Innenohr- und Cochlea-Anatomie

Die Cochlea ist das spiralförmige, flüssigkeitsgefüllte Organ des Innenohrs, das die Frequenzanalyse des auditorischen Systems durchführt und Schall in neuronale Signale umwandelt. Ihre drei Flüssigkeitskompartimente und das Corti-Organ sind so angeordnet, dass eine Wanderwelle entlang der Basilarmembran für verschiedene Frequenzen an unterschiedlichen Stellen ihren Höhepunkt erreicht, wodurch die Cochlea eine tonotope Karte von hohen Frequenzen an ihrer Basis bis zu tiefen Frequenzen an ihrem Apex erhält.

Definition

Die Cochlea ist die gewundene Innenohrstruktur, die die Scala vestibuli, Scala media und Scala tympani, die Basilarmembran und das Corti-Organ enthält, wo schallinduzierte Flüssigkeitsbewegungen nach Frequenz analysiert und in neuronale Aktivität umgewandelt werden.

Scope

Dieses Thema behandelt den strukturellen Aufbau der Cochlea, die drei Scalae und ihre Flüssigkeiten, die Basilarmembran und das Corti-Organ, die tonotope Wanderwelle und die aktive Verstärkung, die die Abstimmung der Cochlea schärft. Sie bildet die sensorische Brücke zwischen dem Mittelohreingang und dem Hörnerv; der molekulare Transduktionsschritt wird im Thema Haarzellen entwickelt. Der Eintrag dient als Referenz und Bildungsressource und ist keine Anleitung zur Diagnose oder Behandlung von Innenohrerkrankungen.

Core questions

• Wie sind die Flüssigkeitskompartimente der Cochlea und das Corti-Organ angeordnet?
• Wie erzeugt die Wanderwelle eine tonotope (Orts-)Karte der Frequenz?
• Was ist der Cochlea-Verstärker und warum ist er für normale Empfindlichkeit und Abstimmung notwendig?
• Wie unterscheiden sich innere und äußere Haarzellen in ihrer Rolle innerhalb des Corti-Organs?

Key concepts

• Scala vestibuli, Scala media, Scala tympani
• Endolymphe und Perilymphe
• Basilarmembran
• Corti-Organ
• Innere und äußere Haarzellen
• Wanderwelle und Tonotopie (Ortskodierung)
• Cochlea-Verstärker
• Prestin und Elektromotilität der äußeren Haarzellen
• Endokochleäres Potenzial

Mechanisms

Die Steigbügelbewegung am ovalen Fenster treibt die Perilymphe in der Scala vestibuli an und löst eine Wanderwelle entlang der Basilarmembran aus, die an einer frequenzabhängigen Stelle ihren Höhepunkt erreicht und dann abklingt. Dies ist die Grundlage der Cochlea-Tonotopie, die erstmals von von Bekesy (1960; Robles & Ruggero, 2001) demonstriert wurde. Das Corti-Organ sitzt auf dieser Membran: Innere Haarzellen sind die primären Sinneszellen, die die Bewegung der Basilarmembran an den Hörnerv melden, während äußere Haarzellen eine aktive Verstärkung bereitstellen. Diese Verstärkung hängt vom Membranmotorprotein Prestin ab, das äußere Haarzellen dazu bringt, ihre Länge als Reaktion auf Spannung zu ändern, wodurch Energie in die Wanderwelle zurückgespeist wird, um die Empfindlichkeit zu erhöhen und die Frequenzabstimmung zu schärfen (Zheng et al., 2000; Fettiplace & Fuchs, 1999). Ein stehender elektrischer Gradient, das über die Scala media aufrechterhaltene endokochleäre Potenzial, liefert die treibende Kraft für die Transduktion.

Clinical relevance

Da die Cochlea die Frequenz auf den Ort abbildet und von der aktiven Verstärkung durch äußere Haarzellen abhängt, führt der Verlust dieser Zellen zu einer Beeinträchtigung der Empfindlichkeit und Abstimmung, und der tonotope Plan liegt dem Design von Cochlea-Implantaten zugrunde. Dieser Eintrag beschreibt die normale Cochlea-Anatomie und -Physiologie als Referenz und ist keine Grundlage für individuelle Diagnosen oder Behandlungen.

History

Von Bekesys Experimente zur Etablierung der Wanderwelle und des Ortsprinzips der Frequenzanalyse brachten ihm einen Nobelpreis ein und bilden bis heute die Grundlage der Cochlea-Mechanik (von Bekesy, 1960). Die spätere Erkenntnis, dass die Cochlea aktiv verstärkt wird, und die Identifizierung von Prestin als Motor der elektromechanischen Bewegung der äußeren Haarzellen, verwandelten die Cochlea von einem passiven Analysator in ein aktives, nichtlineares Organ (Zheng et al., 2000; Robles & Ruggero, 2001).

Key figures

• Georg von Bekesy
• Luis Robles
• Mario Ruggero
• Peter Dallos
• Jing Zheng

Seminal works

• bekesy-1960
• robles-ruggero-2001
• zheng-2000

Frequently asked questions

Wie unterscheidet die Cochlea verschiedene Frequenzen?

Eine Wanderwelle entlang der Basilarmembran erreicht ihren Höhepunkt an einem Ort, der von der Frequenz abhängt – hohe Frequenzen nahe der Basis und tiefe Frequenzen nahe dem Apex. So wird die Frequenz als Ort entlang der Cochlea kodiert.

Was ist der Cochlea-Verstärker?

Ein aktiver Prozess, bei dem äußere Haarzellen unter Verwendung des Motorproteins Prestin mechanische Energie in die Wanderwelle zurückspeisen, um die Empfindlichkeit zu erhöhen und die Frequenzabstimmung zu schärfen.