seite hat man halt dieses horizontale Hören durch Zeitverlauf. Diese Zeitverläufe sind ja nicht nicht unerheblich. Also wenn man das mal so ausrechnet, so wir sind jetzt irgendwie so zwei Meter entfernt, das sind dann schon so ein paar Millisekunden, die da eine Rolle spielen.

Stefan Brill

Ja gut, das sind, das ist jetzt der Laufzeitabstand hier zwischen uns, aber nicht der zwischen den beiden Ohren.

Tim Pritlove

Ja, der ist geringer, aber der ist halt auch vorhanden.

Stefan Brill

Ja, aber der ist erstaunlich klein. Also wenn ich eine Schallquelle, sagen wir mal, ich gehe genau nach rechts raus, vom Ohr weg und denke mir, dass das Schallsignal als Ebenefront ankommt, dann erreicht das natürlich das eine Ohr zu einem bestimmten Zeitpunkt, läuft dann sozusagen bis zum halben Kopf noch weiter und muss dann so einen Viertelkreis machen. Und der Laufzeitunterschied, den man dadurch kriegt, das ist so in der Gegend von 500 Mikrosekunden. Man kann es noch ein bisschen steigern dadurch, dass man die Schallquelle unmittelbar vor das eine Ohr setzt. Dann muss nämlich zum anderen Ohr wirklich ein Halbkreis gelaufen werden. Also einmal rum um den Kopf, dann sind wir so ungefähr bei 680-700 Mikrosekunden. Und das ist unheimlich kurz und das ist auch wirklich erstaunlich, dass unser Nervensystem das transportieren kann. Weil wenn man sich die Nervenfeuergeschwindigkeit eines einzelnen Nervs anguckt, dann kann der normalerweise höchstens so ungefähr 300 mal in der Sekunde einen Impuls abgeben und dann sind wir bei 3 Millisekunden Abstand zwischen einem und dem frühestmöglichen nächsten Feuern eines Nerfs. Und wie soll dann dieses Nervenskellett Zeitdifferenzen von 700 Mikrosekunden überhaupt kodieren und auflösen? Und es geht ja noch weiter. Das sind ja jetzt nur die extremsten Zeitunterschiede, die es gibt. Wenn das Schallsignal kommt komplett aus einer Achse. Aber wenn wir ein Experiment machen, was wirklich sauber konstruiert ist, wo wir Leute in so ein Schallfeld setzen, dann haben wir in Blickrichtung genau vor uns, haben wir eine Winkelauflösungsgenauigkeit von einem Grad, von einem Winkelgrad. Das ist so der gerade ebenmärkliche Unterschied an Winkeleinfallsrichtung. Und da geht es dann um Laufzeitdifferenzen, die ungefähr bei zehn Mikrosekunden liegen. Das ist unglaublich schnell und auf eine wundersame Art und Weise ist unser Gehörsystem in der Lage, diese Zeitunterschiede zu messen und in unserem Bewusstsein oben dann als eine Richtung, wo der Schall herkommt, sozusagen sich manifestieren zu lassen. Aber das Nervenkostüm an den entsprechenden Schaltstellen kann diese Zeitunterschiede auflösen. Das ist überhaupt so ein Merkmal von unserem Gehörsystem. Unser Gehör ist eigentlich das, was unheimlich gut mit Zeit umgehen kann. Unser Gehör ist eigentlich auch so eine Art Zeitwahrnehmungs- und Zeitmessorgan könnte man vielleicht sagen. Diese Dinge kann unser, akustisches Neurokostüm außerordentlich gut?

Tim Pritlove

Offensichtlich. Man merkt das ja auch selber, wenn man mal so bewusst hört. Ich fand auch schon mal diese Kunstkopfaufnahmen, wenn man sich so was mal anhört. Allein diese Demonstration, dass sich diese Plastizität der Umgebung so gut, perfekt will ich jetzt nicht sagen, aber doch teilweise wirklich sehr beeindruckend, bei manchen Aufnahmen, man hat wirklich das Gefühl, da ist jetzt was hinter mir und so. Also auch so dieses dreidimensionale, also wie ist das eigentlich so mit vorne hinten, das ergibt sich quasi auch aus der Ohrform. Das Ohr ist ja quasi auch vorne hinten asymmetrisch, nicht nur oben unten.

Stefan Brill

Ja, das gibt sich ausschließlich auch aus der Ohrform und natürlich aus der, sagen wir mal, spektralen Zusammensetzung des Signals. Andere Möglichkeiten an diese vorne-hinten Informationen ranzukommen, haben wir nicht. Aber da gibt es auch vergleichsweise viel Verwechslung. Wenn man also jetzt ein naives Experiment in einem schalltoten Raum macht und sich denkt, das muss doch ganz einfach sein vorne und hinten, da kommt man manchmal drauf, dass es eben doch nicht so leicht ist. Wir benutzen also, in dem wie wir im Alltag herumlaufen, benutzen wir natürlich noch eine Menge andere Informationen, die zum Beispiel auf Reflektionen in Räumen beruhen. Dass wir also jetzt solche Dinge auch noch können. Das ist ja auch noch etwas, was wiederum eine ganz besondere Leistung unseres Gehörs ist, dass wir Sprache verstehen können, obwohl jetzt die Schallquelle, sprich der andere Sprecher, dem wir zuhören wollen, nicht nur auf direktem Schallwege zu hören ist. Da kommt es zwar mit höchster Intensität und am schnellsten an. Aber so eine Sprache wird ja auch noch zigmal überall wieder an den Wänden reflektiert und das kann man auch sogar sehr schön grafisch darstellen, wenn man sich das mal aufzeichnet oder anzeigen lässt in einem technischen System, wie denn so ein schneller Klick in einem relativ halligen Raum dann ausschaut. Da sieht man also also tausend nachklingende Nachklicks. Und das überlagert sich natürlich dem ersten Signal. Und wenn es dann zum Beispiel um Sprache geht und wir diese ganzen reflektierten Anteile, etwas geschwächten Anteile, die alle noch zeitverzögert hinterherkommen, auch noch mit drauf rechnet, muss man sich eigentlich wundern, dass das überhaupt geht, dass wir das überhaupt können.

Tim Pritlove

Ich meine, irgendwann ist dann auch Schluss. Also wenn man jetzt auch einen Podcast aufnimmt und man sitzt in so einer nackten Küche, Dann ist es natürlich auch irgendwann nicht mehr zu verstehen, oder beziehungsweise wird es dann für Einzelne immer schwerer, da noch die Sprecher auseinanderzuhalten oder gleichzeitig Gesprochenes noch auseinandernehmen zu können. Aber es geht halt relativ relativ weit. Auf der anderen Seite ist es ja auch so, wenn die Informationen des Echoes nicht vorhanden sind, kommt man ja auch nicht mehr klar. Zum Beispiel in so dedizierten Turnstudios. Also wo so insbesondere Aufnahmen gemacht werden für so Special Effects, also wo man so wirklich einfach so die nackte Soundinformation braucht, weil gemixt und beechoet und beraumt wird es dann quasi danach in dem Bearbeitungsprozess. Also muss man da alles möglichst trocken aufnehmen und dann ist das Ding einfach voll mit schallschluckendem Material. Und das ist dann so extrem, dass wenn man da reingeht, dass man sich sofort unwohl fühlt. Was, was löst das denn, also wodurch wird das denn eigentlich ausgelöst? Also es ist quasi dieses, das Echo, also so würde ich das jetzt mal interpretieren, verdeutlicht einem, wo man ist und die Abwesenheit von Schall nimmt einem auch Orientierung.

Stefan Brill

Ja, also ich kann das, warum man da so ein Unwohlsein hat, kann ich nicht beantworten. Ich kann nur sagen, dass es mir inzwischen nicht mehr so geht. Also wir haben bei uns einen sehr guten schalltoten Raum unten im Keller, den wir halt auch für so Lokalisationsexperimente zum Beispiel mit unseren Patienten, um rauszufinden, ob die Schallrichtungen erhöhen können, benutzen. Und der Raum ist für das, was man so im Durchschnitt an Kliniken zur Verfügung hat, ist er außerordentlich gut. Also ich bin sehr glücklich über diese Möglichkeit. Und in der Anfangszeit, als ich da reinkomme, da hatte ich auch noch dieses seltsame bedrückende Gefühl. Und ich beobachte das auch immer wieder bei jetzt insbesondere bei Normalhörern, also Studenten oder irgendwie Leute, die man mal so reinführt. Die haben auch dieses Unwohlsein. Bei mir ist das vollkommen weg.

Tim Pritlove

Gewöhnungsfaktor.

Stefan Brill

Wahrscheinlich ein Gewöhnungsfaktor. Ich hab da auch nicht ansatzweise mehr Probleme. Das hört sich halt einfach so ein bisschen anders an, aber dieses Unwohlsein ist bei mir vollständig verschwunden. Ich weiß nicht so richtig, woran das liegt. Also weder wo das Unwohlsein herkommt, noch...

Tim Pritlove

Ich meine, man berührt sich jetzt an alles. Ich meine, auch so die natürlichen Lebensumgebungen sind da ja auch sehr unterschiedlich. Ich meine, wenn man jetzt so im Amazonus lebt, wo die ganze Zeit ein höllen, ein akustisches Höllengewitter über einen einbricht von tausend Tieren und haste nicht gesehen und Bäumen und Büschen versus Leben in der Wüste, Ja, wo, weiß nicht, wie gut der Sand mag noch ganz gute Reflektionsfläche darstellen, aber das ist jetzt in der Regel ja nicht so viel da, was jetzt groß wiederheilen könnte. Wahrscheinlich alles nur eine Frage der Gewöhnung. Trotz alledem, also das, was ich damit nur sagen wollte, ist ganz offensichtlich ist diese permanente Wahrnehmung von Echo auch Teil unserer Selbstwahrnehmung und wird auch die ganze Zeit dekodiert.

Stefan Brill

Ja, das ist so. Was man natürlich jetzt auch nochmal auf diesen schalltoten Raum zurückzukommen. Im Idealfall ist ein schalltoter Raum natürlich identisch mit völligen akustischen Vakuumen. Natürlich befinden wir uns in Luft, aber das Beispiel, was du gerade gesagt hast mit der Wüste ist ja eigentlich schon, wenn wir jetzt keine Windgeräusche oder solche Dinge haben, dann ist das ja, akustisch gesehen, fast identisch mit einem schalltoten Raum. Alles, was wir an Geräuschen selber abgeben, das läuft einfach weg, kommt nie wieder zurück. Und das ist ja eigentlich das, was ein schalltoter Raum machen soll. Es gibt auch aus den Frühzeiten noch so alte Bilder von Experimenten, ich glaube, das war so in 20er, vielleicht 30er Jahren, wo man noch nicht einen schalltoten Raum gebaut hat, sondern für Hörexperimente haben sich die Leute irgendwie so auf so eine Dachspitze gesetzt. Die haben dann so einen ganz wackeligen Stuhl irgendwie auf so einer Drahtkonstruktion auf dem Dach gehabt. Und dann saß da oben der Proband wirklich frei in der Luft und wurde irgendwo von einem einzelnen Lautsprecher, den man da so mit so einem Arm rumbewegen konnte, beschallt. Ja, das war also damals der schalltote Raum.

Tim Pritlove

In der Mangelung der entsprechenden Materialien. Ist ja auch der totale Hightech. Also hier auch so im Studio, so dieses Basotec da, ist ja eine totale Revolution, was das schluckt. So, jetzt sind wir viel um den Kopf herumgekrochen und haben zur Kenntnis genommen, wie der Schall jetzt ankommt. Jetzt muss er aber doch irgendwie rein in den Kopf. Also er findet halt irgendwie seinen Weg in das Loch. Das Loch heißt wie? Das ist der...

Stefan Brill

Das ist erstmal der Gehörgang.

Tim Pritlove

Das ist der Gehörgang. Da geht es ja auch tief rein. 2 cm, 2,5 cm. Man schickt ab und zu mal so einen kleinen Wattestab hinterher, merkt aber auch schon, dass ist da alles sehr fragil und mehr zustechen sollte man jetzt nicht.

Stefan Brill

Ja, das mit dem Wattestab ist sowieso keine so gute Idee, weil das Ohrenschmalz, was man da üblicherweise entfernen will, das bringt man manchmal gerade dadurch noch tiefer rein und stampft das sozusagen fest. Also das ist nicht unbedingt das Beste. Eigentlich hat das Ohr ganz ganz gute Selbstreinigungseigenschaften. Das hat also in der in der Hautauskleidung des Gehörgangs ist das so, dass zumindest über langfristige Zeiträume hinaus die obersten Hotsche Schichten sich so raus bewegen und alles raustransportieren unter anderem auch wenn man da eine Narbe hat die wächst sozusagen nach außen raus und Und...

Tim Pritlove

Mit welcher Geschwindigkeit?

Stefan Brill

Oh, das weiß ich nicht. Langsam. Naja, klar, das weiß ich nicht. Aber ich kann das nicht sagen.

Tim Pritlove

Keine Ahnung. Pi mal Daumen, also... In einem Jahr ist alles so rausgewachsen, was drin war? Oder schneller?

Stefan Brill

Ich will mich nicht so richtig aus dem Fenster legen. Also wenn ich schätzen dürfte, dann würde ich sagen, das ist höchstens so Nagelwachstumsgeschwindigkeit. Ja, das ist ja schon recht schnell eigentlich. Aber da will ich nicht sagen, was mir man nennt. sagen was mir meine Ärztekollege dann später immer vorhalten.

Tim Pritlove

Aber trotzdem interessant, also es gibt also quasi so auch so einen automatischen Reinigungsprozess.

Stefan Brill

Ja und eigentlich ist das auch so gedacht, dass das Ohrenschmalz so trocknen soll und dann rauskrümelt.

Tim Pritlove

Warum ist denn das da überhaupt drin?

Stefan Brill

Ja also das hat... Bitterstoffe die drin sind die sind für Insekten nicht so schön deswegen finden sich da relativ selten mal Viecher drin wäre ja sonst eigentlich schön schön warm 37 grad und reinkriechen und so und unter anderem sind in diesem oren schmalz dinge drin die nicht so Angenehm sind für Insekten vier heißt nicht dass das nicht doch hin und wieder mal passiert Das ist aber eine von vermutlich unendlich vielen Funktionen, die das hat. Es gibt auch noch die Theorie, dass das sogar Bakterizid sei, aber auch da, das ist vielleicht doch ein bisschen zu nah an der Medizin wieder dran. Da möchte ich mich auch nicht allzu sehr aus dem Fenster legen.

Tim Pritlove

Okay, aber es hat sozusagen seinen Sinn und es geht schon im Wesentlichen darum, diesen Gehörgang als solchen zu schützen, dass er nicht von irgendetwas anderem als Behausung genutzt wird oder als Einfallstor für andere Gefahren. Infektionen. Und das funktioniert ja an sich auch ganz gut. Wobei es gibt ja auch schon so Entzündungssachen, was nicht so Mitteleuroentzündung, ich will es hier auch nicht so sehr medizinisch abgleiten.

Stefan Brill

Ja, Mitteleuroentzündung, das ist nochmal was anderes. Aber das findet woanders statt. Das findet woanders statt und zwar hinter dem Trommelfell.

Tim Pritlove

Und das Trommelfell wäre dann eigentlich das nächste, was auf Okay, also dieser Gehörgang, da der schmalz ausgekleidete Anti-Ameisentunnel sozusagen, der endet am Trommelfell. Was wahrscheinlich... Ganz praktisch so benannt ist, weil es eben genau an ein solches auch erinnert.

Stefan Brill

Ja, es ist nicht ganz so. Man findet das in Darstellungen öfter mal so, als wäre das so eine gespannte, glatte Membran, wie wirklich das von einer Trommel. Das stimmt aber nicht. In Wirklichkeit ist das trichterförmig. Nach innen geht es also rein. Also man muss sich das eher so vorstellen, wie vielleicht eine Lautsprechermembran, die so nach innen gewölbt ist. Und das hat einerseits eine mechanische Eigenschaft, das ist in sich etwas stabiler. Und es ist so, dass das Trommelfell so ein bisschen durchsichtig ist, wenn man von außen rein guckt, als Mediziner mit einem entsprechenden Instrument. Dann kann man auch so ein bisschen da durchgucken und sieht so ein bisschen so durchscheinend, sieht man die Strukturen, die hinter dem Trommelfell liegen. Hinter dem Trommelfeld haben wir dann das Mittelohr. Und das auffälligste, was man jetzt von außen auf dem Trommelfeld sieht, ist der Griff des Hammers. Der Hammer ist das erste von den drei Gehörknöcheln, die dann dahinter kommen. Und der Hammergriff, der klebt sozusagen etwas mehr als über den Radius des Trommelfelds klebt der innen dran. Wenn man das von außen sieht, wenn man auf ein rechtes Ohr, ein rechtes Trommelfell von außen drauf guckt, dann sieht man innen drin den Hammergriff, dran kleben und der steht so etwa auf einem 11-Uhr-Winkel, ist also sozusagen nach vorne geneigt bei einem rechten Ohr. Beim linken Ohr ist es natürlich symmetrisch anders. Und das schwingende Trommelfell, was jetzt ja mit den Schallwellen, die von außen einfangen, mit schwingt, das setzt dann auch den Hammer in Bewegung, der wiederum mit einem Gelenk verbunden ist mit dem Amboss und der wiederum mit einem kleinen Gelenk verbunden ist mit dem Steigbügel. Und hinter dem Steigbügel geht es dann ins Innenohr rein.

Tim Pritlove

Das heißt, das Prinzip der Schallwandlung wird im Prinzip genau durch diese Knöchelchen umgesetzt. Also das Trommelfell nimmt den Schall auf, schwingt also mit der Luft, wird durch die Luft angeregt und bewegt dadurch den Hammer, der dann wiederum den Ambus bewegt und den Stapel oder den Steigbügel bewegt.

Stefan Brill

Also das Mittelohr, vielleicht sollten wir erstmal kurz plausibel machen, wie das ungefähr aussieht, das Mittelohr. Also das Mittelohr ist eine Höhlung im Knochen, die hinter dem Trommelfell sitzt. Und die nicht allzu sehr in die Tiefe geht. Wenn man also auf die gegenüberliegende Seite hinter dem Trommelfell drauf schaut, die ist ziemlich nah. Das ist gerade mal so zweieinhalb Millimeter ungefähr weg. Da kommt so eine Knochenwölbung hervor. Dahinter sitzt nämlich schon das Innenohr. Diese Knochenwölbung sitzt also relativ nah am Trommelfell dran und es geht dann aber Aber nach hinten oben wird es größer und weiter und nach vorne unten geht es in die eustachische Röhre, in die Ohrtrompete. Diese Ohrtrompete steht in Verbindung mit unserem Nasen-Rachen-Raum, da ist also eine Öffnung dahin. Die ist aber normalerweise geschlossen. Das dient zum Druckausgleich. Und wir können uns ja jetzt vorstellen, dass so ein Trommelfell nicht nur Schallwellen aufnimmt und schwingt, sondern es gibt ja auch einen statischen Druck. Wenn das Trommelfell sozusagen in seiner Ruheposition sein soll, dann muss der statische Druck zwischen Außenwelt und Innenwelt gleich sein, sonst ist es erstmal grundsätzlich vorgewölbt, ein oder auswärtsgewölbt. Das heißt also, das System muss in der Lage sein, zwischen dem Außen- und dem Innendruck einen Ausgleich herzustellen. Auf der anderen Seite ist es natürlich auch wieder Quatsch, einfach eine permanente Dauerverbindung dort zu machen, weil dann hätte der Schall ja sozusagen, jetzt mal ganz salopp gesprochen, einen einfacheren Weg, als das Trommelfell in Schwingung zu setzen, dann würde es einfach den Umweg nehmen und einfach da durchlaufen.

Tim Pritlove

Das heißt, deswegen gibt es diese Ohrtrumpete, die aber zu ist, aber bei Bedarf sich öffnen kann. Und das ist so dieser Flugzeugtrick, wenn man im Flugzeug sitzt und man startet und der Luftdruck ändert sich. Gut, es gibt halt so diesen scheinbaren Luftdruck innerhalb des Flugzeugs, also auch ein Flugzeug steht ja unter Überdruck, sonst hätte man dann noch ganz andere Probleme, trotz alledem nimmt der gesamte Luftdruck ab und dadurch entsteht dieser Druck auf dem Ohr, den man dann wiederum korrigieren kann mit Nasensohr.

Stefan Brill

Genau.

Tim Pritlove

Das heißt, wenn ich so diese Luft in mich selber reindrücke, dann drücke ich quasi die Ohrtrompete auf?

Stefan Brill

Ja, eigentlich ist es so, die Ohrtrompete geht noch ein Stückchen durch den Knochen durch und wird dann Richtung Nasenrachenraum. Wird sie knorpelig und wir haben da so einen gefalteten Knorpel, der so ein kleines Kanälechen enthält und da sind so mehrere Muskeln dran und beim Schlucken oder beim Gehen werden die aufgezogen. Dann entfaltet sich das so ein bisschen, dann geht so ein kurzer kleiner Kanal auf und dann kann es dort zum Luftausgleich kommen.

Tim Pritlove

Also wenn man nicht diesen Luft-Reinblasentrick nimmt, hilft auch einfach mal Gehen, Schlucken.

Stefan Brill

Gähnen oder schlucken. Also wenn man so schreiende Babys im Flugzeug hat, die müssten wir eigentlich dazu bringen, dass sie ständig schlucken. Also denen irgendwie Bonbons zum Lutschen geben, dass sie ständig ordentlich weich sind. Also bei mir ist Gähnen das Mittel der Wahl.

Tim Pritlove

Aber ist jetzt auch nicht Schlimmes dran, wenn man jetzt diesen Luftreindrück-Trick macht?

Stefan Brill

Nein, ist nicht Schlimmes dran. Das geht auch mal. Man sollte das nur nicht mit so viel Druck machen, dass man jetzt einen Überdruck gegenüber der Außenwelt erzeugt. Dann holt man das Trommelfell gleich mit draußen. Ja und wenn man so richtig ordentlich Druck aufbaut, kann man auch schon mal das Trommelfell zum Reißen bringen. Das ist dann gar nicht so schön.

Tim Pritlove

Ja das geplatzte Trommelfell, das ist ja schon so ein bisschen, benutzt man immer gerne diesen Ausdruck, wie viel hält das aus? Also wie sehr in Gefahr ist so? Also ich meine, sind so geplatzte Trommelfälle, ist das sowieso ein gängiges Ding?

Stefan Brill

Ja, das ist schon ein gängiges Ding. Also ein typischer Fall für ein geplatztes Trommelfell ist zum Beispiel eine Ohrfeige. Also wenn Eltern mal ordentlich ausholen und ihren Kindern eine Ohrfeige geben, dann kann es sein, dass die im Gehörgang kurzfristig so viel Luftdruck aufbauen durch die auftreffende Hand, dass das Trommelfell nach innen einreißt. Oder natürlich auch ein harter mechanischer Ruck sozusagen. Wenn ich also sehr stark ziehe, dann ziehe ich sozusagen auch die ganze Wand so ein bisschen mit. Aber soweit ich das weiß, ist es im Wesentlichen ein schlagartig-plötzlicher Schalldruck, den man von außen auf das Trommelfeld draufbringt. Und das kann dann sein, dass man das zu einer Rupatur bringt.

Tim Pritlove

Repariert sich das?

Stefan Brill

Ja, je nachdem, ja das repariert sich. Je nachdem wie groß das ist, muss man unter Umständen mal ein bisschen nachhelfen. Das kann, kann man zum Beispiel dadurch, also das ist so richtig der, der Alltagsbetrieb an den HNO-Kliniken. Also da kommen täglich mehr, möchte ich mal fast sagen, Patienten rein, denen aus irgendwelchen Gründen sowas passiert ist. Und was die Ärzte dann machen, die schienen das und nennen die das, so wie ein Knochen. In Wirklichkeit ist das so, dass man ein dünnes Plättchen aus zum Beispiel ganz feinem dünnen Folienmaterial auf das Trommelfell auflegt, das Trommelfell soweit es noch besteht sozusagen daran anlegt und dann wächst das schon wieder zusammen. Das ist also ganz normal, dass das Trommelfell wieder zusammenwächst, wenn die Verletzung nicht zu groß ist. Man muss ja auch manchmal, Gerade bei Kindern ist das relativ häufig, dass die sich so eine Mittelohrentzündung zuziehen. Das ist so in Fällen, wenn das Wachstum mal so Phasen hat, wo die eine Sache schon ein bisschen größer als die andere. Ja, Schmerzen und so. Da kann das also mal sein, dass die Ohrtrompete, dass die österreichische Röhre nicht so ohne Weiteres aufgeht oder auch zum Beispiel permanent aufbleibt. Und dann ist es so, dass wenn man jetzt eine Infektion hat, die sich da ins Trommelfell hoch bewegt, dass dann das nicht mehr sauber rausgeräumt wird durch den Ausgang in die Ohrtrompete. Und wenn man da eine Entzündung drin sitzen hat, dann muss man manchmal so einen kleinen Schnitt ins Trommelfell machen, damit der ganze Eiter und Entzündung rausläuft. Und manchmal setze mal so einen kleinen Stöpsel ein, der das sogar noch aufhält, so ein Röhrchen, damit da also Belüftung da ist und irgendwann halt das Trommelfell wieder zu und das Röhrchen dieses mini Also jetzt so ein Millimeter großes Ding das fällt dann raus und dann ist das Trommelfell wieder in Ordnung was wirklich ernst ist ist sozusagen nach hinten oben im Mittelohr dieses diese Dachwölbung könnte man das sagen da wo das Gelenk zwischen Hammer und Amboss drin sitzen da ist nicht Schluss Also es wird immer so dargestellt, als wäre da jetzt Ende. In Wirklichkeit kommen da aber noch eine ganze Reihe von Schleimhaut ausgekleideten Zellen in dem Knochen dahinter, kommen da noch und wenn da mal eine Entzündung da drauf überspringt und sich da in diese Höhlungen pneumatisiert, es sind pneumatisierte Knochen, so nennt man das, hat also so Lufthöhlungen drin. Wenn da mal eine Entzündung reinkommt, dann kann es wirklich ernst werden, dann kann es lebensbedrohlich werden und dann muss man da auch operativ ran und muss das aufmachen und da diese ganze Entzündung ausräumen. Das ist jetzt nicht so wahnsinnig häufig, aber das kann schon auch mal ernst sein.

Tim Pritlove

Also auf jeden Fall ein kritischer Bereich, der sich gut schützen muss, aber das eben so bei Design auch schon ganz gut macht. Also mit dieser Trommelfel ist ja an sich schon mal ein Abschluss und dann diese Ohrtrompete, die eben ja mit diesen sich normalerweise gut zusammendrückenden Knorpeln da eigentlich dicht macht, aber eben bei Bedarf auch mal aufmachen kann, um eben diesen Überdruck abzuleiten. Oder Unterdruck. Kompliziert, kompliziert. Aber schon interessant, dass das letztlich aber auch nur so ein mechanischer Vorgang ist. Also das da Luft kommt an, drückt Knöchelchen gegen Knöchelchen, das gegen Knüchelchen druckt und das ist ja dann also Hammer, Ambus, Steig, Bügel, was...

Stefan Brill

Dann? Ja, wir sollten vielleicht die Aufgabe, die das hat, mal kurz anreißen. Das Trommelfell wird ja durch Luft bewegt. Und der Schall muss in Flüssigkeit rein, ins Innenohr. Das Innenohr ist flüssigkeitsgefüllt. Wir müssen jetzt also aus einem akustisch weichen Medium, Luft, in ein akustisch viel härteres Medium, Wasser, müssen wir die Schallwelle reinbringen. Normalerweise bei solchen Grenzübergängen wird es reflektiert. Diese Reflektion hat man ja an all möglichen Übergängen. Also wenn ich an einem See stehe und ich spreche auf die Wasseroberfläche drauf, der Taucher da drin hört das nicht. Und zwar weil einfach die Schallenergie an dieser harten Grenzfläche reflektiert wird. Diese Art von Reflektion gibt es ja auch bei optischen Grenzübergängen. Unterschiedlich dichte optische Medien, auch wieder Luft, Glas, Luft, Wasser. Da gibt es also diese Reflexionseffekte. Gibt es natürlich elektrisch auch, wenn man also eine elektrische Leitung hat, sagen wir mal, ein Koaxialkabel oder so und man schickt da ein Hochfrequenzsignal drüber und man hat an einer Stelle, weckelt man auf einmal auf ein anderes Kabel mit anderen Eigenschaften. Da wird ein Teil der da rein laufenden elektrischen Energie wird reflektiert, geht gar nicht in das andere rein. Technisch gesehen ist das ein Unterschied in der Impedanz, also sozusagen ein Unterschied im, ganz elektrotechnisch komplexen Widerstand, komplex im Sinne von mathematisch komplexer Zahl. Aber das wird ja jetzt als komplexe Widerstände mathematisch beschrieben. Und das Problem haben wir hier auch. Wir haben also das Problem, dass wir aus Luftschall, Flüssigkeitsschall machen müssen und dass eigentlich das alles ganz gerne reflektiert würde. Wie kriegen wir aber jetzt, wir wollen ja möglichst viel höher an, es ist ja evolutionär notwendig gewesen, möglichst schallempfindlich zu sein. Alle die, die was gehört haben, haben überlebt. Alle die nichts gehört haben, wurden gefressen oder haben die Warnrufe nicht gehört oder so was. Und jetzt muss man also dafür sorgen, dass dieser akustisch weiche Schall, das ist jetzt sehr naiv beschrieben, in ein hartes Medium übertragen wird. Und das ist die Aufgabe vom Mittelohr. Wir haben jetzt eine große Empfangsfläche, das Trommelfell, im Vergleich zu einer kleinen Fläche, die in die Flüssigkeit reingeht. Wir haben also die Gehörknöchelchen, die die Schallschwingungen des Trommelfells aufnehmen und weiterleiten. Und das letzte Gehörknöchelchen, der Steigbügel, der hat so eine ovale Platte, mit der er sozusagen in die Flüssigkeit hineinpumpt. Aber die Fläche dieser ovalen Platte ist viel, viel kleiner, als die Fläche des Trommelfels. Das ist im Prinzip sowas wie Hydraulik. Ich will mit wenig Kraft, aber großer Fläche und großer Auslenkung, kann ich viel Kraft, aber kleine Auslenkung auf eine kleine Fläche bringen. Also das Getriebe-Prinzip oder das Transformator-Prinzip ist das immer. Ich habe hohe Spannung, wenig Strom, übersetze ich in viel Strom, aber wenig Spannung der Transformator. Oder ich habe eine hohe Rotationsgeschwindigkeit mit wenig Kraft, schnell laufender Motor, wird durch ein Getriebe transformiert auf langsam drehend aber viel Kraft das Rad. Das Getriebe im Auto beispielsweise. Oder ein klassisches Beispiel auch Hydraulik. Ich habe irgendwie so ein geschlossenes Ölvolumen und ich pumpe an einer Stelle rein mit einem kleinen Durchmesser mit einem Kolben, den ich aber dann viel bewegen muss. Ich schiebe also ein bestimmtes Volumen rein und an der anderen Stelle habe ich einen großen Kolben, der wird durch dasselbe Volumen rausgedrückt. Aber weil er groß ist, kriege ich mit dem selben Druck viel mehr Kraft drauf. Das ist das selbe Prinzip hier. Ich habe also hier eine große Fläche, die relativ groß schwingt, übersetzt durch das Mittelohr auf eine kleine Fläche, die wenig schwingt und das ist die Impedanzwandlung. Ich kriege also aus einem akustisch weichen Medium viel Energie in das akustisch harte Medium Flüssigkeit.

Tim Pritlove

Also kurz gesagt durch eine verhältnismäßig große Auftreffläche der Luft wird das Ganze mechanisch so umgesetzt, dass man mit einem relativ kleinen Stoß in die Flüssigkeit diese Frequenz übersetzt bekommt und dadurch, dass man diese Aufschlagsfläche am Steigbügel so klein vorfindet, bleibt die Gesamtenergie erhalten?

Stefan Brill

Gehen sehr große Teile, das meiste der akustischen Energie wird eben nicht wieder rausreflektiert, sondern geht dann tatsächlich ins Innenohr rein, so wie wir das haben wollen, wenn wir möglichst gut hören wollen.

Tim Pritlove

Wer hat das jetzt ausgedacht?

Stefan Brill

Ja, da gibt es zwei Stufen. Die erste Stufe, das haben sich schon die Reptilien ausgedacht. Die haben nur den Steigbügel. Das habe ich mal in Chicago gesehen. In Chicago gibt es ein großes naturwissenschaftliches Museum, Fields Museum und die haben da ein Tyrannosaurus Rex. Ein komplettes, vollständiges Skelett von einem Tyrannosaurus Rex rumstehen. Das ist also wirklich toll. Sollte man sich wirklich mal angucken, ist auf so Stahlträgern so aufgebaut. Man sieht eigentlich gar nicht, dass das getragen wird. Wirklich, ich meine, es ist ein versteinertes Skelett, also wirklich Stein, was die da aufgestellt haben. Und der Kopf war aber so schwer, dass das nicht geklappt hat. Den haben sie separat rausgelagert und haben den Kopf aber nachgegossen in, ich weiß nicht, irgendwie Kunststoff oder so. Und dann haben die beim Präparieren, ist wohl irgendjemand dabei gewesen, als der rauspräpariert wurde aus dem Stein und hat so eine kleine Struktur gefunden. Und das ist die Kolumella. Das ist das, was bei den Reptilien, also sprich Dinosauriern und Vögeln, der Steigbügel war. Das ist nur ein einziger Knochen. Bei denen, also bei unseren großen Vettern, der andere große Zweig der Landseu der Nabeltiere sozusagen. Die haben wir eine gemeinsame Erfindung mit denen und zwar die, dass wir nicht mehr im Wasser leichen müssen. Also die Amphibien, die haben ja ihre, die Bravani immer noch auf Wasser angewiesen, wenn sie sich fortpflanzen wollten. Und unsere gemeinsamen Vorfahren haben die grandiose Erfindung gemacht, dass wir unser Fruchtwasser mitnehmen können. Und dass wir deswegen auch wirklich aufs trockene konnten.

Tim Pritlove

Also wirklich weit weg.

Stefan Brill

Und die einen haben das gemacht, indem sie das Fruchtwasser in ein Ei gepackt haben. Und da drin fand die Geburt statt. Und wir haben das gemacht, indem wir es einfach in unseren Körper reingemacht haben. Und das war aber eine sehr, sehr wesentliche Erfindung im Werdegang der Landtiere gewesen, dass wir so ein Stückchen Wasser mitgenommen haben, beide auf eine unterschiedliche Art und Weise. Und die ganze Zweig Reptilien, die haben eben nur den Steigbügel. Und da ist eine direkte Stegverbindung zwischen dem Trommelfell und der Fußplatte von dem Steigbügel. Aber da ist dieses große Fläche auf kleine Fläche Prinzip schon drin verwirklicht. Und erst der andere Zweig, die Säugetiere, die haben diese beiden zusätzlichen Knöchelchen noch. Und da kommt jetzt noch ein zusätzlicher Effekt, nämlich ein Hebel dazu. Der Hebel vom Hammer, das hatte ich ja vorher gesagt, der Hammer hat ja seinen Hammergriff, der klebt sozusagen innen am Trommelfeld dran. Der Hebel ist länger als der Hebel vom Steigbügel, äh, Entschuldigung, vom Amboss, der auf den Steigbügel drückt. Das kommt also auch noch mal noch ein zusätzlicher Effekt hinzu, dass wir auch noch so eine Hebelübersetzungsgeschichte haben.

Tim Pritlove

Also quasi so ein Verstärker.

Stefan Brill

Könnte man sagen, aber das ist im Prinzip auch noch mal dieses Getriebe-Prinzip. Kleines Zahnrad, großes Zahnrad. Genau, langer Hebel, viel Auslenkung, geht auf kurzen Hebel, wenig Auslenkung, aber dann mehr Kraft. Und was entwicklungsgeschichtlich wirklich eine faszinierende Sache ist, dass dieses Gelenk zwischen Hammer und Ambos, das war bei unseren gemeinsamen Vorfahren, also unseren Säugetier- und Dinosauriervögel-Reptilien-Vorfahren, die gemeinsame Vorfahren, bei denen war das, und bei denen davor natürlich erst recht, also bis zu den Fischen zurück, war das eigentlich das Kiefergelenk. Und das Kiefergelenk ist sozusagen nach und nach nach hinten gewandert. Ursprünglich bestand der Kiefer aus zwei Knochen vorne und der vorderen Zahnteil und dem Os. Quadratum oben und Os, ich glaube Articulum unten. Und die beiden waren sozusagen verwachsen mit dem Oberkiefer und dem Unterkiefer und hatten dieses Gelenk. Und die haben sich nach und nach nach hinten verlagert, sind kleiner und kleiner geworden, haben sich dann sozusagen, den Stapes hat es gewissermaßen schon immer gegeben, ist jetzt sehr salopp, aber. Und die haben sich sozusagen nach hinten verlagert und sind in der ganzen Säugetierwelt, sind die zu Hammer und Ambos geworden. Ambos ist früher der obere Teil, Hammer ist der untere Teil gewesen. Und der vordere Teil der beiden Knochen oben und unten, was ursprünglich nur der Zahnteil ist, der ist nach hinten immer größer und größer geworden und hat dann irgendwann die Gelenkfunktion mit übernommen. Also wenn man diese ganzen Änderungen, also wir reden jetzt noch von der Zeit, wo das auseinandergelaufen ist, Vor Dinozaue, also Erzeitalter Perm, vor Mesozoicum. Da ist das sozusagen auseinandergelaufen und wir haben...

Tim Pritlove

Konnten denn die Fische damit auch schon... Also war da auch schon eine Hörfähigkeit mit verbunden?

Stefan Brill

Ich kann nicht beantworten, ob die Fische eine Kolumela hatten. Nee, hatten die nicht. Hatten sie nicht.

Tim Pritlove

Das heißt, sie konnten gar nicht hören?

Stefan Brill

Doch, die konnten schon. Also die hatten Vibrations... Die haben vor allen Dingen ein Gleichgewichtssystem gehabt. Die haben vor allen Dingen ein Gleichgewichtssystem, aber die haben auch schon Vibrationswahrnehmungsfähigkeit.

Tim Pritlove

Gehabt.

Stefan Brill

Hören im strengen Sinn würde ich das jetzt nicht nennen, weil ein Teil des Gleichgewichtsorgans der Fische ist dann erst zum Hörteil geworden. Also das Gleichgewichtsorgan war eigentlich früher da, nämlich bei den Fischen schon.

Tim Pritlove

Da kommen wir gleich drauf.

Stefan Brill

Eigentlich sind wir schon mitten drin. Also wenn ich mal so ein dreidimensional lebendes Tier habe, wie so ein Fisch. Also der kann vor, zurück, weg, hin.

Tim Pritlove

Okay. Also... Der Tyrannosaurus hatte im Prinzip schon so eine ähnliche Hörgeschichte, war bloß nicht so fein ausgeformt wie bei den Säugetieren, bei denen immer jetzt dieser Hammerambus zu finden ist. Also das ist quasi, was alle Säugetiere vereint, so hören, funktioniert so. Dann aber in unterschiedlichen Ausprägungen. Was sind denn so die besten Hörer in der Tierwelt, in der Säugetierwelt? Wer hört denn am besten? kann man das sagen?

Stefan Brill

Im Prinzip muss man das frequenzspezifisch angehen.

Tim Pritlove

Ja gut, aber ich weiß nicht, da fällt dir jetzt gerade mal ein Beispiel ein für irgendwas. Meine Hunde hören ja zum Beispiel deutlich besser als wir.

Stefan Brill

Ja, die hören vor allen Dingen zu höheren Frequenzen hin. Die haben also einen Frequenzbereich, den wir nicht hören können.

Tim Pritlove

Aber bei denen ist jetzt konzeptionell nichts grundsätzlich anders. Ist da irgendwie jetzt in diesem mechanischen Bereich irgendwas besser ausgeprägt, wird da, noch mehr Hebel erzeugt, dass das quasi, also dass dieses feinere Hören durch das noch effizientere Transformieren von Luftschall zu Wasserschall schonmal eingeleitet wird oder ist das eher eine Frage der späteren Verarbeitung?

Stefan Brill

Das ist eigentlich eher eine Frage der Konstruktion der Hörschnecke. Wie groß und mit wie viel Nervenzellen die angelegt ist und wie die mechanisch ausgeprägt ist. Also es gibt bei uns, da sind wir jetzt noch nicht, was die Hörschnecke angeht. Vielleicht sollten wir die anderen Sachen erst mal abhaken. Aber zum Beispiel die Anzahl der Windungen der Schnecke, die ist unterschiedlich je nach Säugetierart.

Tim Pritlove

Ich wollte jetzt nur mal festhalten, ob es sozusagen dann noch mal grundsätzliche mechanische Unterschiede gibt, aber das ist dem scheint nicht so zu sein.

Stefan Brill

Nein, das ist prinzipiell nicht so.

Tim Pritlove

Wo kommt denn jetzt dieses Gleichgewicht ins Spiel? Also dass unser Gleichgewichtsinn dort angesiedelt ist, das ist mir wohl auch bewusst, aber ich wüsste jetzt ehrlich gesagt noch nicht so genau wo eigentlich.

Stefan Brill

Ja, also gehen wir erstmal von der Notwendigkeit aus, was man braucht. Gehen wir mal vom Fisch aus. Fisch kann sich dreidimensional bewegen oder befindet sich in einem dreidimensionalen Raum, in dem er sich prinzipiell bewegen kann. Der kann vor zurück, seitwärts und hoch und runter. Viele Säugetiere sind im Wesentlichen zweidimensional hoch und runter gibt es nicht für eine antilope die bewegt sie eigentlich in der Ebene Wir sind sozusagen zweieinhalb dimensional könnte man vielleicht mal sagen wir können bäume rauf und runter klettern wir haben einen sinn für hoch hoch und runter Aber so richtig frei in der dritten dimension sind wir eigentlich nicht das sind die vögel wieder die können rauf und runter fliegen die haben Okay, wenn man also jetzt mal von der dreidimensionalen Welt ausgeht, in der man sich orientieren und bewegen will, dann ist es sinnvoll, ein sensorisches System zu haben, was die 6 Freiheitsgrade der Bewegung im dreidimensionalen Raum messen kann. Und zwar gibt es 3 translatorische Vor-Zurück, Rechts-Links, Rauf-Runter. Das sind aber reine Verschiebebewegungen. Dann gibt es drei rotatorische Bewegungen. So um die Achse, um die Vorwärtsachse drehen, dann vorwärts kippen oder zurück, also Schaukelstuhl und rechts-links drehen. Und die Fische, die haben für diese sechs Bewegungsmodi, Mechaniker reden eben von sechs Freiheitsgraden der Bewegung, also ich habe irgendeinen Körper hier, ich bewege den irgendwie woanders hin und dann kann ich jede Positionsänderung eines Körpers im dreidimensionalen Raum kann ich aus diesen sechs Komponenten zusammensetzen. Ein bisschen vorwärts, ein bisschen seitwärts, ein bisschen rauf, aber dann um so viel Winkel darüber, darüber, darüber gedreht. Dafür ein Sinnesorgan zu haben, wäre eine schlaue Sache und die Fische haben das entwickelt. Die Fische haben deswegen diese drei Bogengänge. Das sind drei Höhlungen mit flüssigkeitsgefüllte Windungen drin. Die stehen genau senkrecht zueinander. Und wenn ich jetzt einen solchen Bogengang so orientiert habe und ich drehe genau um die Mittelachse dieses Bogengangs, dann kann dieser Bogengang diese Rotationsbewegung messen, während die anderen beiden nichts messen.

Tim Pritlove

Ach so, verstehe. Das heißt, man dreht sich um die eine Achse und man hat so ein kreisförmiges, mit Flüssigkeit gefüllten Bogengang. Gang in dem Moment, wo dann diese der der Richtung dieses Kreises entsprechende Bewegung tatsächlich stattfindet bleibt ja quasi die Flüssigkeit stehen und bewegt sich quasi nicht relativ so ein natürliches Gyroskop wo man Ja, okay das basiert natürlich auf dem Fundamentale anderen Prinzip aber also wenn ich so eine Kaffeetasse gefüllt mit Kaffee auf dem Tisch stehen habe und ich drehe die dann bleibt der Kaffee erstmal stehen Und dann gibt es eine Sensorik, die quasi merkt, dass die Flüssigkeit sich auf einmal relativ zu dem festen Teil bewegt.

Stefan Brill

So, und jetzt habe ich in der Kaffeetassenwand, habe ich irgendwie einen Sensor, der diese vorbeiströmende Flüssigkeit bemerkt. Und wenn ich die Kaffeetasse drehe, dann merkt der Sensor hier, die Flüssigkeit hier bewegt sich relativ zu mir.

Tim Pritlove

Was sind das dann so Härchen, die dann so hin und her gedrückt werden?

Stefan Brill

Ganz genau. Also es gibt dann in den Borgengängen, da wo die zusammen laufen, die sind also an einer Stelle gemeinsam miteinander flüssigkeitsverbunden. Da gibt es in der Nähe davon, gibt es so Verdickungen. Also wie gesagt, das muss man sich jetzt vorstellen als Hohlräume, also ringförmige Hohlräume in einem sehr festen Knochen eingebettet. Diese Hohlräume sind flüssigkeitsgefüllt und ich habe an bestimmten Stellen Verdickungen, das sind die Ampullee und da drin sitzt ein Sensorium, was diese Flüssigkeitsbewegung aufzunehmen in der Lage ist. Und wenn ich jetzt eine entsprechende rotatorische Bewegung des Kopfes ausführe, dann kommen halt partiell einige von diesen Bogengängen, kommen dann halt in Bewegung und je nachdem genau wie die Drehbewegung stattfindet, halt auch mal einer, wenn es genau um dessen Achse geht, in voller Ausprägung und anderer vielleicht gar nicht. Und natürlich ist es auch so, so ähnlich wie bei der Kaffeetasse, wenn ich die drehe und drehe und drehe und einfach gleichmäßig weiter. Irgendwann geht der Kaffee schon mit, weil da ist ja Reibung zur Wand. Irgendwann ist die Flüssigkeit in Synchronisation, also dreht sich mit dem ganzen System durch. Wenn ich dann auf einmal die Kaffeetasse wieder festhalte, dann dreht sich die Flüssigkeit weiter. Das ist dieser Drehwurm. Wozu Drogen, wenn ich Drehstühle habe? Setze ich also auf den Drehstuhl und drehe mich so lange, bis alle Flüssigkeit sauber mitgehe und dann halte ich das Kind fest und das Kind findet das ganz priver, das jetzt dadurch dagegen torkelt, weil es Fehlinformation bekommt. Die Flüssigkeit rotiert innen drin weiter, ein bisschen langsam nach und nach wieder zum Stillstand kommt, ist ja auch klar. Und solange die Flüssigkeit weiter rotiert, kriege ich die falsche Information, dass ich mich noch im Raum drehe.

Tim Pritlove

Das heißt, die Fischer hatten einfach dieses Gleichgewichtsorgan schon früh ausgebildet, weil der Bedarf war absolut gegeben. Aber es war eben auch nur das. Ein Hören war in dem Sinne so nicht mit dabei. Aber dann im Schritte der Evolution hat sich dann dieser überflüssige Knochen da so in die Gegend bewegt und da noch was anderes draus gemacht.

Stefan Brill

Kann man so sagen? Es gibt einen wesentlichen Punkt, müssen wir noch dazu sagen. Diese Bogengänge sind ja, die decken ja nur drei von diesen freiheitsgradende Bewegungen ab, nämlich die drei rotatorischen. Wir haben ja auch noch die drei translatorischen vor, zurück, rechts, links, hoch, runter, ohne dass wir uns drehen. Ja. Dafür gibt es nochmal eigene, ein eigenes Sensorium.

Tim Pritlove

Aber beim Fisch nicht, oder wie?

Stefan Brill

Doch, beim Fisch schon auch. Beim Fisch gibt es zumindestens bei einigen Formen, aber da gehen jetzt meine biologischen Kenntnisse, Gehen wir aus. Da gab es auch für diese translatorische Bewegung gab es drei Sensoren.

Tim Pritlove

Ja.

Stefan Brill

Bei uns gibt es nur noch zwei. Und ohne dass ich jetzt irgendwelchen Entwicklungsbiologen da vorgreifen möchte, muss man also jemanden fragen, der sich damit richtig ausfindet. Ist es, glaube ich, so, dass aus einem dieser drei translatorischen Messsysteme unser Hörsystem geworden ist. Also wir haben sozusagen eines von den drei translatorischen aufgegeben und haben das ins Hörorgan langsam umentwickelt. Jetzt gucken wir uns erstmal die translatorischen nochmal an. Angenommen wir haben eine Fläche. Mit einem Sensorium, was Bewegung erfassen kann. Und ich klebe auf die Fläche, klebe ich eine träge Masse drauf. Bei uns ist das so eine galertartige Masse, die mit so Calcium-Kristall, Knochen-Kristall, könnte man sagen, Steinchen gefüllt ist, sogenannte Otolithen. Und wenn ich jetzt schlagartig das hochbewege, dann geht die träge Masse verzögert mit.

Tim Pritlove

Also wir reden jetzt von so einer vertikal stehenden Fläche.

Stefan Brill

Genau, wir hätten eine vertikal stehende Fläche, auf der seitlich angeordnet eine Anzahl von Sinneszellen, das sind jetzt spezialisierte Nervenzellen, drauf sitzen, die eine Verbiegung wahrnehmen können sensorisch.

Tim Pritlove

Also es ist ungefähr so, als ob ich jetzt so ein Marmeladenbrot schmiere und das senkrecht halte und dann nach oben ziehe, dann bleibt die Marmelade etwas zurück sozusagen.

Stefan Brill

Also ich habe jetzt Marmelade, die mir melden kann, dass sie verschoben wird in sich.

Tim Pritlove

Weil da auch wieder so Herrchen sind.

Stefan Brill

Genau. Und jetzt klebe ich auf die, sagen wir mal so, ich nehme mein Marmeladenbrot. Die Marmelade, die ist jetzt verschiebeempfindlich in sich. Und ich setze auf die Marmelade obendrauf von mir aus noch ein Stück Leberkäs. Und der ist jetzt schwerer als die Marmelade. Und jetzt bewege ich das Marmeladenbrot hin und her, dann geht der Leberkäs zeitverzögert mit. Weil er träger ist, weil er eine Trägermasse hat. Und das Marmeladenbrot haben wir ja jetzt so konstruiert, dass die Marmelade diese Scherbewegung wahrnehmen kann und dann kann das Marmeladenbrot die Stärke der Beschleunigung messen, weil mit einer konstanten Beschleunigung geht ja mein Lebercase immer zeitverzögert mit. Das ist ja Beschleunigung mit Kraft. Und damit habe ich einen Beschleunigungssensor konstruiert, der genau in der Ebene funktioniert, wie das Marmeladenbrot liegt. Und das kann ich jetzt senkrecht stellen oder leicht verkippt in den Raum stellen oder waagerecht stellen. Ich kann das in verschiedene Positionen sozusagen konstruieren. Im Fisch gibt es dann halt zwei solche Marmeladenbrote und die bestehen.

Tim Pritlove

Warum nicht drei?

Stefan Brill

Entschuldigung, drei gibt es bei uns gibt es zwei und die haben auch entsprechende Namen. Bei uns ist es der Utriculus und der Sacculus. Das sind also Flächen, die mit so sensorischen Neuronen gefüllt sind und das, was wir immer als Lebercase jetzt hatten, das ist eben so eine galertartige Masse, die draufklebt, die eine Trägermesse das da so... Knöchern kristalline steinchen drin sind jetzt also die träge masse Und die sensorischen zellen die da drin sitzen die können das ist jetzt das schöne beim Bei diesen bei diesen flächigen sensoren das funktioniert ja sogar für zweifache jetzt gerade ich kann das ja hoch und runter Bewegen ich kann das vor und zurück bewegen solange ich in der ebene des Wie wir es vorhin hatten marmeladenbrot bewegt muss ich nur die sensorischen Bewegung sensoren Die müssen zwei mit dem Fy-dimensional da drin angeordnet sein. Und dann brauche ich eigentlich nur zwei Flächen und kann trotzdem dreidimensionale, translatorische Bewegungen, also eigentlich nicht Bewegungen, sondern Beschleunigungen.

Tim Pritlove

Weil aus 2x2D kann man 3D machen. Ah ja, das erinnert mich an eine schöne Installation, die wir früher mal in unserer Firma hatten, wo ich gearbeitet habe, wo es darum ging, so ein Prinzip ein Globus zu steuern, also eine dreidimensionale Globus-Bewegung zu machen. Das kann man wunderbar dadurch machen, dass man einen Ball macht, an dem man an zwei verschiedenen Stellen einfach eine Maus dran klebt. Wenn man nämlich dann eine Kugel bewegt, hat man quasi zwei Stellen, an denen eine zweidimensionale Information abgegriffen wird. Und daraus kann man die gesamte dreidimensionale Bewegung errechnen. Das ist dann hier im Prinzip genau die selbe Logik.

Stefan Brill

Das ist die selbe Logik.

Tim Pritlove

Ah ja.

Stefan Brill

So, aber jetzt ist es so, dass pfiffig. Soweit ich das weiß, und ich sage das jetzt aber nur mit dem Vorbehalt, gab es bei den Fischen tatsächlich ein drittes. Das war der Limulus. Also Sarkulus, Utriculus haben die Fische, haben wir. Den Limulus, den gab es bei den Fischen noch, oder vielleicht waren es nur bestimmte Arten, aus denen wir entstanden sind. Vielleicht nicht bei allen, also überlasse ich Biologen das zu beantworten. Und dieser dritte, der hat sich nach und nach verformt und ist nach und nach spezialisiert, hat sich nach und nach spezialisiert zu einem Hörorgan. Das heißt also unsere Kochlehrer, das Innenohr ist sozusagen, wenn das denn so stimmt, wie ich das im Kopf habe, aus einem Teil des translatorischen Sensoriums der Fische entstanden, hat sich umgebildet nach und nach in einen Vibrations...

Tim Pritlove

Ja, im Prinzip auch diese galärtartige Bewegungssensorik letztlich ja eine Flüssigkeitsbewegungssensorik ist. Also genau das, was der Steigbügel durch die Umsetzung des Luftdrucks auf diese Hörschnecke gibt, wird ja dann quasi eine Bewegung, eine reale Bewegung erzeugt, die zwar sehr hoch aufgelöst ist und etwas was sich aus diesem eigentlichen wohin bewegt sich mein ganzer körpersensorik heraus entwickelt hat übernimmt dann quasi hören weil es sehr viel feiner ausgebildet ist also was sie was jetzt dann bei der hörschnecke dazu kommt damit kommen jetzt zum eigentlichen Hörorgan. Aber diese Gleichgewichtsgeschichte... Also wie muss man sich das jetzt konkret beim Menschen vorstellen? Also wir haben zwei Sensoren quasi, die fürs Gleichgewicht zuständig sind. Und Gleichgewicht heißt ja im Prinzip Gravitationsmessung.

Stefan Brill

Bei uns nicht, nee. Wir messen nicht die Gravitation damit.

Tim Pritlove

Aber die Gravitation zieht doch im Prinzip die ganze Zeit auch an diesen Härchen. Also das ist ja quasi eine immer fort... Wir fallen ja eigentlich die ganze Zeit.

Stefan Brill

Zeit. Ja, aber dann, ja das ist aber dann, weil wir ja natürlich so eine Gegenkraft haben, die das irgendwann in Ruhe lässt. Also die Gravitation ist eine ständig nach unten wirkende Kraft, stimmt natürlich, aber diese galertartigen Pakete von Trägermasse, die folgen dem halt um, was weiß ich, so und so viel Mikrometer, Verbiegung und dann ist aber Ruhe, dann ist da der Stillstand.

Tim Pritlove

Okay, die werden dann sozusagen festgehalten relativ zu diesem 1G, darauf sind sie halt geeicht quasi.

Stefan Brill

Genau. Und wenn ich jetzt dann aus diesem Ruhezustand beschleunige, indem ich zum Beispiel springe, runterfalle oder hochspringe, mich hochwärts bewege, dann tritt natürlich eine Beschleunigung auf. Also die träge Masse relativ zu ihrem eigentlichen Ruheort verschoben. Und die Nervenzellen, die diese Verschiebung messen können und ans Sensorium weiter oben weiter leiten, die melden dann natürlich diese Verschiebung. Aber es ist nicht sozusagen per se die Schwerkraft, die wir messen, sondern es ist immer ein Beschleunigungssensor, den wir da haben.

Tim Pritlove

Ja, aber die sind immer relativ zu diesem einen G ist. Das ist richtig, ja. Wie rum sind denn jetzt diese beiden Platten eigentlich ausgerichtet? Sind die in der vertikalen und horizontalen oder sind die irgendwie?

Stefan Brill

Die sind schräg verkippt. Also die sind auch die Bogengänge. Die liegen jetzt nicht waagerecht senkrecht und 90 Grad zueinander schon.

Tim Pritlove

Zueinander schon.

Stefan Brill

Aber die liegen trotzdem so schräg verkippt.

Tim Pritlove

Weil es eigentlich egal ist, was das Letzte ist.

Stefan Brill

Weil es eigentlich egal ist. Also es gibt in die eine Richtung sind es glaube ich 30 Grad so hoch rückwärts gekippt und die andere Richtung 45 Grad so einwärts. Das ist das, was ich jetzt mal so aus dem Bauch heraus ungefähr weiß.

Tim Pritlove

Aber...

Stefan Brill

Wie es so passt halt. Da müsste man halt die Anatomen fragen.

Tim Pritlove

Ich war ja mal eben in einem Parabellflug. Kurz gesagt, die viel zu schnell vorübergehende Herstellung von nicht kompletter Abwesenheit von Gravitation, aber der Einfluss der Schwerkraft wird halt so weit reduziert, dass man sich halt schwerelos fühlt. Es gibt dann auch so diverse Restkräfte, die aber an der Stelle keine Rolle machen, weil man schwebt bereits durch die Luft und ist so sehr damit beschäftigt, dass man sich um diese paar Zahlen hinter dem Komma nicht noch groß kümmern würde. Und diese Schwerelosigkeit im Parabelflug wird ja dadurch hergestellt, dass man eben das Flugzeug mit einem enormen Schub für eine Weile so 45 Grad nach oben schießen lässt. Und da merkt man überhaupt erstmal, was für eine Power in so Flugzeugtriebwerken drin stecken kann oder generell halt auch drin steckt. Um das halt überhaupt erstmal zu leisten, ist in dem Zeitpunkt dieses Einknickens in diesem Flug nach oben, nimmt die Beschleunigung auf den Körper erstmal enorm zu. Also man landet dann so bei 1,5 bis 1,8 g. Also bevor man quasi 0G erreicht, muss man zwischenzeitlich auf 1,5 bis 1,8G beschleunigt werden. Das ergibt sich halt einfach durch diese Flugbahn und in dem Moment, wo man dann so bei wirklich bei 45 Grad ist und die Piloten, da wird ja von drei Piloten gleichzeitig geflogen, auch eine total abgefahrene Sache. Da kümmert sich sozusagen auch jeder um, also ein Pilot kümmert sich um den Winkel, der Also kümmert sich um die Geschwindigkeit und der andere um das links-rechts Ding, also voll abgefahrene Nummer. So, und dann wird halt einfach der Schub rausgelassen, man hört das auch so richtig, die Triebwerke gehen aus, also nicht komplett aus, aber kein Schub mehr, so und man fällt einfach nur noch. Und das sind dann halt diese magischen 22 Sekunden, die man dann einfach fällt und in dem Moment gleicht quasi der Fall des Flugzeugs, der am Anfang natürlich noch nach oben geht, weil man eben so eine unglaubliche Geschwindigkeit hat, die Anziehung der Gravitation außer, dass man eben bei 0 g ist. Und dann am Schluss gibt es halt nochmal etwas mehr Beschleunigung. Und das Problem ist, dass wenn man diese Phase gut überstehen will, Das war's für heute. Bis zum nächsten Mal. Verhindern musst, dass es einem schlecht wird. Und im Wesentlichen ist es wohl so, dadurch dass unser Gleichgewichtsystem ja nicht für 1G gemacht ist, sondern so eine Überlast auf einmal stattfindet, die man normalerweise ja so nicht hat. Also wenn man sich auf dem Planeten bewegt, dann ist irgendwie immer alles 1G. Also es sei denn, man springt halt irgendwo vom Berg oder so, ganz klar, aber dann hat man eh andere Probleme. Durch diese Überbeschleunigung wird da irgendwie alles zusammen gedrückt, sodass man das, dass der Körper eigentlich eine falsche Information bekommt. Weil quasi die Basis, dieses 1G bricht auf einmal weg und auf einmal werden so die relativen Geschwindigkeiten falsch berechnet. Also vielen wird dann halt deshalb schlecht, so wo das mehr erläutert, weil man in dem Moment, wo halt das Auge irgendeine Bewegung sieht, also wenn man so hin und her guckt, dann meldet halt das Auge so, Dinge bewegen sich, während das Gleichgewichtssignal halt sagt so, hier bewegt sich einfach mal gar nichts, weil hier liegt irgendwie alles nur platt zusammengepresst rum und aus diesem Differenzsignal macht dann das Hirn diese Notstandsmeldung mit unterschiedliche Wahrnehmungen deiner Sinnesorgane. Wahrscheinlich bist du vergiftet, fang mal besser an zu kotzen, weil sonst wird es alles noch viel schlimmer. Das ist so diese kritische Phase. Man wird da mit allerlei Medikamenten vollgepumpt, um diese Reaktion zu entschleunigen. Jetzt habe ich viel erzählt. Wie geht das hier, du warst wahrscheinlich noch nicht in einem Parabelflug, wie würdest du das sozusagen hier auf die Funktionsweise des Gleichgewichtsorgans übertragen?

Stefan Brill

Also wie geht es dem Gleichgewichtsorgan, wenn man auf einmal Also eins muss man natürlich dazu sagen, wenn man jetzt frei fällt, dann wird man ja permanent beschleunigt. Man ist ja eigentlich dann eben tatsächlich in der Beschleunigung von 1G ausgesetzt im Parabelflug. Der Trick besteht ja darin, dass man sich eine Kapsel um sich selber gebaut hat, nämlich das Flugzeug, das genau dieselbe Sache vollzieht und nur relativ zu dieser Kapsel ist man ja schwerelos. In Wirklichkeit fliegt man ja eine Parabel und die Kapsel um einen rum fliegt dieselbe Parabel. Und wenn man das Ganze jetzt ohne Kapsel erleben würde, dann würde man sehen, dass man da irgendwie in höheren Atmosphären so ein Parabel fliegt und sich jetzt dem Erdboden nähert. Also man hat, man befindet sich in der Situation natürlich sehr wohl in einem beschleunigten Zustand, aber, Was die Sache so irritierend macht, ist, wie du schon gesagt hast, das Gehirn schlägt Alarm, weil da so eine Widerspruchsinformation auf einmal entsteht, dass das visuelle System, was völlig anderes meldet, nämlich totale Ruhe und Frieden und hier ist alles in Ordnung, und das andere System meldet irgendwie, ich falle, ich falle, ich falle, das ist irgendwie in sich im Widerspruch. Und eine der Schwierigkeiten, die...

Tim Pritlove

Aber an der Stelle ist ja eigentlich das Auge eher das Problem. Man löst es dadurch, dass man wie ein Blöder auf einen Punkt startet und keinerlei Bewegungsinformationen visuell einspeist. Das Problem entsteht eigentlich erst in dem Moment, wo ich jetzt aus Interesse, wie es den anderen alles so geht, herumschauen, meinen Kopf drehen. Das erzeugt dann überhaupt erst die Übelkeit, weil eigentlich der Gleichgewichtssinn so zusammengepresst ist und sagt, nichts tut sich. Keine Bewegung statt. Aber in dem Moment, wo ich meinen Kopf bewege, müsste ja diese Bewegung des Kopfes auch vom Gleichgewichtsorgan gemessen werden. Dadurch, dass ich in dem Moment gerade 1,8G ausgesetzt bin, ist die Funktion dieses Gleichgewichtsorgans offensichtlich ausgenullt, weil es einfach zusammengepresst wird und nicht mehr die Reibungen und Herrchenbewegungen so wahrnehmen kann, wie das normalerweise der Fall ist.

Stefan Brill

Ne, das sehe ich genau anders. Also gut, ich habe jetzt selber die Erfahrung noch nicht gemacht. Ich habe noch keinen Parabellflug gemacht. Aber das Gleichgewichtsorgan misst die Beschleunigung, die es tatsächlich erfährt. Du fällst ja. Also wenn du, wenn du von, was sage ich, wenn du falsche Umsprungen machst und du springst raus aus dem Flugzeug.

Tim Pritlove

Ja, es misst die 1,8G, aber es ist dafür halt nicht gebaut.

Stefan Brill

Doch, doch, doch, sicher. Und deswegen ist es über seine Grenzen. Nee, das ist nicht über seine Grenzen. Das ist nicht jetzt irgendwie am Anschlag und kann das nicht messen. Also die Fähigkeit, das zu messen, hat das Gleichgewichtorgan sehr wohl. Klar kommt das irgendwann mal an Anschlag und kriegt extreme Beschleunigungen nicht mehr richtig einsortiert und aufgelöst. Aber so eine normale Fallbeschleunigung von 1G, gut vielleicht lehne ich mich da jetzt so sehr aus dem Fenster.

Tim Pritlove

Aber das ist ja 1,8 g. Also genau dieser Übergangsmoment ist das Problem.

Stefan Brill

Wenn du wieder eintauchst und wenn die Sache wieder losgeht vor allem.

Tim Pritlove

Ach so, wenn es nach oben schießt, dann entsteht unglaublicher Druck. Man wird da irgendwie mit den Beinen auf den Boden gepresst, als hätte man so Metallstiefel an oder magnetisch schon fast. Das ist ein völlig abgefahrenes Gefühl. Na gut, ich will das jetzt auch nicht zu sehr vertiefen. Auf jeden Fall merkt man auch, wie die Sinne zusammenarbeiten und gemeinsame Erwartungshaltung permanent miteinander vergleichen und wenn die halt nicht stattfinden, dann ist irgendwie bekloppt. Na gut. Kommen wir mal zu der eigentlichen Wahrnehmung. Weil bisher, um es vielleicht noch mal ein bisschen zusammenzufalten, also wir haben das Außenohr leitet die Frequenzen in den Gehörgang. Das trifft aufs Trommelfell an. Dahinter gibt es dieses mechanische System, was geschickt diese große Angriffsfläche, Trommelfell, dann auf einen sehr kleinen Punkt konzentriert. Am Ende des Steigbügels durch diese mechanische Übersetzung zwischen Hammer und Ambus wird die auch noch so verstärkt, dass man quasi so einen ganz kleinen Piks erzeugt. Also von so einer großen Fläche wird es immer weiter verdichtet bis es wirklich nur noch so eine ganz kleine, ich weiß nicht wie groß ist diese Kontaktfläche des Steigbügels real mit der Hörschnecke?

Stefan Brill

Das ist, ich weiß nicht, in Größenordnung ein Quadratmillimeter, vielleicht zwei Quadratmillimeter, also wirklich ziemlich klein.

Tim Pritlove

Und das Trommelfell selber?

Stefan Brill

Das hat schon etwas größeren Durchmesser. So in Größenordnung, vielleicht ein bisschen weniger als ein Quadratzentimeter.

Tim Pritlove

Das heißt, da wird dann schon so ein Faktor 100, das reduziert. Also in der einen Achse zumindest gerechnet. Worauf trifft das jetzt aus? Also jetzt haben wir diese Hörschnecke und wir wissen, okay, das hat sich wahrscheinlich aus unserem Gleichgewichtsorgan, was über war, weil die anderen beiden sich so spezialisiert haben, dass es schon gereicht hat für die dreidimensionale Messung. Was geschieht jetzt da in dieser Schnecke? Was ist da überhaupt verschneckt.

Stefan Brill

Also als erstes muss man sich die Fußplatte vom Steigbügel jetzt vorstellen, als wenn die so wie ein Kolben in die Flüssigkeit eine Schallwelle hineinpumpt. Es gibt der Vollständigkeit halber, es gibt also nicht nur diesen einen Eingang in die Schnecke, sondern es gibt sozusagen auch noch einen Ausgang. Also dieser Steigbügel, der sitzt mit seiner Fußplatte in so einer ovalen Öffnung, wo dahinter die Flüssigkeit von der Hörschnecke anfängt. Es gibt weiter unten gibt es noch ein zweites Fenster, das ist aber jetzt nicht mechanisch irgendwie mit Knochen abgedeckt, sondern das ist mit einer gespannten Haut. Das ist das sogenannte Runde Fenster. Und der Flüssigkeitsraum der Schnecke sitzt jetzt in einem sehr festen, sehr dichten Knochen drin. Das ist das sogenannte Felsenbein, hat also seinen Namen auch davon, dass es so dichter Knochen ist. Der ist vermutlich aus akustischen Gründen so dicht und fest gebaut. Das ist der dichteste Knochen, den wir im ganzen Körper haben. Damit keine Schallwellen sozusagen einfach rauslaufen ins Nachbarknochengewebe raus. Also die Flüssigkeitsraum der Schnecke ist mehr oder weniger fest abgeschlossen in einem sehr genau definierten Volumen.

Tim Pritlove

Das ist Felsenbein umschließt die komplette Hörschnecke.

Stefan Brill

Richtig, ja. Also man muss sich die Hörschnecke vorstellen, auch die Bogengänge vom Gleichgewichtorgan muss man sich vorstellen als flüssigkeitsgefüllte Hohlräume in einem sehr festen Knochenmaterial. Und die Schnecke ist eben auch ein schneckenförmig gewundener, flüssig, wie genau das ausschaut, können wir gleich nochmal vielleicht ein bisschen drauf eingehen, ein geschlossenes Volumen. Und wenn ich jetzt diesen Steigbügel dann nehme und ich will da was reinpumpen, dann stoße ich natürlich auf dem Widerstand, wenn ich ein komplett abgeschlossenes Volumen hätte. Ich brauche irgendwo anders einen Ausgleich, wo das Volumen wieder ausgeglichen werden kann. Also wenn ich da reinpumpe, muss es irgendwo anders raus und diesen Zweck hat das runde Fenster. Nur vor dem runden Fenster ist jetzt eine feste Haut gespannt, also so ein eigener Membran ist dort und wenn die Steigbügel, bleibe ich das ganz langsam machen, wenn ich mit dem Steigbügel, also die Chirurgen bei einer OP, können das wirklich sehen. Die können da mit ihrer OP, mit dem OP-Instrumentsrand können das berühren und können dann sehen, wenn Sie den Steigbügel ein bisschen reindrücken, dann kommt unten die Membran vom runden Fenster so ein kleines bisschen raus. Das heißt also, wenn der Steigbügel jetzt seine Schallwelle Richtung in die Flüssigkeit hinein. Dann passiert am anderen Ende genau das Gegendruckphänomen mit dem ovalen Fenster. So habe ich also einen Volumenausgleich.

Tim Pritlove

So wie so ein Lautsprecher auch immer noch mal ein Loch irgendwo hat.

Stefan Brill

Ja, könnte man so diese, wie hießen die noch? Diese Basse-Reflexionsboxen, wie es da gab. Gab es ja so ganz tolle Prinzipien oder noch immer. Also das Volumen wird also, Es ist also überhaupt nur möglich, eine Flüssigkeit dort ordentlich mit einem hohen Wirkungsgrad, eine Schallwelle reinzuschicken, wenn ich diese Ausgleichsmöglichkeit habe.

Tim Pritlove

Aber sonst würde ja der Steigbügel quasi festes Material stoßen und keinerlei Frequenzen übertragen können.

Stefan Brill

Genau. Also es ist nicht ganz so, weiß man inzwischen, waren auch alle überrascht, dass es auch trotzdem geht. Aber jetzt so für die erste Annahme, für die erste Näherung dessen, wie man sich das vorstellen muss, muss man sagen, okay, da gibt es also ein konstantes Volumen, das ausgeglichen. Damit wir jetzt mal anschauen, was da eigentlich vor sich geht, stellen wir uns die Schnecke mal vor, wie so eine kleine Gartenschnecke, die man hat, so eine richtig winzige. Die ist insgesamt ziemlich klein, die passt also in so einen Kubikzentimeter rein. Also eigentlich könnte man sagen, wenn ich hier so eine Fingerkuppe nehme, so vielleicht vom kleinen Finger oder von einem durchschnittlichen Finger, die Fingerkuppe oben, die gesamte Kochlehr passt da rein. Kochlea ist die Hörschnecke. Also Kochlea ist jetzt, ich glaube, der griechische Begriff für Schnecke wirklich. Und wir haben also jetzt da einen Knochen und in diesen Knochen hinein haben wir einen schneckenförmig gewundenen Tunnelgang im Knochen drin. Zweieinhalb Windungen bei uns Menschen. Bei anderen Tieren sind das ein bisschen mehr oder weniger. Also bei Meerschwanchien sind es zum Beispiel schon vier, ein Viertel oder so Windungen. Bei uns sind es eben, Meerschwanchien hört auch zum Beispiel auch höhere Frequenzen, bei uns sind es zweieinhalb Windungen. Und wenn wir uns diese...

Tim Pritlove

Die Anzahl der Windungen gibt es auch schon Aufschluss darauf, wie viel Frequenz?

Stefan Brill

Ja, da kommen auch viele andere Sachen noch, Gesamtvolumen kommt noch hinzu, es kommt noch hinzu, wie der Durchmesser ist, wie sich der Durchmesser des gewundenen Gangs...

Tim Pritlove

Das ist auf jeden Fall eine Variable, das ist jetzt nicht so konstant.

Stefan Brill

Ja, sogar beim Mensch ist es sehr variabel. Also da gibt es Anatomen, die das über viele... Leute, die verstorben sind, die sich das dann untersucht haben, die Variationsbreite ist unglaublich groß. Aber wenn wir jetzt mal ran wollen, wie sich die Sache...

Tim Pritlove

Heißt das, dass es sich aus solchen Sachen ergibt, ob man gut hört oder nicht gut hört?

Stefan Brill

Soweit möchte ich mich nicht aus dem Fernsehen verlehnen. Ich glaube nicht so richtig. Und wie das dann in der Wahrnehmung ist, wie das dann oben bei uns im Bewusstsein kommt, das ist ja immer noch mal eine ganz andere Sache. Aber wenn wir uns diese schneckenförmige Windung im Knochen anschauen und wir würden das jetzt mal so im Querschnitt sehen, das heißt, wir würden die Schnecke von der Spitze her spalten und würden uns den Querschnitt angucken, dann würden wir von einer Windung der Schnecke, würden wir erst mal in gröbster Näherung sagen, das ist ein kreisförmiger Querschnitt, der an einer Seite so scharf eingezogen ist nach innen. Man könnte jetzt sagen, das ist so nierenförmig, stimmt aber nicht ganz. Für die Nerds unter den Hörern eine Kardioide, diese mathematische Kurve, die so eine Einschnürung an einer Seite hat, also so ein Kreis mit einer scharfen Einschnürung in die Mitte hin. Das trifft meines Erachtens am am ehesten, wie man den Querschnitt einer Windung des schneckenförmigen Tunnelgangs sich vorstellen muss. Und das bedeutet, diese Einschnürung, die ist aber auf der Innenseite, also da, wo die Schnecke ihre zentrale Achse hat, von dort in die Windung hinein geht diese Einschnürung. Und diese Einschnürung, die kann man sich als einen kleinen Knochensteg vorstellen, in diesen flüssigkeitsgefüllten Hohlraum der Schneckenwindung hinein ragt. Von diesem Knochensteg, der auf halber Höhe in die Schneckenwindung innen rein ragt, spannt sich ein Membran auf die gegenüberliegende Seite.

Tim Pritlove

Das heißt, die Schnecke ist nochmal in so zwei Teile zerteilt?

Stefan Brill

Genau, die Schnecke ist in eine obere und eine untere Hälfte zerteilt. Die Zerteilung geht einerseits durch diesen hineinragenden Knochensteg und in Fortsetzung dessen durch eine Membran, die zur gegenüberliegenden Wand gespannt ist. Das teilt die Schnecke in zwei Hälften. Die obere Hälfte ist aber auch nochmal geteilt. Das bleiben wir aber erstmal bei diesem Steg. Also der Steg ragt in die Schnecke hinein und von dort geht eine Membran zur gegenüberliegenden Seite. Das ist die sogenannte Basilarmembran und die ist im Anfangsbereich der Schnecke, ist die Basilarmembran kurz. Also der Weg vom Knochensteg zur gegenüberliegenden Seite, der ist relativ kurz. Also wir sprechen davon so einem Millimeter oder eineinhalb Millimetern. Und wenn wir jetzt tiefer reingehen, also dieser Schneckenwindung weiter und weiter nach innen einwärts folgen, dann zieht sich dieser hineinragende Knochensteg immer mehr zurück und der Teil, der durch eine Membran gespannt ist, der wird immer breiter. Und bevor wir ganz oben im äußersten oberen Ende ankommen, hört die Membran auf. Und da ist dann die obere Hälfte von der Schneckenwindung und des Hohlraums einer einzelnen Schneckenwindung. Und die untere Hälfte sind miteinander verbunden.

Tim Pritlove

Das heißt, wenn man da im Prinzip jetzt reingehen würde in diese Hörschnicke, hätte man die Wahl zwischen oben und unten, weil die einfach über die komplette Fläche von so einer Membran geteilt sind. Bis ich ganz nach oben gehe, diese Membran dehnt sich immer weiter aus. Ganz oben ist hier dann aber zu Ende. Ich kann im Prinzip auf die andere Seite wechseln und auf der anderen Seite diese Hörschnecke wieder runter marschieren.

Stefan Brill

Wieder runter marschieren. Und das ist genau das, was der Schallweg nimmt.

Tim Pritlove

Und das ist alles mit dieser Flüssigkeit gefüllt?

Stefan Brill

Das alles ist mit Flüssigkeit gefüllt.

Tim Pritlove

Und jetzt dieser Steigbügel da drauf hämmert, dann jagt er quasi diese Schockwelle durch die Flüssigkeit einmal hoch und wieder runter.

Stefan Brill

Der Steigbügel sitzt jetzt so, dass er seine Schallwelle in den oberen Teil hineinjagt. Jetzt stellen wir uns mal vor, dass der Steigbügel sich ganz langsam pumpend rein und raus bewegt. Der pumpt also rein, das heißt, der schiebt seine Flüssigkeit vor sich her und zwar in der oberen Hälfte von diesem Querschnitt. Und das, was der an Flüssigkeit vor sich her schiebt, geht also jetzt zweieinhalb Windungen hoch. Oben ist dann die Trennmembran zwischen den beiden Hälften zu Ende. Diese Stelle nennt man Helikotremer. Dort wird das Volumen in die untere Hälfte runter gedrückt und wandert sozusagen in der unteren Hälfte wieder zurück und drückt unten die Membran des runden Fensters raus. Und wenn der Knochen, also der Steigbügel, die Gegenbewegung macht, also sozusagen wieder zurück zieht beim Rein- oder Rauspumpen, dann passiert genau das Umgekehrte. Dann zieht er das Flüssigkeitsvolumen zweieinhalb Windungen wieder zurück, oben wird ein bisschen wieder zurückgezogen, unten, am zweieinhalb Windungen im unteren Teil runtergehend, wird die Membran eingezogen und so bleibt die Flüssigkeit konstant. Das heißt dadurch, dass der Steigbügel, hinein pumpt mit einer schwingenden Bewegung wird die gesamte Flüssigkeitssäule durch die Kochlehr aber eben in gewundener Form hin und her bewegt.

Tim Pritlove

Im Prinzip so, als ob ich so einen dicken Gummischlauch nehmen würde. In der Mitte knick ich den, legt ihn sozusagen so zu zwei Strängen zusammen. An der einen macht er Wasser rein und drücke da jetzt Blase da zum Beispiel rein, aber ans andere Ende mach ich so einen kleinen Luftballon. Wenn ich das so reindrücke, würde das Wasser den Luftballon entsprechend aufblasen und wenn ich es wieder zurücknehme, geht es wieder zurück. Das ist quasi so diese Aktivität, die jetzt in dieser Hörschnecke die ganze Zeit erzeugt wird durch diese...

Stefan Brill

Ja, der Trick... Das ist richtig. Das habe ich aber jetzt absichtlich erstmal ganz langsam in der Vorstellung gemacht, dass der Steigbügel nur langsam da hoch und runter pumpt. Macht er natürlich. Macht er natürlich nicht. Das macht er natürlich je nachdem, welche Frequenzen von außen kommen. Wenn also so ein tiefer Bass kommt, dann so richtig tiefer, so 20 Hertz, dann passiert ungefähr das. Oder machen wir es noch noch langsam mal. Ein Herz.

Tim Pritlove

Einmal pro Sekunde.

Stefan Brill

Das, was der Chirurg, wenn er operiert, tatsächlich mechanisch machen kann, indem er da mit seinem Instrument an dem Steigbügel macht. Der kann natürlich nicht beliebig schnell, der kann das so ein bisschen hin und her bewegen und dann sieht er diese Flüssigkeit hin und her laufen. Wenn ich das aber jetzt schneller und schneller und schneller mache, mit anderen Worten, wenn ich zu höheren und höheren und höheren Frequenzen gehe, dann wird das natürlich physikalisch, energetisch gesehen immer mühsamer, diese gesamte Flüssigkeit, dass wir haben, wir reden ja hier mehr oder weniger von dem ganzen Flüssigkeitsraum, der in der Kochlehr drin ist, vom ganzen Volumen, es wird immer mühsamer, die ganze Flüssigkeit hin und her zu schieben. Das wird energetisch immer aufwendiger, immer schwieriger.

Tim Pritlove

Das hat ja auch seine eigene Trägheit.

Stefan Brill

Richtig, das hat eben, weil es eine trägemasse darstellt, eine trägeschwingende Masse. Weil wir aber von Schall reden, wir haben ja einen Steigbügel, der jetzt ein Schall Signal in die Schnecke reinschickt, müssen wir auch erstmal von der Schallgeschwindigkeit reden, mit der das da reinläuft. Wir haben ja, In der Außenwelt haben wir ja Luftschall. Das Schalllaufgeschwindigkeit sind so ungefähr 335 Meter pro Sekunde Schallgeschwindigkeit und in Flüssigkeit, in Wasser ist das viel höher. Das sind ungefähr so 1700, 1800 Meter pro Sekunde, je nachdem noch wie die Flüssigkeit zusammengesetzt ist. Und das geht natürlich rasend schnell. Das hat jetzt mit diesem Impedanzausgleichsphänomen des Mittelohrs erstmal gar nichts zu tun, wie schnell die Laufzeiten da drin sind. Aber Wenn der Stapel…. Hinein pumpt in die Flüssigkeit, dann sendet er ja, auch wenn das langsam ist, sendet er gewissermaßen eine Schallwelle rein in die Flüssigkeit, wie man in so ein Rohr eine Schallwelle rein senden kann, wenn das Luft- oder Flüssigkeitsgefüllt ist, dann läuft die einfach da lang und so sendet auch der pumpende Stapes in diese Flüssigkeit hinein, in die Flüssigkeit hinein, eine longitudinal längs laufende Schallwelle und die ist es die sozusagen wenn man das das in diesem statischen langsamen hin- und herpumpzustand uns überlegen wenn ich also jetzt Den stapes reindrücke dann kommt um diese laufzeit verzögert kommt unten die membran raus das ist ja Die laufzeit des schalt das natürlich auch dann so wenn ich es ganz langsam mache Schall läuft ja nicht deswegen schneller weil man eine niedrige frequenz hat also auch dann so wenn man es ganz langsam macht nur für so den Beobachter, der das sich so mental vorstellt, wirkt das instantan. Ich schiebe einfach hier so eine Flüssigkeit hin und her. Aber in Wirklichkeit geht das natürlich mit der Laufgeschwindigkeit von der Schallwelle. Weil aber das ganze System so irrwitzig klein ist und die Schallwelle in Flüssigkeit unheimlich schnell läuft, kann man in erster Näherung mal so tun, als wäre das instantan. Das ist jetzt mal nur am Rande gesprochen. Wenn man jetzt aber zu höheren und höheren Einprägefrequenzen wechselt, also langsam die Schwingfrequenz des Stapes hochdrehen, dann wird es physikalisch vom Energieaufwand immer unangenehmer, wenn das System die ganze Flüssigkeit hin und her pumpen muss. Und jetzt fängt das System irgendwann an und da wird es wirklich unglaublich schlau und da steht man immer wieder davor und staunt Bauklötze was die Evolution dazu stande gebracht hat jetzt fängt irgendwann an die Flüssigkeitssäule nicht mehr den Umweg übers Helikodrehm zu gehen sondern das ist der höchsten Punkt über diesen höchsten Punkt wo die beiden Flüssigkeitshälften miteinander in Verbindung stehen sondern sagt sich menschlich gesprochen, da verbiege ich doch lieber die Membran. Das heißt also, anstatt dass die Flüssigkeit oben rum läuft, bollt sich die Membran nach unten aus bzw. schwingt wieder zurück. Das heißt also, das Hin- und Herpumpen der beiden Flüssigkeitshälften... Nimmt jetzt salopp gesprochene Abkürzung, indem die Membran hoch und runter ausgelenkt wird. Und das Ganze passiert je nach Frequenz an unterschiedlichen Stellen.

Tim Pritlove

Das heißt, je nachdem, wo die Membran eingedrückt wird, misst man dadurch quasi eine andere Frequenz.

Stefan Brill

Ganz genau.

Tim Pritlove

Und das geht alles gleichzeitig.

Stefan Brill

Jetzt gehen mehrere Sachen Hand in Hand. Ich hatte ja ursprünglich gesagt, die Membran unten im Eingangsbereich ist zur gegenüberliegenden Seite relativ kurz und nach oben wird sie immer länger. Sieht die gespannte Weite der Basilarmembran. Und das hat schon der alte Helmholtz gewusst. Also hier ist doch hier in Berlin das Helmholtz-Institute, Helmholtz kennt man. Und der hatte damals schon gesagt, Moment mal, das ist ja so, als hätte ich sozusagen aneinander liegende, gespannte Seiten, wie von einem Seiteninstrument, die immer von diesem Knochensteg zur gegenüberliegenden Wand gespannt sind, kann ich diese Membranien interpretieren als infinitisimal dicht aneinander liegende schwingende Seiten. Und jetzt sind die da unten kürzer, so wie bei einem Seiteninstrument. Kurze Seite, hohe Frequenz. Die weiter drin sind länger, also eher für eine tiefe Frequenz zuständig. Deren Schwingungsvorzug ist bei einer tieferen Frequenz. Und da hatte der damals schon gesagt, das ist schon ein spektraler Analysator. Der macht jetzt schon eine Umsetzung der Frequenzanteile im Schallsignal auf verschiedene Stellen im Ohr. Das Ganze ist aber doch noch ein ganzes Stückchen komplexer. Aber diese Dinge gehen zumindest Hand in Hand. Wir haben also einerseits die energetische Anstrengung mehr oder weniger Flüssigkeitssäule hin und her pumpen zu müssen. Je höher die Frequenz, desto energetisch günstiger ist es, wenn ich gar nicht die ganze Flüssigkeit solle pumpe, sondern wenn ich früher und früher und früher stattdessen die Membran sich verbiegen lasse. Das hat natürlich auch seinen Preis. Die Membranverbiegung will ja als energetisch-physikalisch gesprochen, will ja auch bezahlt sein. Braucht man ja auch Energie dafür, die zu verbiegen. Deswegen geht es bei ganz langsamen niedrigen Frequenzen trotzdem obenrum, weil das wiederum günstiger ist, als die Membran zu verbiegen. Ja. So und wenn ich also jetzt zu höheren und höheren Frequenzen gehe, gehen diese drei Dinge Hand in Hand. Erstens, dass die Breite der Membran nach unten hin immer kürzer wird. Zweitens, dass die Flüssigkeitssäule, die ich hin und her pumpen muss, immer weniger Masse ist, die ich bewegen muss. Und drittens habe ich noch ein gewundenes System. Das heißt also tiefe Schallwellen gehen, jetzt mal ganz salopp gesprochen, gehen leichter um die Ecke als hohe Schallwellen.

Tim Pritlove

Hatten wir ja schon bei den Höhen von außen und so.

Stefan Brill

Hatten wir schon von außen. Das ist eine relativ neue Idee. Das ist erst in Simulationen vor ein paar Jahren erst so rausgekommen, weil man sich immer gedacht hat, warum eigentlich Schnecke? Warum müssen wir eine Schnecke haben? Die Vögel haben nämlich keine Schnecke und die Dinosaurier, die haben nur einen hohlen Stift sozusagen. Die haben nur eine gerade oder so leicht gebogenen liegenden, so eine Art Banane, könnte man vielleicht sagen, haben die. Aber bei denen ist das nicht wirklich zu einer Schnecke geworden. Und eine der neueren Theorien, warum das eine Schnecke ist, ist diese Geschichte, dass wenn ich das nochmal um die Ecke gehen lassen muss, dass ich dann nochmal eine bessere Frequenzseparierung bekomme.

Tim Pritlove

Grundsätzlich kann man sagen, die tiefen Frequenzen werden eher am Ende dieser Schnecke dekodiert und die höheren Frequenzen am Anfang.

Stefan Brill

Die tiefen Frequenzen sind tief drin.

Tim Pritlove

Hm, da kann man sich gut merken.

Stefan Brill

Ja, und dann kommt noch was anderes hinzu. Betrachten wir uns mal diese Membran, die sozusagen hoch und runter verbogen wird, je nachdem welche Frequenz ich einpräge. Das kann man sich natürlich wie so eine rauf und runter schlackernde Teppichblase vielleicht vorstellen, aber in Wirklichkeit ist das auch noch mal komplizierter. Das ist erst so Mitte dieses Jahrhunderts dann entdeckt worden, als man sich das mal so richtig ganz genau angeguckt hat. Jetzt hat man festgestellt, Und in dem Bereich, wo diese Membran auf und ab schwingt, schwingt das ja gar nicht so naiv wie eine Teppichblase rauf und runter, sondern in dem Bereich schwingt das sowieso wie kleine Wellen. Das heißt also der Bereich, der überhaupt schwingt, schwingt nicht wie eine Teppichblase flap flap flap rauf und runter, sondern schwingt sozusagen mit einer Welligkeit rauf und runter. Und diese Welligkeit, die läuft so ein bisschen durch. Die bewegt sich sozusagen von einem zum anderen Ort durch. Das ist die berühmte Wanderwelle. Und das ist erst so berühmt. Ja, Wanderwelle ist schon... Also alle, die sich mit dem Ohr beschäftigen, die haben dann sofort mit dieser Wanderwelle zu tun. Und das ist was, wofür es sogar einen Nobelpreis gegeben hat. Und zwar hat von Bekeshi, ich glaube 1956, einen Nobelpreis dafür gekriegt. Genau diese mechanische Spezialität der Kochlehrer überhaupt in dieser Klarheit zu entdecken und zu finden. Und diese Wanderwelle, die kann man jetzt natürlich, mikroskopisch beobachten. Heutzutage wird das mit allen möglichen schlauen Gerätschaften wie Laserdoppler, Vibrometer etc. wird das gemacht. Der Becci selber hat sich selber mechanische Modelle gebaut und hat das daran nachverzogen. Und diese Wanderwelle hat jetzt die Eigenschaft, dass die zu den tiefen Frequenzen hin irgendwann ganz plötzlich aufhört. Also diese Teppichblase, das ist nicht so ein weiter Bereich, der so locker rauf und rum flappert, sondern zu tiefen Bereichen, ist ganz schnell Schluss und zu den höheren Bereichen hin ist es lautstärkeabhängig. Wenn man ganz leise ist hat man ganz scharf beschränkt den Bereich wo das aktiv ist und wenn man höhere lautstärken macht dann dehnt sich das immer weiter Richtung hohen Frequenzen aus. Das heißt also das ist auch das warum Bässe so hörschädigend sein können, weil wenn ich einen richtig massiven Bass auf das Ohr draufschicke dann ist ja der Ort wo der Bass sich am stärksten auswirkt ist ja tief drin oben in der Spitze von der Schnecke. Ich habe mir gesagt, die tiefen Frequenzen sitzen tief drin. Aber wenn das dann noch zusätzlich entsprechend laut ist, dann schwingt am Ende sozusagen die gesamte Kochlehrer bei dieser tiefen Frequenz. Ich kann also auch mit tiefen Frequenzen Hörschädigungen im mittleren und Hochtonbereich erzeugen.

Tim Pritlove

Weil es da dran vorbeikommen muss zwangsläufig.

Stefan Brill

So könnte man das interpretieren. Man darf das aber nicht falsch verstehen. Viele Leute, auch in meinem Fachgebiet bin ich immer wieder mal überrascht. Viele Leute denken diese Wanderwelle wäre jetzt eine Schwingung, die unten am Eingang der Kochlea losläuft, noch ganz klein und sich irgendwie weiter oben dann ausprägt und manifestiert. So als wie von Zauberhand, das fängt mit Null an und hinten drin ist es auf einmal ausgeprägt da. Das ist aber eigentlich ein lokales Phänomen von dem Ort, wo die Schwingungen überhaupt stattfindet. Und dort habe ich in dem Bereich habe ich dann diese Wanderwelle.

Tim Pritlove

Was ermöglicht denn jetzt diese, also ich meine was ist jetzt das Besondere da dran, dass da diese Membranen nochmal in so einem Wanderwelligen-Dings, ich würde mir jetzt erstmal denken, in dem Moment wo sich irgendeine übertragende Frequenz, die dann durch die Schnecke durchläuft an einer bestimmten Stelle in der Membran manifestiert, wäre es ja jetzt einfach nur wichtig, dass die Membran da auch die entsprechende Sensorik hat, das quasi festzustellen. Ist dadurch, dass er sich so wanderwellig niederschlägt, nochmal irgendwas anderes möglich, was man so von ihm möglich gehalten hat?

Stefan Brill

Eines der Schwierigkeiten, die man gerne erschlagen möchte, wenn ich jetzt mal so als Ingenieur denke, Ingenieur denke, genau.

Tim Pritlove

Wir bauen uns ein Ohr.

Stefan Brill

Genau. Eine der Schwierigkeiten, die ich gerne lösen möchte, wäre natürlich, dass ich Spektral sehr scharf auflösen kann. Dass ich also sehr genau bestimmte Frequenzen heraus hören kann und unterscheiden kann von anderen. Und wenn ich jetzt mal von diesem anfänglichen, naiven Modell, dass ich da so eine flabrig schwingende Teppichblase nur habe, die rauf und runter geht, die ist natürlich überhaupt nicht frequenzspezifisch. Und da treten jetzt eine ganze Reihe von Mechanismen zusätzlich auf. Also einerseits, diese Wanderwelle hat auch etwas damit zu tun, dass ich entlang der Basilarmembran, worauf das stattfindet, dass ich auch nochmal so eine Oberflächenwellenphänomen habe. Also ich kann ja auch eine schwingende Welle sozusagen die die die Membran ist ja mit sich selber und ihren elementar Elementen der Membran sozusagen mit sich selber verbunden das heißt also das wird sozusagen weitergeleitet wieso an der Wasseroberfläche Das ist schon mal ein Mechanismus der da auftaucht und dann gibt es Jetzt in dem eigentlichen sensorischen Organ da man jetzt noch gar nicht darüber gesprochen was ja auf der Basilar wenn man drauf sitzt und diese Schwingungen überhaupt erst mal als Nervenzellen wahrnimmt und aufnimmt und weiterleitet. Dieses sensorische Organ hat jetzt auch wieder spezielle Eigenschaften, um eine spektral sehr scharfe Hörwahrnehmung zu ermöglichen. Und da kommen jetzt eine ganze Reihe von Effekten ins Spiel, die teilweise auch noch gar nicht wirklich geklärt sind. Dass also da so Mechanismen stattfinden, dass sich benachbarte Zellen gegenseitig verstärken oder behindern in ihrer Aktivität. Das war das, was wir, ich glaube, bevor wir angefangen haben, gesprochen haben, diese Geschichten mit lateraler Inhibition. Wenn ich also bestimmte Elemente in... In einem sensorischen System wahrnehmen will, wie zum Beispiel eine Helligkeitskante, ein Helligkeitssprung, dass ich mich eigentlich nur für den Sprung und die Kante interessiere, dann sind in diesem Bereich Nervenzellen miteinander verschaltet, behindern oder verstärken sich gegenseitig in der Nachbarschaft und können auf die Art und Weise zum Beispiel eine Helligkeitskante besonders herausarbeiten.

Tim Pritlove

In dem Fall halt eine Frequenzkante. Ganz genau. Die Zellen messen nicht nur für sich, sondern auch so mit ihren Nachbarn. mal nach, empfängst du noch das gleiche wie ich? Ne, sehe ich nicht. Alles klar, dann ist jetzt hier wohl irgendwie genau der Punkt erreicht. Okay, also um es nochmal ein bisschen zusammenzufassen, das Höhen an sich funktioniert, nachdem eben dieser ganze Luftumwandlung in mechanischer Energie dann wiederum in Flüssigkeit übertragen wird, so dass eben die Schockwellen quasi des Steigbügels durch diese doppelte Schnecke gejagt werden, doppelt weil es halt eine Windung hin und eine Windung zurück gibt, getrennt durch diese Membran und unterschiedliche Frequenzen übertragen sich an unterschiedlichen Stellen, die hohen Frequenzen am Anfang der Schnecke, die tiefen Frequenzen am Ende der Schnecke und es herrscht jetzt in dieser Membran eine Sensorik, die in der Lage ist jetzt sehr fein zu trennen, welche Frequenzen in welchem Maße hier jetzt aufgeschlagen sind, um dann eben quasi über die gesamte Membranstrecke so eine kombinierte Information ans Gehirn weiterzuleiten. Das ist im Wesentlichen eigentlich das Hören. Einfach von mir zusammen gedampft aber ich treffe das an der Stelle Jetzt haben wir natürlich noch keine nerven impulse das war jetzt bisher alles erstmal nur mechanik Ja genau es ist mich mechanisch genau Aber das ist ja jetzt auch schon mal was also jeder der jetzt hier zu hört Weiß jetzt zumindest schon mal wie Das ist echt unglaublich. Wie groß dieser ganze Apparat ist auch wirklich an sich sehr überschaubar. Also wie groß ist dieses komplette von Trommelfell bis ohne jetzt die Nervenverbindung dahinter. Also nur so Schnecke, Mittelohr, all das zusammen Innenohr. Das ist ja ganz komplex. Wie groß muss ich das vorstellen? So groß wie eine Kastanie oder etwas größer?

Stefan Brill

Ja, also wenn wir den Gehörgang noch mit dazu nehmen, dann haben wir da vielleicht eine Tiefe insgesamt von da wo es reingeht bis da wo dann die Schnecke ist. 4,5, 5 cm vielleicht. Also das größte davon ist der Gehörgang.

Tim Pritlove

Ja, wenn man den jetzt mal wegnimmt. Ich meine jetzt nur sozusagen dieses reine Schallumwandlungssystem.

Stefan Brill

Die Hörschnecke selber, das passt in Kubikzentimeter. Das ist, also dann kommt noch natürlich das Mittelorder hinzu. Wenn man nochmal ein Kubikzentimeter, eher ein bisschen weniger. Ist also alles schon ganz schön klein.

Tim Pritlove

So, was muss man jetzt noch zur Kenntnis nehmen?

Stefan Brill

Das, worüber wir noch gar nicht gesprochen haben, auch beim Gleichgewichtsorgan noch nicht, ist eigentlich welche Nervenzellen machen das denn überhaupt? Wir haben ja immer so ein bisschen um den heißen Brei bisher rum geredet. Wir haben ein Sensorium, wir haben Nervenzellen, die dann Schwingungen oder Bewegungen in Flüssigkeit aufnehmen. Aber wie die das genau machen, haben wir bisher noch gar kein Wort darüber verloren. Und das sind halt Nervenzellen, die mechanische Rezeptoren sind. Nervenzellen, die in der Lage sind, Nervenimpulse abzugeben auf mechanischen äußeren Reiz hin. Und das ging schon unheimlich früh los in in der Evolution. Das geht, glaube ich, sogar noch vor das Cambrium zurück, also bevor überhaupt Skelette da waren, dass man Lagesensoren brauchte, zum Beispiel in Qualen ist das noch so, braucht Lagesensoren, Gleichgewichtorgan könnte man dann sagen, bei den Fischen war das vergleichsweise schon unheimlich ausgeprägt und die Natur hat dann so Blasen konstruiert, in die hinein Nervenzellen reinragten und in diesen Blasen war zum Beispiel ein Steinchen drin und das Steinchen das hat immer diese diese mechanischen Rezeptorzellen berührt und dann wusste das Tier immer was immer das war. Wo unten ist. Wo unten ist. Es gibt teilweise gibt es ganz ganz lustige solche Konstruktionen. Es gibt zum Beispiel Krebse bei denen ist das eine offene Blase nach außen offen und Wenn diese Krebse sich häuten, dann ist das Steinchen, das da drin ist, verloren. Und die müssen sich selber mit ihren Scheren wieder ein Steinchen reintun. Und wenn die das nicht finden, dann sind sie orientierungslos. Ja, was wirklich lustig ist, man kann die Viecher jetzt einfangen und man gibt denen halt keinen Sand, sondern man gibt denen ausschließlich Eisenspäne. Dann tun sie sich so einen Eisenspahn da rein und dann kann man die auf einmal mit Magneten fernsteuern.

Tim Pritlove

Also die tun sich da wirklich Sandkörner rein?

Stefan Brill

Ja, richtig. In ihr Lager.

Tim Pritlove

Danach wächst das dann zu oder was?

Stefan Brill

Nö, das ist immer offen. Das ist immer offen. Also so offen, dass das nicht ohne weiteres wieder rausgespült wird. Aber das sind sozusagen von außen zugängliche Blase, die innen ausgekleidet ist mit Mechanorezeptoren. Und da wird halt ein Steinchen rein praktiziert.

Tim Pritlove

Weißt du, wie diese Krebsart heißt?

Stefan Brill

Nee, vielleicht kriegen wir das nachrecherchieren. Kriegen wir schon irgendwie raus. Und zu diesen frühen Zeitpunkten, also wie gesagt, das gibt es bei Qualen, gibt es das auch immer. Die müssen jetzt kein Steinchen da rein praktizieren, das ist irgendwas, was der Körper dann selber bildet. Aber die haben auch so Bläschen, die nach innen gerichtete mechanische Rezeptorzellen haben. Da ist dann irgendein Gewicht drin und das berührt dann sozusagen immer an der Unterseite. Und dann wissen die, wie die orientiert sind. Es gibt sogar das Umgekehrte. Es gibt sogar, bei irgendeinem Wasserskorpion ist das glaube ich, da ist das kein Steinchen, sondern ein Luftbläschen. Also genau umgekehrt. Die Luftblase drückt immer nach oben und dann haben die mit Hilfe dieser Luftblase einen Lagesensor konstruiert.

Tim Pritlove

Pfliffig.

Stefan Brill

Also das ist schon toll, was da alles passiert. So, jetzt müssen wir aber mal zu dem eigentlichen mechanischen Rezeptor kommen. Das ist eine spezialisierte Nervenzelle und eine Nervenzelle ist ja jetzt etwas, was ein erregbare Zelle, die da also durch z.B. Temperatur, mechanische Einwirkung, olfaktorische Einwirkung, durch Einwirkung von Nachbarzellen, die irgendwelche Brotenstoffe heranschicken über synaptische Verbindungen, die dazu gebracht werden kann. Einen elektrischen Puls abzugeben, ein Aktionspotenzial. Und diese Nervenzellen, die müssen natürlich gegenüber der Außenwelt selber innen drin erstmal ein Potenzial aufbauen. Also diese Nervenzellen haben dann Proteine in den Zellwänden sitzen, die schaffen es, Kalium reinzupumpen und im Innenraum der Zelle eine höhere Kaliumkonzentration als in der Außenwelt zu haben. Und die sind sozusagen vorgespannt elektrisch, könnte man sagen. Kostet natürlich ein bisschen chemische Energie, das aufzubauen. Ist ja nicht kostenlos. Und wenn dann irgendein Reiz, für den die Zelle spezialisiert ist, des Weges kommt, dann schicken die einen elektrischen Impuls ab. Bei moderneren Nervenzellen läuft dann dieser Puls entlang des Axons und läuft irgendwo hin und stimuliert dort wiederum eine andere Nervenzelle. Und diese mechanischen Rezeptorzellen, diese jetzt Bewegungssensoren, das sind Nervenzellen, die es auch schon in diesen frühesten Formen gegeben hat. Also wie gesagt, diese statuolitischen Bläschen da, wo die innen drin saßen oder das gibt es bei den Fischen zum Beispiel um Wasserbewegungen an der Außenhaut wahrzunehmen. Die haben also unter den Schuppen, mit so kleinen Kanälen noch nach außen offen, haben die auch solche Rezeptorzellen, mit denen die ganz feine Wasserbewegungen wahrnehmen können. Wasserströmungen wahrnehmen können. Und bei den Fischen ist das eben im Gleichgewichtsorgan dann auch aufgetaucht, dass sie solche mechanischen Rezeptorzellen benutzt haben, um diese Gleichgewichtswahrnehmung zu machen. Und das sieht jetzt so aus, dass eine solche spezialisierte Nervenzelle... So konstruiert ist, dass es sich intern ein elektrisches Potential aufbaut und aufrecht erhält. Und wenn jetzt ein entsprechender Reiz kommt, wird ein Aktionspotential abgegeben. Und bei diesen sogenannten H-Zellen, das sind die, die eben diese mechanischen Rezeptoren haben, die haben oben auf dem Dach der Nervenzelle, muss man sich sowieso ein zylinderartiges Ding vorstellen, wo oben die Nervenzelle mit so einem Deckelchen abgeschlossen ist und oben aus diesem Deckelchen raus wachsen kleine Röhrchen. Das sind die sogenannten Stereozilien oder auch Kinozilien, je nachdem wofür die spezialisiert ist. Und diese kleinen Röhrchen sind normalerweise geschlossen, haben aber kleine Deckelchen. Das ist jetzt wirklich absolut im mikroskopischen Zustand. Also wir sind da schon auf der Größenordnung von großen Eiweißmolekülen. So klein ist das alles schon. Und diese aus der Zelle herausragenden Stereozylien oder Kinozylien, Die- machen dadurch, dass die jetzt verbogen werden, wenn durch einen mechanischen Reiz, durch eine Flüssigkeitsströmung oder durch eine direkte Berührung diese herausragenden, aus der Zelle herausragenden Röhrchen verbogen werden, dann gehen so kleine Deckelchen auf, die einen kurzfristigen Flüssigkeitsaustausch mit der Außenwelt ermöglichen. Dadurch ändert sich die Ionenkonzentration zwischen Innen- und Außenwelt und das führt dann dazu, wenn das ausreichend lange offen ist und wir reden hier also wirklich im Mikrosekundenbereich natürlich, wenn das ausreichend lange offen ist und genügend Austausch stattfinden kann, dann depolarisiert die Zelle, dann klappt die sozusagen kurzfristig in einen völlig anderen Zustand, sendet ein Aktionspotential aus, einen Puls entlang des Axons und hat somit weiter gemeldet hier ich wurde bewegt.

Tim Pritlove

Feuert los.

Stefan Brill

Ich wurde berührt. Feuert los. Und solche Zellen, die nennen wir, wenn sie bei uns im Innenohr sitzen, nennen wir Haarzellen. Und das hat jetzt überhaupt nichts mit Haaren zu tun und und Follikeln und was weiß ich, sondern die heißen deswegen so, weil die eben diese dünnen kleinen Röhrchen, diese Härchen oben drauf sitzen haben, die auf mechanische Verbiegung reagieren. Und solche Zellen sitzen jetzt in einem Verbund mit anderen Zellen auf der Basilarmembran drauf. Das waren diese Trennmembran in der Schnecke, die diese obere und untere Hälfte des Schneckengang- Durchmessers einer Windung voneinander getrennt haben. Und da sitzen jetzt eine ganze Reihe von solchen Haarzellen drauf. Und zwar im Querschnitt gesehen, wenn man also von der Mittelachse der Schnecke nach außen durchschneidet und sich das im Querschnitt anguckt. Sehen wir vier solche Zellen. Eine Zelle die innerste, das ist eine ist die innere Haarzelle. Natürlich gibt es davon tausende entlang der Schneckenwindung, aber im Querschnitt sehen wir jetzt erstmal nur eine. Und wir sehen drei äußere Haarzellen. Und die pflanzen sich in die Tiefe der Schnecke entlang der Windung entsprechend fort. Das heißt, wir haben sozusagen wie so ein ganzes Band von solchen Haarzellen. Wenn man das elektronenmikroskopisch anguckt und obendrauf guckt, dann sieht das aus wie so Grasbüschel, die aus einer Fläche herausschauen. Und diese Fläche ist die Oberfläche des kortischen Organs. Kortisch Organ heißt dieses Ganze, was auf der Baselameinbran drauf sitzt, weil das ein Herr Korty im 19. Jahrhundert mal mit damals den besten Mikroskopen sich angeschaut hat. Und diese Härchen, die dann aus dieser Fläche herausragen, die sehen wie gesagt so ein bisschen grasbüschelmäßig aus und die von den Inneren, die sehen aus wie so eine kleine Zeile, vielleicht so ein bisschen verbogen und die von den Äußeren, die sehen aus wie sie sind so v-förmig angeordnet. In der Spitze unten vom Pfarr vielleicht eingeknickt, dass das eigentlich eher so ein kleines W ist, aber die sind auf diese Art und Weise dann auf der Basilarmembran angeordnet.

Tim Pritlove

Ja.

Stefan Brill

So, die Basilarmembran hatten wir ja vorhin gesagt.

Tim Pritlove

Eine Frage habe ich. Ja. Ich hatte mit sowas schon gerechnet, du hast gesagt, da sind jetzt so Tausende. Wie viele Tausende? Also Zehntausende, Hunderttausende? Also wie viele?

Stefan Brill

Zwischen drei und viertausend ungefähr.

Tim Pritlove

Dreitausend, viertausend. Im Prinzip mein einfaches Gehirn sagt jetzt viertausend Härchen entlang dieser Membran bedeutet man kann so viertausend verschiedene Frequenzen unterscheiden.

Stefan Brill

Nee, ist natürlich wie immer viel, viel komplizierter. Also erstens mal besteht der Hörnerv selber. Der Hörnerv sind jetzt alles Axone, gebündelte Axone von Nervenzellen, aber nicht von diesen H-Zellen.

Tim Pritlove

Axone war jetzt nochmal was?

Stefan Brill

Axon ist dieser lange Ausläufer einer Nervenzelle entlang dem, das Aktionspotenzial läuft. Wenn man den Hörnerv anschaut, dann haben wir da ungefähr 30.000 Axone drin. Das heißt also da ist schon sozusagen mehr Informationsmöglichkeit zu drin zu kodieren, als wir Anzahl an H-Zellen auf der Basilarmembran haben. Und dann gibt es auch was, was man auch noch nicht so wahnsinnig lange weiß. Wenn man sich anschaut, in welche Richtung diese Wirkung der Verschaltungen ist, dann gibt es Axone, die Informationen vom Innenohr Richtung Hirn stammen, leiten. Und es gibt aber auch die umgekehrte Richtung. Es gibt aber auch Axone, die sozusagen in andere Richtungen laufen im Bereich der Kochlehr.

Tim Pritlove

Eine Rückmeldung.

Stefan Brill

Es gibt eine Rückmeldung.

Tim Pritlove

Das Hirn kann dem Hörnerven sagen, Informationen geben.

Stefan Brill

Ganz so weit rauf würde ich nicht gehen. Das findet also eher lokal statt. Aber man hat das eben mal genauer untersucht und man hat mal festgestellt, dass die äußeren Haarzellen, viel mehr Information bekommen, als sie wegschicken.

Tim Pritlove

Das ist mehr so eine Parametrisierung.

Stefan Brill

Die inneren Haarzellen, da ist das etwas zugunsten der Afferenten. Also Afferenten sind die, die hinaufgehen. Afferenten sind die, die herunterkommen. Vom Gehirn heißt das immer. Afferent ist immer was, was von der Peripherie zum Gehirn läuft. Und Afferent, was in die umgekehrte Richtung läuft. Jetzt kann man klassifizieren, wie viel Afferente gibt es, wie viel Afferente gibt es. Dann stellt man fest, dass man bei den inneren Haarzellen in der Mehrzahl afferente, das heißt, die liefern eher Informationen, als dass sie bekommen. Die äußeren Haarzellen, die wären weit, weit überwiegend afferent in der Welt. Die kriegen viel mehr Informationen, als sie selber liefern, können aber auch ein bisschen was liefern. Und dann hat man irgendwann festgestellt, als man diese Haarzellen mal rauspräpariert hat, äußere Haarzellen hat man mal eben im Labor präpariert, dann hat man festgestellt, die sich minimal in der Größe ändern können, wenn sie Information kriegen. Also die äußeren Hartzellen, die können sich so ein bisschen kontrahieren. Das heißt also, die dienen nicht nur als mechanische Rezeptoren und empfangen irgendwas, sondern die können offensichtlich auch sich kalibrieren, ein bisschen Information, mechanische Information abgeben. Die können also ein bisschen was tun sozusagen. Und das wird offensichtlich von dem System in der Basilarmembran genutzt, um einerseits noch mal zu verstärken und andererseits um noch Spektralen noch mal besonders scharf auflösen zu können. Das hat man dann natürlich vor langer Zeit hat man das mal versucht, natürlich im Tierversuch gemacht worden, hat man gesagt, ja was passiert denn eigentlich, wenn wir die einen ausschalten, was passiert denn eigentlich, wenn wir jetzt die äußeren Haarzellen mal kaputt machen, deaktivieren durch irgendeine vergiftende Droge, einen orthotoxischen, also ohrgiftigen Stoff, kann man gezielt die äußeren Haarzellen oder auch die inneren Haarzellen deaktivieren.

Tim Pritlove

Also man testet sozusagen, was verändert sich am Gesamts funktion, wenn man mal ein Ding rauslässt.

Stefan Brill

Man hat vorher schon gewusst, dass die Frequenzauflösungsfähigkeit des Ors unglaublich gut ist, indem man... Ganz ultra feine Elektroden in den Hörnerv gestochen hat, sodass man ein einzelnes Axon kontaktiert hat im lebenden Exemplar natürlich. Jetzt hat man also die Aktivität einer einzelnen Nervenzelle beobachtet.

Tim Pritlove

Im lebenden Exemplar eines...

Stefan Brill

Eines Tieres, eines Tieres natürlich. Ich weiß nicht womit das da ist. Es ist schon ewig her als das gemacht wurde, keine Ahnung. Vor 30 Jahren. Und ich glaube es ist an Katzen gemacht worden, aber beschweren möchte ich das nicht. Also man hat jedenfalls eine feine Nadel in ein Axon des Hörnervs eingestochen, kann also jetzt die Aktivität einer einzelnen Nervenzelle beobachten. Wohlgemerkt, das sind nicht die Haarzellen auf der Basilarmembran, sondern in der Mitte der Schnecke, so im Stamm der Schnecke drin, sitzen auch nochmal sehr sehr viele, das sind die Ganglehenzellen, das sind die eigentlichen, die den Hörnerv dann bilden durch ihre Axone. Und wenn man jetzt also ein Schallsignal von außen drauf gegeben hat und beobachtet hat, wann wird dieses Neuron aktiv, dann hat man festgestellt, dass ein einzelnes Neuron unglaublich scharf auf eine Frequenz gestimmt ist. Man kann also jetzt mit einem Signalgenerator, kann man jetzt verschiedene Frequenzen durchfahren und man kann jetzt bei tiefen Frequenzen, zu hohen Frequenzen so einen Sweep durchfahren und man beobachtet immer, wann ist denn der Nerv aktiv und kann gucken und dann gibt es...

Tim Pritlove

Wie ist denn da die Auflösung? Also wenn so ein Axon so auf eine bestimmte Frequenz reagiert, wie ist ja die Bandbreite?

Stefan Brill

Ja, so genau kann man das insofern nicht sagen, als dass dieser Nerv natürlich auch auf alle anderen Frequenzen ein bisschen reagiert, aber in extrem steil abnehmendem Maß. Ja.

Tim Pritlove

Ich sehe also, wenn ich… Aber genau dadurch kann man ja die Bandbreite gut messen. Also wenn man da jetzt so durchswiebt durch die Frequenzen, dann wird es ja irgendeine erste Frequenz geben, wo das Ding überhaupt reagiert.

Stefan Brill

Das geht unter Umständen schon ganz tief los, dass man so ganz wenig so spontane Aktivität, tröpfelsweise Aktivität des Nervs beobachtet und wenn ich mich dann immer mehr ran bewege, wird es immer fetter, dann wird das eigentlich muss man es umgekehrt machen, man muss gucken, man muss auch noch den Pegel so ändern, wie viel Pegel brauche ich, um das dann zu erreichen und dann stellt man fest, dass man für das Axon, was jetzt für eine bestimmte oder für die Frequenz, die man jetzt gerade erwischt hat, sage ich, dass man ein bestimmtes Axon erwischt hat, braucht man bei dieser Frequenz unheimlich wenig Pegel um trotzdem. Eine Aktivität zu sehen. Und sobald ich dann nur um wenige Hertz seitlich davon wegfahre, brauche ich wesentlich mehr Pegel, um überhaupt wieder Aktivität zu sehen. Das ist also, wenn ich in die Höhe aufzeichne, wie viel Pegel brauche ich, um Aktivität zu sehen und auf der X-Achse aufzeichne, bei welcher Frequenz mache ich das, dann habe ich so eine ganz scharfe, scharfe spitze das sind die sogenannten tuning oder abstimm abstimmungs kurven also wenn man das gucken würde tuning curves würde man das finden und das ist weil das so unglaublich scharf auf eine bestimmte frequenz anspringt ein bestimmtes neuron ist das eben auch interessant gewesen ja wie kann das überhaupt sein wir waren ja vorhin bei dieser schwingenden teppichblase das wäre damit wäre das gar nicht erklärbar. Und wenn man aber jetzt diese Situation hat und in dieser total scharf abgestimmten Situation auf eine bestimmte Frequenz die äußeren Haarzellen kaputt macht, indem man die durch Einbringen von irgendwelchen orthotoxischen Substanzen in die Kochlea gezielt ausschaltet, dann geht auf einmal diese Schärfe total verloren. Dann wird das auf einmal viel Frequenz stumpfer. Ganz genau. Und das ist halt dann der Anlass gewesen, die Annahme zu machen, dass die äußeren Haarzellen dadurch, dass sie selber Information kriegen, dass sie selber mechanisch aktiv werden, dass die dazu beitragen durch entsprechende Komplexe und ich glaube, das ist bis heute nicht völlig aufgedröselt, was da im Detail wirklich abläuft, dass man also einerseits nochmal sehr schwache Signale verstärkt in der Kochlehr dadurch, dass man diese Zusatzschwingaktivität der äußeren Haarzellen hat und andererseits zusätzlich diese spektrale Schärfung erreicht, dadurch dass man sagt, oh hier, was hört ihr denn, so wie wir es vorhin hatten, Was hört ihr denn gerade? Und ich feuer jetzt mal genau asynchron dagegen, damit wir da diese Störfrequenz, die eigentlich nicht die ist, die wir haben wollen, an der Stelle sozusagen abdämpfen.

Tim Pritlove

Ich würde das so als eine automatische Kalibration verstehen oder zumindest auf so eine adaptive Wahrnehmung, die auch noch funktioniert, Marc.

Stefan Brill

Ja, da muss man ein bisschen vorsichtig sein, weil in der realen Welt kommen ja nicht nur Sinustöne vor. Wenn man das mit einem Sinus-Ton, also mit einer monochromatischen, können wir sagen, Frequenz, also nur eine einzige Frequenz untersucht, dann kann man diese ganzen Eigenschaften haarklein rausholen. Aber in der realen Welt hat man ja immer ein spektrales Gemisch aus vielen, vielen Dingen, die gleichzeitig stattfinden. Und da geht es dann vielleicht eher darum, nicht... Die eine Frequenz, die man jetzt gerade hat, möglichst genau festzustellen, sondern sie möglichst von vielen anderen konkurrierenden Benachbarten gut unterscheiden zu können. Solche Dinge sind dann vielleicht wichtiger. Also zum Beispiel die harmonische Struktur von einem komplexen Signalgut aufdröseln zu können. Das ist dann unter Umständen der eigentliche Grund, warum das sich so gebildet hat.

Tim Pritlove

Ich lasse das mit der Kalibration mal raus, weil das immer irgendwie impliziert. Man hätte jetzt irgendwie so ein Testsignal oder ein Referenzsignal, auf das man sich dann einfuchst. Das meinte ich jetzt auch gar nicht sein. Adaptiv vielleicht in dem Sinne, dass einfach dieses Ohr kann sich auf Basis von was auch immer das ist, auf die Situation einstellen und damit einfach die gesamte Messschärfe, die sich aus der Wahrnehmung dieser inneren Haarzellen, dieser primären Wahnnehmer einstellen, indem sich die korrelierenden äußeren Haarzellen dann in Länge und was weiß ich, welchen Eigenschaften noch entsprechend anpasst und am Ende, da wo das zusammen läuft, dass also die Nervenzellen, wie hießen die jetzt nochmal, die letztlich den Hörnerv dann ausmachen kann, hast du es glaube ich genannt.

Stefan Brill

Das sind die Ganglienzellen oder Spiralganglienzellen, weil die sitzen dann sozusagen nicht mehr.

Tim Pritlove

Also die sammeln quasi diese Information und deren Ausgabe, deren Axone, das ist das, was letzten Endes gebündelt zum Gehirn geleitet wird und gesagt wird, Das ist das, was wir jetzt hier gerade sehen.

Stefan Brill

Mach was draus. So kann man das sagen.

Tim Pritlove

Ja, ich glaube, ab dort kommen wir dann auch schon in ein anderes Thema, oder? Also ich meine, sich jetzt hier über die Wahrnehmung und Auswertung des Hirns, diese Information zu beschäftigen, ich hatte ja auch schon mal eine Sendung zum Thema Hirn, ich muss sagen, das war wirklich, glaube ich, der CAA, der mich am meisten zerpflückt hat, weil ich da einfach, also da bin ich dann auch einfach nicht mehr, also da reicht einfach meine intellektuelle Kapazität irgendwie nicht mehr aus oder vielleicht habe ich auch nur irgendwas verstanden, aber das ist einfach nochmal anderer Komplexitätsgrad. Ich würde es jetzt an der Stelle erstmal darauf beschränken, du hast noch eine wichtige Anmerkung.

Stefan Brill

Ich hätte insofern noch eine wichtige Anmerkung als dass die landläufige Vorstellung ist ja immer, das geht einfach nur von außen nach innen. Da wird einfach nur von außen was angenommen, irgendwie vorverarbeitet, vielleicht ein bisschen Spektral geschaffen, dann wird das so zack, zack, zack, weitergeleitet. Aber das geht schon über die, also es geht über die gesamte Hörbahn von der Kochlehrer bis ganz rauf, sind immer wieder rauf-runter Kommunikation permanent.

Tim Pritlove

Also im Verlauf des Hörnervs.

Stefan Brill

Im Verlauf, im Verlauf des, der Hörnerv, der endet ja jetzt erst mal an der Eintrittsstelle im Hirnstamm. Da haben wir jetzt die erste Vorverschaltung, da ist dann das nächste Neuron in der Kette. Also das erste waren die Spiralganglehenzellen, deren Axone sind der Hörnerv, die münden in den Hirnstamm ein. Da ist dann die nächste Schaltstelle, die kriegen dann die Axone per synaptischer Verschaltung. Die machen dann was drauf, die leiten das wiederum weiter, kommunizieren miteinander. Die nächste Ebene tut das auch und zwar jetzt auch gegenseitig von einer auf die andere Seite. Da finden dann so diese Auflösungsrichtungshörwahrnehmungsvorverarbeitungsschritte schon statt. Aber das, was daran so interessant ist, ist, dass nicht nur draußen in der Peripherie, die alle schon vorwärts, rückwärts miteinander sprechen und solche Dinge wie diese spektrale Schärfung durch die äußeren Haarzellen machen und sozusagen schon immer rückmelden, was habt ihr denn von oben und ich mache deswegen aber ein bisschen was anderes, sondern das zieht sich über mehrere Stufen hinweg, dass es immer wieder rauf und runter geht und und zwar sogar bis hoch in, sagen wir mal so peripherere Hörerwartungen. Wenn man jetzt zum Beispiel solche Dinge hat wie ein repetitives Signal, irgendwas was immer klick klick klick klick klick macht, ein relativ primitives Signal und dann kommt auf einmal was anderes. Klack. So was. Kann man auch beliebig komplex konstruieren. Dann ist es offensichtlich, dass von oben herunter erkannt wird, das ist was repetitives. Und dann wird sozusagen schon in die Peripherie weitergeleitet eine Voraussage, wie das jetzt kommt. Und dadurch, dass auf einmal ein Widerspruch auftritt, reagiert das System auf einmal ganz anders. Das kann man sogar messen, indem man mit EEG-Ableitungen entsprechende Experimente macht, dass man sozusagen ganz vergleichsweise kleine Signale bekommt, wenn das System erst mal ein paar Mal eine Repetition desselben gehört hat und erst dann, wenn was anderes kommt, kriegt man auf einmal einen ganz großen Ausschlag, eine ganz große Reaktion auf das jetzt rausfallende.

Tim Pritlove

Das ist aber jetzt bestimmt nichts, was jetzt nur beim Hören der Fall ist, sondern das wird sich wahrscheinlich auch in ähnlicher Form beim Sehen, Fühlen etc.

Stefan Brill

Auch feststellen lassen. Und um das jetzt vielleicht nicht allzu weit auszubreiten, aber es ist unter Umständen auch an diesen Rückkopplungsschleifen, die da existieren, dass von oben Informationen reingeschaltet wird, weil von oben irgendeine Erwartung oder Vorberechnung erfolgt ist und von unten dann immer sozusagen die reale Information nachkommt, die das wieder beeinflusst. Es ist auch denkbar, dass solche Dinge wie Tinnitus zum Beispiel ein bisschen außer Ruder laufen, diese Rückkopplungsschleifen sind.

Tim Pritlove

Also falsche Erwartungshaltung sozusagen.

Stefan Brill

Solche Dinge oder dass auf einmal aus irgendwelchen Gründen von unten die Information nicht mehr kommt, aber die Rückkopplungsschleife oben eigentlich noch gerne was machen würde, aber nicht mehr zum Korrigieren oder zum Erwarten hat, an dem sie arbeiten kann. Das ist jetzt ein bisschen sehr weit aus dem Fenster gelehnt, aber diese, damit können wir das an der Stelle aber abschließen, Diese vergleichsweise naive Vorstellung, dass da einfach nur wie ein Kabel von unten nach oben wird, das einfach weitergeleitet und am oben sitzt ein kleines Männchen mit dem Ohr und das hört dann, das ist völliger Quatsch. Also da sind ständig immer schon irgendwelche Vorverarbeitungsschritte auf allen Ebenen, die ablaufen und die bis heute noch bei weitem nicht vollständig verstanden sind.

Tim Pritlove

Puh, ganz schön was los für das bisschen Hören. Aber es ist spannend. Jetzt haben wir natürlich hier die ganze Zeit von einem idealen Menschen gesprochen, bei dem irgendwie immer alles super funktioniert, abgesehen jetzt von den den unterschieden Einzelner. Ja, es gibt halt Leute, die können besser hören, können schlechter hören, keine Ahnung. Geht ja auch mal was schief, geht ja auch mal was kaputt. Was ist denn so überhaupt der anfälligste Bereich? Über Trommelfeldproblematiken haben wir ja schon gesprochen, hast ja gesagt, das ist so täglich Brot in der HNO-Klinik. Ist denn alles andere relativ stabil?

Stefan Brill

Ne, also das Empfindlichste ist das, worüber wir gerade gesprochen haben, nämlich das kautische Organ mit den Haarzellen.

Tim Pritlove

Die Schnecke.

Stefan Brill

Die Schnecke, genauer gesagt, also das sensorische System, was auf der Basilarmembran drauf sitzt. Das hat ja grundsätzlich mal die Schwierigkeit, wenn man wenn man das schön fein und empfindlich bauen will, dann kann man da nicht so eine dicke Ader hin flanschen, die das alles immer schön stabil mit Nährstoffen und allem möglichen versorgt und mit Sauerstoff und so weiter, sondern das wird natürlich immer immer fein zisselierter, bis es am Ende eigentlich praktisch nur noch über Diffusionen zu einer Nährstoffversorgung geht. Und in der Kochlehr drin haben wir selber eigentlich nur noch ein paar wenige Kapillaren, die das gotische Organ mit Blut und Nährstoffen versorgen. Das ist der empfindlichste Teil. Und das ist auch der Teil, wo es zum Beispiel durch Schalltrauma, also zu hohe Lautstärke, zu Schädigungen kommen kann. Ganz primitiv, mechanisch werden bei diesen Haarzellen einfach die Härchen abgeknickt. Manchmal regeneriert sich das wieder und ist dann wieder so gut wie vorher. Aber manchmal bleiben diese Schädigungen auch permanent, was dann wiederum dazu führt, dass die Haarzellen abgebaut werden oder einfach ihre mechanische Rezeptorfunktion nicht mehr wahrnehmen können. Und die Gründe, die jetzt, wenn man mal pauschal sagt, wer hat Hörverlust und auf welche Ursache ist der Hörverlust zurückzuführen, dann wird einem mehr oder weniger jeder sagen, naja, so 80, 90 Prozent aller Hörverluste ist im Innenort zu suchen, ist auf der Basilarmembran der Schnecke zu suchen. Dass wir da Haarzellen haben, die einfach nicht mehr das tun, was sie ursprünglich mal getan haben. Natürlich genetische Defekte, das ist noch mal was anderes. Also Missbildungen gibt es natürlich auch. Erbliche Taubheit gibt es auch. Und dann haben natürlich noch die Sachen, die... Im Mittelohr ablaufen können, wenn wir also im Mittelohr dauerhaft irgendwelche Entzündungen haben und sich das nicht so richtig in den Griff kriegen lässt, dann kann das auch dazu führen, dass die Gehörknöchelchen in Mitleidenschaft gezogen werden oder dass der der Knochenbildungshaushalt da so ein bisschen außer Kontrolle gerät und dass wir dort eine Verknöcherung haben Und dass sich die Gehörknöchlichen zum Beispiel festwachsen und nicht mehr beweglich sind. Also das kann schon mal sein, dass die Fußplatte vom Stapes einfach mit dem umgebenden Knochenrand nach einer Infektion anfängt zu verwachsen. Und einfach mechanisch die...

Tim Pritlove

Stapes ist der Steigbügel.

Stefan Brill

Stapes ist der Steigbügel, Entschuldigung. Ja. Damit einfach nur eine mechanische Problematik da ist. Und das ist auch das, was an den Kliniken bei den Leuten, die sich damit medizinisch beschäftigen, immer die große Trennlinie ist. Ist das etwas, was mechanisch durch noch auf dem akustisch-mechanischen Wege passiert ist? Also haben wir eine Mittelohrproblematik oder haben wir einen Einriss des Trommelfells? Ist das Trommelfell unter Umständen komplett zerstört und kann gar nicht mehr rekonstruiert werden? Das ist eben die Sache, wo es um die Schallweiterleitung geht. Das ist etwas, was man manchmal noch ganz gut in den Griff kriegt. Also durch eine entsprechende Operation. Man kann zum Beispiel die Gehörknöchlichen durch kleine Prothesen ersetzen. Es gibt so kleine Titanengehörknöchlichen, um das mal so salopp zu formulieren.

Tim Pritlove

Die dann den Hammer und Ambus ersetzen?

Stefan Brill

Ja, je nachdem was genau los ist, kann man zum Beispiel, es kann zum Beispiel sein, dass nur der Steigbügel hinüber ist. Und dass man also eine Art kleinen Ersatzsteigbügel aufsetzt, wenn Hammer und Ambus noch da sind, oder dass man im extremen Gegenfall das Trommelfell und alle Gehörknöchlichen weg sind, komplett alles kaputt ist und das dann das natürlich chirurgisch entsprechend aufwendig. Da muss man natürlich Leute haben.

Tim Pritlove

Ich staune gerade, dass das überhaupt geht. Ich meine, das ist ja jetzt auch kein besonders gut zugänglicher Bereich da. Da muss schon eine Operation, weiß nicht wie viel man da rum schnippeln muss.

Stefan Brill

Ja, man muss schon was tun. Man muss natürlich auch darauf aufpassen, dass man nichts anderes kaputt macht. Also es gibt gerade da in der Gegend gibt es zwei Nerven, die laufen da vorm Mittelohr entlang bzw. Einer läuft sogar wirklich durchs Mittelohr durch, zwischen den Gehörknöchlichen durch und das ist der Nerv, der die Zungenspitze innerviert und ein Teil des Geschmacksinnens macht, das die Corda tympani nennt sich der Nerv.

Tim Pritlove

Darf man auch nicht gerade mal reintreten?

Stefan Brill

Darf man? Nee, sonst ist... Also das ist noch nicht ganz so schlimm, weil die Zunge nicht nur von dem und man hat ja noch die andere Hälfte.

Tim Pritlove

Ja, aber ich sehe schon, das ist so. Also nicht so schön.

Stefan Brill

Ja, was richtig doof ist, ist der faciales Nerv. Das ist der, der die Gesichtsmuskulatur ansteuert. Und wenn der mal so richtig betroffen ist, dann haben die Leute unter Umständen auf einer Seite gar keine Mimik mehr oder kriegen ihr Auge nicht mehr zu oder solche schrecklichen Mimik.

Tim Pritlove

Wie man das auch so bei Lähmung durch, sag ich schon, hier durch Hirnschlag auch mal abkennen kann.

Stefan Brill

Ja. natürlich der Chirurg, der sowas macht, muss dann natürlich sich enorm auskennen. Zum Glück haben wir hier in dem Land wirklich ein ziemlich hohes Niveau, aber das ist natürlich richtige Fitzelarbeit.

Tim Pritlove

Na aber schon erstaunlich. Das zeigt ja zumindest, dass es auch alles soweit schon verstanden ist, wenn man solche Techniken umsetzen kann, dass das jetzt hier auch alles gar kein Voodoo mehr ist, sondern dass man eigentlich genau weiß, wie es eigentlich zu funktionieren hat und dann auch die Möglichkeiten hat, entgegenzuarbeiten. Jetzt arbeitest du ja an Hörgeräten insbesondere. Vielleicht kannst du nochmal deine eigentliche Aufgaben, Schwerpunkte nochmal kurz zusammenfassen, weil wir hatten so am Anfang alles Mögliche angesprochen.

Stefan Brill

Also angefangen in dieses Fachgebiet reingekommen bin ich als Entwicklungsingenieur und ich habe von einem damals neu entwickelten Cochlea Implantatsystem habe ich die Signalverarbeitung programmiert. Also das war noch mit einem richtigen DSP, einem richtigen Digital Signal Processor, der hat dann eben das, was die Schnecke nicht mehr konnte, sozusagen digital berechnet. Und den habe ich damals programmiert und ich bin dann aber, also war Entwicklungsingenieur in dem Bereich, und bin dann so nach und nach eher in die Forschungsrichtung rübergedriftet und habe dann parametrische Hörexperimente mit vielen Patienten mit solchen Implantatsystemen gemacht und bin jetzt inzwischen seit einigen Jahren an einer Klinik als, wie man das so schön nennt, als Audiologe, also jemand, der sich um einerseits natürlich die Forschung in diesem Bereich kümmert und andererseits aber auch mit Patienten zu tun hat, die solche Implantatsysteme erhalten und die natürlich eine hohe Notwendigkeit haben, dass diese Implantatsysteme individuell auf die Patienten eingestellt und angepasst werden müssen. Und das ist jetzt mein heutiger oder derzeitiger Hauptarbeitsbereich.

Tim Pritlove

Das heißt, du mit den klassischen Hörgeräten in dem Sinne hast du so nichts zu tun und auch nichts zu tun gehabt. Hatte ich bisher nichts zu tun. Aber vielleicht kommen wir da noch... Du kennst das ja, das klassische Hörgerät, also wenn man jetzt schwer hört, das klassische Schwerhörige, nimmt dann ein Hörgerät, da geht es dann erstmal um die reine Verstärkung.

Stefan Brill

Da geht es einfach erstmal nur um eine Schallwellenverstärkung.

Tim Pritlove

Da liegt dann in der Regel eine Schwächung von was vor, also ist es dann das Trommelfell, was sich nicht mehr so gut bewegt oder ist es so die Mechanik, die ein bisschen eingerostet ist?

Stefan Brill

Ja, es ist eigentlich eine große Anzahl an Patienten, die ein Hörgerät brauchen, sind natürlich ältere Leute und die hören von den hohen Frequenzen herkommen, schlechter und schlechter. Und da gehen dann so zwei Sachen Hand in Hand. Einerseits so ein langsames Abbauen oder kaputt gehen, der... Nerven der Haarzellen in dem hochfrequenten Bereich und andererseits gibt es aber wohl auch eine altersbedingte langsam Graduell zunehmende Versteifung der Basilarmembran also die wird nach und nach immer weniger gut schwingfähig und beweglich Und das ist dann eben die Presbyakusis die sogenannte Altersschwerhörigkeit und die kommt meistens von den hohen Frequenzen her beginnend und Die Leute haben dann manchmal so eine ganz widersprüchliche angabe die denken sie hören ja noch alles weil sie die tür noch Zufallen hören genauso gut wie früher aber das ist halt ein tief frequent des plumpes oder irgendwie den nachbarn hören sie auch noch weil der rumpelt Ein, bisschen rum die tiefen frequenzen gehen dann noch aber sobald es dann um sprache verstehen angeht wo man Die höheren mittleren und höheren frequenzen zwingend braucht um das auflösen zu können da verstehen die dann halt nichts mehr und denken erst Mal alle nuscheln nur noch ja und projizieren das auch nach außen so redet doch mal ordentlich ich höre ich höre ich verstehe euch eigentlich das ist aber dann oft eben ein von den hohen frequenzen her herkommender zunehmender hörverlust und diese hörverluste die kann man natürlich bis zu einem gewissen grad mit einer verstärkung der schallwellen ausgleichen indem man hörgeräte baut die dann eben in den frequenzen wo weniger gutes hören noch vorliegt, entsprechend mehr Schall abgeben.

Tim Pritlove

Das kann man wahrscheinlich nicht beliebig steigern, weil das erzeugt ja dann auch wiederum mehr Stress in der Schnecke, aber zumindest in einem bestimmten Maße lässt sich das damit dann verbessern.

Stefan Brill

Also die Hörgeräte, die haben da eine Limitierung nach oben, was einfach möglich ist und zwar auch eine Limitierung, die daher kommt, weil die Hörgeräte natürlich ein Mikrofon brauchen. Mit dem Mikrofon können, die Hörgeräte sich selber hören. Das wird zwar in den Hörgang abgegeben, aber so ein bisschen was kommt ja doch wieder draußen beim Mikrofon an und dann fangen die Dinge an, Rückkopplungen zu kriegen, fangen an zu pfeifen. Dann brauchen die Leute immer dichter und strenger abdichtende Ohrstöpsel, damit das nicht passiert und dann ist das unangenehm zu tragen und dann ändert sich es auch und die Leute wackeln dran rum. Also Hörgeräte haben bis zu einem bestimmten Punkt eine sehr gut funktionierende Lösung, aber irgendwann hört es auf. Und dann gibt es als nächste Stufe, gibt es heute, das gibt es noch nicht so wahnsinnig lange, Mittelohrimplantate, da wird also ein kleiner mechanischer Schwinger. An die Gehörknöchelchen angeflanscht. So wirklich so mikroskopisch kleines und schwingender Anker in der Spule, der entsprechend angesteuert wird. Und der muss dann natürlich mikrochirurgisch an die Gehörknöchelchen angedockt werden in irgendeiner Form.

Tim Pritlove

Das ist dann quasi ein Trommelfellersatz?

Stefan Brill

Nee, das Trommelfell ist dann nach wie vor noch da. Das ist also auch im Prinzip für eine Schwerhörigkeit des Innenohres gedacht. Aber mit denen kommt man nochmal ein ganzes Stück weiter als mit Hörgeräten.

Tim Pritlove

Aber was verstärken die denn dann?

Stefan Brill

Die haben selber ein Mikrofon. Die sitzen nicht nur alleine im Innenohr drin, sondern außen auf dem Ohr sitzt ein Hörgerät drauf oder so eine Art von Hörgerät. Es sitzt genauer gesagt etwas hinter dem Ohr. Da ist ein Mikrofon drin. Eine digitale oder analoge Elektronik, die das Frequenz spezifisch verstärkt. Und unter der Haut sitzt dann ein Gegenstück der Empfänger. Der kriegt entweder digital oder analog, kriegt übertragen, was das System außen hört und gemäß seiner patientenspezifischen Programmierung gesagt bekommen hat, was es damit anfangen soll. Das wird nach innen übertragen und das geht dann ans Mittelohr weiter und führt da zu einer ausgeprägten Schwingung, die dann ans Innenohr übertragen wird. Das geht aber auch nur für bestimmte...

Tim Pritlove

Das heißt, es arbeitet dann quasi parallel zum Trommelfell.

Stefan Brill

Könnte man so sagen. Es dominiert aber das, was das Trommelfell tut.

Tim Pritlove

Aber es ist schon richtig, ja. Das Trommelfell wird so mehr oder weniger... Also es wird nicht entfernt, es wird auch nicht benutzt, es wird so mehr oder weniger außer Betrieb genommen, weil die Hauptinformation sozusagen nur noch vom Angriff. Also von daher ist es schon ein Trommelfellersatz. Könnte man so sagen.

Stefan Brill

Es gibt natürlich das, was ich vorhin gesagt habe, es gibt natürlich auch die Patienten, bei denen die ganze Geschichte im Mittelohr jetzt schon nicht mehr intakt ist. Also wo die Gehörknöchlichen vielleicht gar nicht mehr existieren, weil irgendwelche schweren Entzündungen die zerstört haben oder sonst was nicht. Da kann man diese Mittelohrimplantate aber trotzdem auch einsetzen. Man muss nur mit anderen mechanischen Maßnahmen den Schall dann in die Kochlea reinbringen. Da kommen dann diese kleinen Metallprothesen ins Spiel, die ich vorhin erwähnt hatte. Da kann man also Kombinationen aus diesen Mittelohrschwingern und diesen Stapes, also Steigbügelprothesen, nehmen und kann auf die Art und Weise das Schallsignal, was man am Ende in der Schnecke wieder haben möchte, auf diesem Wege dort reinbringen. Voraussetzung ist natürlich, dass die Schnecke per se noch halbwegs gut hört. Man macht das jetzt normalerweise nicht, wenn die Schnecke noch normalhöhrend ist. Das ist ja Quatsch. Die Schnecke hat schon ihren Hörverlust, am Mittelohr stimmt aber auch irgendwas nicht mehr und dann geht man mit einem Mittelohrimplantat ran. Aber das ist natürlich nichts, was man beim Hörgerät der Akustiker um die Ecke kriegt, sondern da muss man halt an die Klinik und das muss operativ eingesetzt werden. Ein solches Implantat. Und die nächste Stufe, das ist dann die Stufe, die die harte Sache ist, wenn ich also in der Schnecke, keine Möglichkeit mehr habe diese von außen kommenden mechanischen Anregungen überhaupt wahrzunehmen, weil die Haarzellen nicht mehr da sind, kaputt gegangen sind durch Ertaubung, durch eine Infektion oder sonst eine Ursache, dann kann ich mit mechanischer

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Der Interview-Podcast mit Tim Pritlove

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