Wie Neuronen Lärmbelastungen ausgleichen

Das Gehirn kann erkennen, wann ein Geräusch endet und so beispielsweise Gesprächspausen erkennen – auch nach schädlichen Lärmpegeln. Forschende der LMU haben nun aufgeklärt, wie der Hörapparat solche Lärmbelastungen ausgleicht.

Wenn ein Geräusch verstummt, erzeugt unser Hörapparat eine präzise „Offset“-Reaktion, die diesen Moment markiert. So kann das Gehirn die Dauer eines Geräusches messen und kurze Pausen in Kommunikationssignalen, zum Beispiel in Gesprächen, erkennen. Forschende der LMU haben nun aufgeklärt, wie das Gehirn diesen entscheidenden Aspekt des Hörens – die Fähigkeit, zu erkennen, wann ein Geräusch endet – bewahren kann, wenn es zuvor schädlichen Lärmbelastungen ausgesetzt war.

„Eine Situation, in der unser Gehör durch Lärm geschädigt wird, tritt heutzutage in lärmbelasteten städtischen Umgebungen immer häufiger auf“, sagt Neurobiologin Conny Kopp-Scheinpflug, Professorin am Biozentrum der LMU und Leiterin der neuen Studie. Sie und ihr Team wollten deswegen verstehen, wie das Gehirn mit solchen Lärmbelastungen umgeht. Die Ergebnisse der Studie sind in „The Journal of Physiology“ publiziert.

Mausmodell zur Untersuchung der Neuronen im SPN

In einem Mausmodell entstehen die Signale, die das Ende eines Geräuschs verzeichnen, in einer spezialisierten Region des Hirnstamms, dem superioren paraolivären Kern (SPN). Hier interagieren schallgesteuerte hemmende Impulse mit den intrinsischen elektrischen Eigenschaften der Neuronen, um ein zeitlich präzise abgestimmtes Signal zu erzeugen. „Was jedoch mit diesem System geschieht, nachdem es schädlichen Lärmpegeln ausgesetzt war – wie es viele Menschen angesichts der zunehmenden Lärmbelastung in Großstädten erleben –, ist bislang unklar“, so Kopp-Scheinpflug.

Um dieser Frage nachzugehen, kombinierte das Forschungsteam fortschrittliche Verfahren wie Patch-Clamp-Aufzeichnungen, Immunhistochemie und In-vivo-Elektrophysiologie. Die Forschenden untersuchten, wie die Neuronen im SPN nach übermäßiger Lärmbelastung reagieren. „Unmittelbar nach einer solchen Belastung verloren die Neuronen in diesem Schaltkreis ihre Fähigkeit, auf Schallunterbrechungen zu reagieren“, erklärt Dr. Mihai Stancu, Postdoc am Lehrstuhl für Neurobiologie der LMU und einer der Erstautoren der Studie.

Anpassung nach schädlichen Lärmbelastungen innerhalb von 24 Stunden

„Erstaunlicherweise begann sich das System bereits innerhalb von nur 24 Stunden durch gezielte, schaltkreisspezifische Anpassungen zu erholen. SPN-Neuronen wurden leichter erregbar und erhielten gleichzeitig stärkere Hemmungsimpulse, was sich in einer erhöhten Anzahl und Aktivität hemmender synaptischer Verbindungen widerspiegelte.“

Diese koordinierten Veränderungen konnten die verminderten Impulse aus dem geschädigten Innenohr wirksam kompensieren. Zudem ermöglichten sie die frühzeitige Wiederherstellung der Offset-Reaktionen auf lautere Geräusche. Das war auch dann der Fall, wenn die Empfindlichkeit gegenüber leiseren Geräuschen weiterhin vermindert blieb.

Die Studie unterstreicht laut den Forschenden die schnelle und hochspezialisierte Anpassungsfähigkeit des Gehirns nach sensorischen Verletzungen, wie etwa Lärmbelastungen. Sie zeigt auf, wie sich bestimmte neuronale Schaltkreise neu organisieren, um kritische Zeitinformationen bei der Schallverarbeitung aufrechtzuerhalten. Dadurch liefert sie neue Einblicke in die Widerstandsfähigkeit des auditorischen Systems. Damit könnte die Studie, nach Einschätzung der Autoren, letztlich zu Strategien zur Eindämmung der Auswirkungen von Hörschäden in lauten modernen Umgebungen beitragen.