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Mittels optisch induzierter Stimulation der Cochlea lassen sich Summenaktionspotentiale, vergleichbar mit akustisch evozierten Potentialen, erzeugen. Laserpulse lassen sich äußerst ortsgenau und damit aufgrund der Tonotopie der Cochlea frequenzspezifisch applizieren, womit die Einschränkungen gewöhnlicher Hörgeräte, wie auch von elektrischen Cochlea-Implantaten, überwunden werden könnten. Um die grundlegenden Mechanismen der Zellanregung mittels Laserlicht zu erforschen, wurden Einzelzelluntersuchungen vorgenommen.

Spiralganglienzellen wurden mit Laserpulsen einer Wellenlänge von 1860 nm unter Variation der Laserparameter Pulsdauer (10 µs–20 ms) und Pulsspitzenleistung (PSL) bestrahlt und deren elektrophysiologische Reaktionen per Patch-Clamp-Technik gemessen. Weiterhin wurden die entsprechenden Temperaturänderungen und die direkte Druckerzeugung durch Laserpulse untersucht.

Die durch Laserlicht stimulierten Zellen zeigen eine Veränderung ihres Membranstromflusses, die linear von der PSL abhängt. Bei konstanter PSL kommt es ab einer Pulsdauer von 200 µs zu einer Sättigung. Bei Messungen des Membranpotentials konnten geringe Depolarisationen festgestellt werden, welche jedoch nicht ausreichten, um Aktionspotentiale zu generieren. Die Temperatur- und Druckänderungen waren stark abhängig von den Laserparametern.

Die Ergebnisse zeigen, dass die thermischen Auswirkungen der Laserbestrahlung mit Pulslängen im µs- bis ms-Bereich zwar zu Zellreaktionen führen, diese jedoch nicht ausreichen um Aktionspotentiale zu generieren. Zusammen mit Ergebnissen aus in vivo Experimenten, durchgeführt mit vergleichbaren Laserparametern, unterstützt dies die Annahme, dass der vorherrschende Mechanismus der laser-induzierten Cochlea-Stimulation optoakustischer Natur ist.

Unterstützt durch: Diese Studie wurde unterstützt durch das 7. Forschungsrahmenprogramm der Europäischen Union (FP7), Forschungsprojekt ACTION.

Der Erstautor gibt keinen Interessenkonflikt an.