Early prosensory specification to develop competence in the otic epithelium is disrupted by mutations of Eya1, Pax2, Sox2, Jag1, and Gata3. Mutations in these genes apparently disrupt sensory competence and may affect Atoh1 upregulation, a gene known to be necessary for sensory cell differentiation within the ear. How these genes interact with each other and other factors within the genetic network of the ear to refine and restrict sensory specification and impart competence to the developing organ of Corti is not known. These genes also interact with other factors expressed adjacent to or within the developing organ of Corti and provide the context to allow prosensory cells, after cell cycle exit, to appropriately respond to Atoh1 expression and differentiate as hair cells. Gata3 is expressed throughout the early placode. As ear development continues Gata3 is restricted to all prosensory areas except that of the saccule. In addition, it is expressed in a subset of delaminating neuroblasts. Gata3 continues to be highly expressed in the cochlear sensory epithelia as cells differentiate, and is expressed in all cells of the organ of Corti through adult. The human disorder caused by haploinsufficiency of Gata3 is known as Hypoparathyriodism, Deafness, and Renal dysplasia syndrome, and has been linked in mice to early hair cell death. I investigated the role of Gata3 in cochlear neurosensory specification utilizing a mouse Gata3 knockout model and a conditionally deleted Gata3 line combined with two cre driver lines (Foxg1cre and Pax2cre). Although both cre lines are expressed in the inner ear with only a slight difference in onset of expression there are major phenotypic differences. While the Foxg1cre:Gata3f/f deletion resulted in an ear closely matching that of the null mutant with a cochlear duct devoid of neurosensory cells, the Pax2cre:Gata3f/f cochlear duct contained patches of partially differentiated hair cells. Through the use of qRT-PCR and in situ hybridization of both mutants I was able to paint a picture of how Gata3 interacts with other prosensory genes to upregulate downstream genes. In particular, Atoh1, was downregulated but not absent with the loss of Gata3. Indicating that Gata3 is one of a set of factors necessary for the proper upregulation of Atoh1 in the cochlea.

<p>Proper development of the inner ear, including the cochlea, is necessary for normal hearing. Development of the inner ear requires many signaling molecules under both spatial and temporal control. These signaling molecules include the wingless-related integration site (Wnts) and the fibroblast growth factors (Fgfs) gene families. The embryonic chick inner ear was chosen as the model to study cochlear development due to its homology with the mammalian cochlea and the ease of access to the inner ear in ovo. Both the mammalian cochlea and the homologous chick basilar papilla contain two domains with their own type of hair cells and innervation. The neural side of the basilar papilla contains the tall hair cells innervated by the afferent axons which takes the noise signal to the brain. The abneural side of the basilar papilla contains the short hair cells innervated by the efferent axons which receive signals from the brain to turn down added gain.</p> <p>Previous research showed that virally induced cWnt9a overexpression within the basilar papilla generated a neural side phenotype across the basilar papilla (Munnamalai et al., 2017). These basilar papillas contained more tall hair cells and increased innervation at embryonic day 18 (E18) than their wild-type counterparts. Additionally, there were many differentially expressed genes found to be downstream of cWnt9a including cFgf3 and cFgf19. This project focused on determining the role of cFgf19 in inducing a neural side phenotype in the basilar papilla. First, in situ hybridization was used to determine the cFgf3 and cFgf19 mRNA transcript location with cWnt9a overexpression. Both Fgfs were found across the basilar papilla. Next, a possible cWnt9a receptor, cFzd4, which was upregulated with cWnt9a overexpression, was found in the neural side of the basilar papilla. cFgf19 was then overexpressed using one of two different vectors: RCAS(A)/EGFP-P2A-Fgf19 or RCAS(B)/Fgf19-P2A-EGFP in which the order of cFgf19 transcription was altered. RCAS(B)/Fgf19-P2A-EGFP was found to produce less GFP when transfected into DF-1 cells than RCAS(A)/EGFP-P2A-Fgf19. Additionally, RCAS(B)/Fgf19-P2A-EGFP transfected cells produced secreted fusion proteins of GFP and Fgf19, compared to RCAS(A)/EGFP-P2A-Fgf19 transfected cells which produced secreted individual proteins. The viruses were injected into the otocyst at E3 and the embryos harvested several days later including at E6, E10, and E14. Inner ears injected with either virus showed no changes in innervation, hair cells, proliferation, cartilage formation around the cochlear duct, cFgf3 expression, or phosphorylation of ERK. To determine understand where Fgf19 could be producing an effect, the location of a possible receptor, Fgfr4, was determined in wild-type embryos. At E6 and E8, cFgfr4 was found within the basilar papilla, but many more transcripts were found surrounding the cochlear duct. Overall, the role of Fgf19 in neural side fate of the basilar papilla was not determined. Possible reasons for the lack of phenotypic changes include nonfunctional Fgf19 being secreted which could not bind and induce downstream signaling, Fgf19 being responsible for an untested aspect of the cWnt9a overexpression model, or other misregulated genes would be needed for the phenotypic change to occur.</p>

The dose-response ototoxic effects of cisplatin were studied in guinea pigs. Loss of Preyer reflex and suppression of the N1 amplitude occurred in cisplatin-treated animals and was described as dose-related. Drug-induced hair cell damage, as observed with scanning electron microscopy, occurred sporadically throughout the turns of the cochlea and the incidence increased with dose. Na, K-ATPase activity in the lateral wall tissues was not significantly different between treatment groups. The results reported here indicate that cisplatin ototoxicity was dose-dependent, but was not directly related to Na,K-ATPase activity in the lateral wall.

京都大学 / 0048 / 新制・課程博士 / 博士(医学) / 甲第21295号 / 医博第4384号 / 新制||医||1030(附属図書館) / 京都大学大学院医学研究科医学専攻 / (主査)教授 影山 龍一郎, 教授 浅野 雅秀, 教授 辻川 明孝 / 学位規則第4条第1項該当 / Doctor of Medical Science / Kyoto University / DAM

Tematiserande intervjuer har genomförts för att undersöka och förstå huruvida vuxendöva personer som har genomgått en CI-operation har iakttagit förändringar i sin identitetsupplevelse när hörseln förbättrats. Studien är kvalitativ och utgår från individens egna upplevelser kring cochlea implantat (CI). Antalet implantat ökar. Studien belyser personliga berättelser och erfarenheter av CI när man återfår hörselförmåga. Dessa berättelser är mycket viktiga eftersom de ger oss kunskap om det stöd dessa personer behöver genom deras rehabilitering, en slags kunskap som fortfarande i stor utsträckning saknas. Resultatet visade att den personliga identiteten är densamma men att det kan vara den sociala identiteten som kan bli problematisk i vissa avseenden då andra tillskriver en roller som inte överensstämmer med sin egen självbild. / Themed interviews have been conducted to explore and understand whether the deaf adult people who have undergone a CI-operation have observed any changes in their identity experiences after their hearing has improved. The qualitative study is based on the individual's own experiences of the cochlear implant (CI). The number of people having a cochlear implant are increasing. The study highlights the personal stories and experiences of the CI bringing back their hearing ability. These stories are very important because they provides us with knowledge about the support these people needs through their rehabilitation, a kind of knowledge that is still largely lacking. The results showed that personal identity is the same but it may be the social identity, which can be problematic in some aspects to write a role that does not confirm to their own self-image.

Für die Cochlea-Implantat-Versorgung ist die Kenntnis der individuellen Anatomie der Hörschnecke im perioperativen Kontext essenziell, um ein suffizientes audiologisches Resultat sicherzustellen. Ein akkurates Verfahren hierfür stellt die 3D multiplanare Rekonstruktion (3D-curved MPR) in Schnittbildgebung dar. Notwendige Voraussetzung ist jedoch eine hinreichende Bildqualität. In dieser Arbeit wurde das Augenmerk auf die sekundäre Rekonstruktion von Primärdatensätzen der Flachdetektor-Volumen-Computertomographie (fpVCTSECO) gerichtet. Diese bietet nämlich die Möglichkeit, die Bildqualität zu steigern, ohne jedoch eine als kritisch einzuschätzende Dosissteigerung in Kauf nehmen zu müssen. Es konnte gezeigt werden, dass es für die Messung der Länge von 2 Schneckenwindungen (2TL), der gesamten cochleären Länge (CDL) und dem Winkelmaß (AL) mittels 3D-curved MPR in der fpVCT keinen signifikanten Unterschied gegenüber der Mehrschicht-CT gibt. In beiden Modalitäten wurden alle drei Parameter gegenüber der Referenzbildgebung micro-CT deutlich unterschätzt. Durch die fpVCTSECO war es möglich, die Genauigkeit der Messungen zu steigern und den Werten der Referenz anzunähern. Lediglich für AL muss eine geringfügige systematische Unterschätzung beachtet werden. Postoperativ zeigte sich mit einliegendem Elektrodenträger für 2TL eine ebenso präzise Messung wie präoperativ ohne. Jedoch wurde die CDL um circa 0,5 - 0,7 mm unterschätzt. Ursächlich hierfür dürften vor allem Metallartefakte gewesen sein. Auch wenn die 3D-curved MPR in Kombination mit der fpVCTSECO postoperativ zur Visualisierung der räumlichen Beziehung von Elektrodenträger, Modiolus und ossärer lateraler Wand sehr gut geeignet war, so muss sich der Einfluss dieser Diskrepanz für die audiologische Anpassung in Zukunft erst noch zeigen. / Knowledge of the individual anatomy of the cochlea is essential for optimal hearing perception outcomes in cochlear implantation. 3D-curved multiplanar reconstruction (3D-curved MPR) in cross-sectional imaging is a very precise method. But for this purpose, high-resolution quality is an indispensable requirement. In this study, special attention was turned to secondary reconstruction of primary data of flat-panel volume computed tomography (fpVCTSECO). This postprocessing application provides an opportunity to increase image quality. Beneficially, there is no need of applying additional radiation dose, which should always be regarded critically. For the cochlear duct length (CDL), the two-turn length (2TL) and the angular length (AL), there were no statistically significant differences between fpVCT and multislice computed tomography applying 3D-curved MPR. In contrast to reference imaging modality micro-CT, a clinically relevant underestimation of all three parameters was evident. Using fpVCTSECO, precision of measurements could be increased significantly. It was possible to reach the accuracy of the reference. Only concerning AL, a slight and systematic underestimation must be considered. Postoperatively, after insertion of the electrode into the cochlea, measurement of 2TL was as precise as the preoperative one. For CDL, an underestimation of approximately 0.5 - 0.7 mm was evident. Most likely, this fact was linked to postoperative metal artifacts. Even though 3D-curved MPR in combination with fpVCTSECO is a great possibility to visualize the spatial relation of electrode, modiolus and bony lateral wall, the influence of this difference on audiological fitting procedures has still to be investigated in future studies.

Aus der Einleitung: "Die Ursachen für hochgradige Schwerhörigkeit bzw. Taubheit können unterschiedlich sein. Zum einen liegt eine angeborene Hörstörung bei einem von tausend Neugeborenen vor (Willenborg et al. 2009). Zum anderen kann eine erworbene Taubheit durch verschiedene Erkrankungen, wie z.B. Meningitis, Enzephalitis, Masern oder Tuberkulose hervorgerufen werden. Wenn dann die Nutzung von konventionellen Hörgeräten für ein ausreichendes Hörvermögen nicht mehr in Frage kommt, wird eine elektronische Innenohrprothese verwendet. Dieses sogenannte Cochlea-Implantat (CI) wandelt die akustischen Signale in elektronische Signale um und überträgt diese direkt auf den Hörnerv. Für die Implantation des Cochlea-Implantates muss der Chirurg einen komplizierten und risikobehafteten Eingriff durchführen. Dafür schafft er mit Hilfe verschiedener Fräsköpfe einen Zugang zur Hörschnecke (Cochlea), in der er dann einen Elektrodenträger einführt und genau platziert (siehe Abbildung 2). Entscheidend für eine erfolgreiche Operation sind vor allem das Geschick und die Erfahrung des Chirurgen. Für Ausbildungs- und Übungszwecke ist deshalb ein kontinuierliches Training notwendig."

Eine der häufigsten Behinderungen des alternden Menschen stellt die Beeinträchtigung der Hörfunktion durch degenerative Veränderungen der Cochlea, beispielsweise am Ganglion spirale, am CORTI-Organs oder an der Stria vascularis dar. Basierend auf histologischen und funktionellen Untersuchungen, wird die Altersschwerhörigkeit (Presbycusis) beim Menschen durch SCHUKNECHT und GACEK (1993) in sechs verschiedenene Typen eingeteilt: sensorisch, strial/metabolisch, neural, cochlear-konduktiv, gemischt, unbestimmt. Die in diesem Rahmen auftretenden pathophysiologischen und pathomorphologischen Veränderungen der Cochlea sind bedingt durch hörschädigende Faktoren (u.a. Lärm, ototoxische Substanzen, Infektionen sowie genetische Ursachen), die im Laufe des Lebens im Bereich des peripheren Hörorgans und der zentral auditiven Verarbeitung gewirkt haben. Die meisten in der Literatur beschriebenen Untersuchungen, die sich mit cochleären Alterationen mit zunehmendem Alter befassen, wurden an Labortieren unternommen und beschreiben oft nur Alterationen einzelner Strukturen, nicht aber der gesamten Cochlea. Bei Hunden sind in der Literatur überwiegend ausführliche Untersuchungen bezüglich der kongenitalen vererbten Taubheit, z.B. bei Dalmatinern, beschrieben. Es existieren jedoch kaum Studien über altersbedingte morphologische und funktionelle Veränderungen der Cochlea bei Hunden. Das Ziel dieser Arbeit besteht daher in der (immun-) histologischen Untersuchung der Cochlea von 50 Hunden im Alter von 7 Tagen bis 16 Jahren, um altersbedingte morphologische und funktionelle Veränderungen in der Cochlea von Hunden, die nicht unter Laborbedingungen gehalten wurden, zu charakterisieren und sie mit den Befunden an Innenohren von anderen Tierarten und des Menschen zu vergleichen. Anhand der erhobenen Befunde sollen anschließend eventuelle Rückschlüsse auf intra vitam vorhandene Hörstörungen gezogen werden.

Speech recognition systems have been implemented using a wide range of signal processing techniques including neuromorphic/biological inspired and Digital Signal Processing techniques. Neuromorphic/biologically inspired techniques, such as silicon cochlea models, are based on fairly simple yet highly parallel computation and/or computational units. While the area of digital signal processing (DSP) is based on block transforms and statistical or error minimization methods. Essential to each of these techniques is the first stage of extracting meaningful information from the speech signal, which is known as feature extraction. This can be done using biologically inspired techniques such as silicon cochlea models, or techniques beginning with a model of speech production and then trying to separate the the vocal tract response from an excitation signal. Even within each of these approaches, there are multiple techniques including cepstrum filtering, which sits under the class of Homomorphic signal processing, or techniques using FFT based predictive approaches. The underlying reality is there are multiple techniques that have attacked the problem in speech recognition but the problem is still far from being solved. The techniques that have shown to have the best recognition rates involve Cepstrum Coefficients for the feature extraction and Hidden-Markov Models to perform the pattern recognition. The presented research develops an analog system based on programmable analog array technology that can perform the initial stages of auditory feature extraction and recognition before passing information to a digital signal processor. The goal being a low power system that can be fully contained on one or more integrated circuit chips. Results show that it is possible to realize advanced filtering techniques such as Cepstrum Filtering and Vector Quantization in analog circuitry. Prior to this work, previous applications of analog signal processing have focused on vision, cochlea models, anti-aliasing filters and other single component uses. Furthermore, classic designs have looked heavily at utilizing op-amps as a basic core building block for these designs. This research also shows a novel design for a Hidden Markov Model (HMM) decoder utilizing circuits that take advantage of the inherent properties of subthreshold transistors and floating-gate technology to create low-power computational blocks.

Das Innenohr des Säugetieres ist ein hochspezialisiertes sensorisches System, das durch ein komplexes mechanisches Verhalten gekennzeichnet ist. Neben der komplizierten Morphometrie und Geometrie kommen auch dem richtungsabhängigen Materialverhalten eine wesentliche Bedeutung zu. Es zeigt sich, daß im Cortischen Organ mit der äußeren Haarsinneszelle ein Zelltyp vorliegt, der durch seine physikalischen Eigenschaften das Gesamtverhalten des Innenohres maßgeblich beeinflußt. Wie jede tierische Zelle weist die äußere Haarsinneszelle als biomechanisches System eine heterogene Mikrostruktur auf. Vom mechanischen Standpunkt aus gesehen, ist neben der mehrschichtigen basolateralen Zellwand jede Einzelzelle durch ein viskoses inneres Fluid (Zellplasma) und einen Zellkern (Nukleus) gekennzeichnet. Die resultierenden mechanischen Eigenschaften des Gesamtsystems ”äußere Haarsinneszelle” können durch Experimente und eine geeignete Modellierung determiniert werden. In dieser Arbeit wird ein neuer Ansatz zur Bestimmung der viskoelastischen Materialeigenschaften der basolateralen Wand vorgestellt. Durch Anwendung einer effektiven Fluid-Struktur-Interaktion wird das Gesamtsystem geschlossen untersucht und eine umfangreiche Materialparameterstudie durchgeführt. Dabei werden im Rahmen der Kontinuumsmechanik gültige Materialgesetze angewendet. Das durch partielle Differentialgleichungen formulierte mechanische Feldproblem wird im Rahmen der Finiten-Elemente-Methode approximiert, was zu einem linearen Gleichungssystem führt. Auf dieser Grundlage wird ein Finite-Elemente-Modell der äußeren Haarsinneszelle entwickelt. Die zur Beschreibung notwendigen Systemmatrizen – insbesondere die Dämpfungsmatrix – basieren dabei vollständig auf einem viskoelastischen Materialgesetz. Die benutzte Methodik läßt weiterhin eine effiziente Berechnung im Frequenzbereich zu. Es zeigt sich, daß eine spezielle Dämpfungsformulierung die experimentell bestimmten dynamischen Eigenschaften der Zelle adäquat widerspiegelt. Eine Analyse auf Materialgesetzebene zeigt, daß dafür reine Schubdämpfung und damit eine spezielle Anisotropie im Viskositätstensor verantwortlich ist. Diese Eigenschaft bestimmt das dynamische Verhalten der äußeren Haarsinneszelle bis mindestens 10 kHz und liegt damit im Hörbereich. Der Modellierung der Zelle geht eine angepaßte Auswertung der experimentell ermittelten Daten voraus. Die mechanisch geeignete Auswertung der zugrundeliegenden Experimente weist dabei auf mögliche Fehlerquellen bei der Analyse der Rohdaten hin. Das hat zur Konsequenz, daß der experimentellen Umgebung die gleiche Aufmerksamkeit geschenkt werden muß wie dem Meßobjekt selbst. Nur so kann eine geeignete Extraktion der für das Meßobjekt spezifischen Eigenschaften erfolgen.