Verarbeitung binauraler Informationen im Cortex von kongenital gehörlosen Tieren

• Antragsteller: Professor Dr. Andrej Kral
• Fachliche Zuordnung: Klinische Neurologie; Neurochirurgie und Neuroradiologie
• Förderung: Förderung von 2006 bis 2013
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 27910870

• Erstellungsjahr: 2014

Zusammenfassung der Projektergebnisse

Im Rahmen dieses Projekts sollte die Sensitivität des primären auditorischen Cortex auf binaurale Informationen bei angeborener Gehörlosigkeit untersucht werden. In den durchgeführten Experimenten wurde das Feld A1 von hörkompetenten und gehörlosen Tieren mittels Oberflächenpotentialen karthographiert und danach an Gebieten mit maximalen Antworten, Einzel- und Mehrzellaktivität bei unterschiedlichen interauralen Zeit- und Intensitätsdifferenzen von elektrischen Reizen in den Feldern A1 und PAF abgeleitet. Die Elektroden (zwei Mehrfachelektroden vom Typ „Michigan“) wurden dabei im maximal erregten Bereich des Feldes A1 unbewegt gelassen, im Feld PAF wurden bis zu 20 unterschiedliche Positionen mit der Michigan Multielektrode abgeleitet. Zusätzlich wurden visuelle und auditorische Stimuli randomisiert präsentiert und Doppelableitungen in den Feldern DZ (sekundär aufditorisch) und PMLS (visuell) durchgeführt. Die Elektrode wurde dabei mit DiI oder DiO beschichtet. Nach dem Experiment wurden die Tiere transkranial perfundiert und das Gehirn histologisch aufgearbeitet. Unsere bisherigen Untersuchungen konnten zeigen, dass die Sensitivität für binaurale Eigenschaften auch bei kongenitaler Gehörlosigkeit im primären auditorischen Cortex rudimentär erhalten bleibt. Die cortikale Repräsentation von jedem Ohren ändert sich in der Zeit und verursacht dynamische Zeitortskarten, deren Eigenschaften durch Gehörlosigkeit betroffen sind. Auch die Repräsentation der binauralen Eigenschaften im Feld A1 ist stark modifiziert. Letztendlich konnten wir einen Verlust der kortikalen Spezifizität für das contralaterale Ohr bei Gehörlosigkeit nachweisen. Die beschriebenen Defizite liegen hauptsächlich in den Eigenschaften, die direkt von cortikalen Zellen generiert werden und nicht von subkortikaler Verarbeitung „vererbt“ werden: die Parameter der IZD-Zeitfunktionen bleiben erhalten, verändert waren lediglich die cortikalen Antworteigenschaften: die Anzahl der binaural stimulierbaren Neurone, die cortikale Mikrodynamik und die aurale Repräsentation - alles Eigenschaften, die zu einem signifikanten Umfang von der cortikalen Verarbeitung determiniert werden. Die cortikale binaurale Verarbeitung bleibt zumindest rudimentär erhalten: einzelne Zellen im Cortex zeigten bemerkenswerte Änderungen der Feuerrate bei sich ändernder interauraler Zeitdifferenz. Aus diesen Daten kann geschlossen werden, dass durch Fehlen der Hörerfahrung spezifisch die thalamocortikalen Schaltkreise betroffen sind. Zusätzlich zeigen unsere Arbeiten, dass die cortikale Repräsentation des auditorischen Raumes sich nur mit Hörerfahrung etablieren kann.

Projektbezogene Publikationen (Auswahl)

• (2006): Brain plasticity under cochlear implant stimulation. Adv Otorhinolaryngol 64: 89-108
  Kral A, Tillein J
  
• (2006): Cochlear implants: Cortical plasticity in congenital deprivation. Prog Brain Res 157: 283-314
  Kral A, Tillein J, Heid S, Klinke R, Hartmann R
  
• (2007): Unimodal and cross-modal plasticity in the “deaf” auditory cortex. Int J Audiol 46: 479-493
  Kral A
  
• (2007): What’s to lose and what’s to learn: development under auditory deprivation, cochlear implants and limits of cortical plasticity. Brain Res Rev 56(1): 259-269
  Kral A, Eggermont JJ
  
• (2009): Spatiotemporal patterns of cortical activity in congenital deafness. J Neurosci 29(3):811-827
  Kral A., Tillein J., Hubka P., Schiemann D., Heid S., Hartmann R., Engel, A.K.
  
• (2010): Congenital auditory deprivation disrupts cortical representation of interaural time. Cereb Cortex 20: 492-506
  Tillein J., Hubka P., Schiemann D., Syed E., Hartmann R., Engel, A.K., Kral A.
  
• (2010): Crossmodal plasticity in specific auditory cortices underlies visual compensations in the deaf. Nat Neurosci 13: 1421-1427
  Lomber SG, Meredith AM, Kral A
  
• (2011) Adaptive crossmodal plasticity in deaf auditory cortex: areal and laminar contributions to supranormal vision in deaf. Prog Brain Res 191: 251-270
  Lomber AG, Meredith AM, Kral A
  
• (2011): Sensitivity to interaural time differences with binaural implants: is it in the brain? Cochlear Implants Int 12 suppl. 1: 44-50
  Tillein J, Hubka P, Kral A
  
• (2012): Development of brainstemevoked responses in congenital auditory deprivation. Neural Plasticity 182767
  Tillein J, Heid S, Lang E, Hartmann R, Kral A
  
• (2012): Developmental neuroplasticity after cochlear implantation. Trends Neurosci 35(2): 111-122
  Kral A, Sharma A
  
• (2013): Auditory critical periods: a review from the system‘s perspective. Neuroscience 247:117-133
  Kral A
  
• (2013): Reorganization of connectivity of cortical field DZ in congenitally deaf cat. PLoS One 8(4): e60093
  Barone P, Lecassagne L, Kral A
  
• (2013): Single-sided deafness leads to unilateral aural preference within an early sensitive period. Brain 136: 180-193
  Kral A, Hubka P, Heid S, Tillein J
  
• (2013): Unilateral hearing during development: hemispheric specificity in plastic reorganizations. Front Syst Neurosci 7:93,1-13
  Kral A, Hubka P, Heid S, Tillein J