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Göttingen Wie das Hören funktioniert – Göttinger Forscher veröffentlichen neue Erkenntnisse
Campus Göttingen

Exzellenzcluster des Göttingen Campus: Erkenntnisse zu Haarsinneszellen

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18:33 01.07.2020
Forscher fanden heraus, dass Haarsinneszellen untereinander Verbindungen eingehen. Quelle: dpa
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Göttingen

Forscher aus Göttingen und London haben in Untersuchungen die elementaren Vorgänge des Hörens besser verstanden: Sie fanden heraus, dass Haarsinneszellen untereinander Verbindungen eingehen. So erhöhen die Zellen die Empfindlichkeit des Hörsinns für den leisen Schall, heißt es seitens der Universitätsmedizin Göttingen (UMG). Auf diese Weise werde zudem die Signalübertragung zuverlässiger. In der Fachzeitschrift „Nature Communications“ wurden die Forschungsergebnisse veröffentlicht.

Hörstörungen kommen sehr häufig vor, informiert die UMG. Nach Angaben der Weltgesundheitsorganisation (WHO) leiden etwa 466 Millionen Menschen unter einer versorgungsbedürftigen Schwerhörigkeit – also fünf Prozent der Weltbevölkerung. Daher seien die Ergebnisse der Untersuchung von Bedeutung. Zu diesen gelang ein Team von Forschern unterschiedlicher Fachrichtungen: Wissenschaftler vom Institut für Auditorische Neurowissenschaften, der Klinik für Hals-Nasen-Ohrenheilkunde der UMG sowie des Göttinger Max-Planck-Instituts für Experimentelle Medizin, des Göttingen Campus Institut für Dynamik biologischer Netzwerke und des University College London waren beteiligt.

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Möglichkeiten im neuen Göttinger Exzellenzcluster

„Die Studie ist ein gutes Beispiel dafür, welche Möglichkeiten die skalenübergreifende Bildgebung im neuen Göttinger Exzellenzcluster ,Multiscale Bioimaging’ eröffnet“, sagt Prof. Tobias Moser, Direktor des Instituts für Auditorische Neurowissenschaften der UMG. „Nur durch die Kombination von Licht- und Elektronenmikroskopie konnten diese Prozesse über Längenskalen von wenigen Milliardstel Metern bis zirka 100 Millionstel Meter untersucht werden und der wahrscheinliche Kopplungsmechanismus offengelegt werden“, ergänzt Moser.

Prof. Tobias Moser Quelle: r

Die Hörschnecken erwachsener Nagetiere haben die Forscher untersucht. Dort verbinden sich nach Angaben der UMG in 30 Prozent der Fälle die Zellen: Eine elektrische und chemische Einheit mit durchschnittlich drei inneren Haarzellen entstehe. Diese Zellen könnten gemeinsam angeregt werden und das akustische Signal weiterleiten. Mit Hilfe hochauflösender Mikroskope zeigten die Wissenschaftler, dass die Bandsynapsen aller Zellen gemeinsam auf eine Reizung einer einzelnen Zelle reagieren. Diese „Kopplung“ erfolge aber nicht, wie sonst im Körper üblich, über Eiweißporen zwischen benachbarten Zellen. Offenbar nutzten die Haarsinneszellen einen unkonventionellen Mechanismus der Zellkopplung: Zellhüllen verschmelzen mit benachbarten Zellen.

Links: Aufnahme eines Zellverbands von fünf gekoppelten inneren Haarsinneszellen (birnenförmig mit hellen Punkten). Rechts: Zellverband von drei gekoppelten inneren Haarsinneszellen (die Verbindung ist vereinfacht als durch die verschmolzenen Zellhüllen gebildete Röhre dargestellt). Quelle: r

Neue Perspektiven in der Sinnesforschung

„Die Untersuchung eröffnet eine spannende neue Perspektive in der Sinnesforschung“, sagt Prof. Carolin Wichmann, Arbeitsgruppenleiterin am Institut für Auditorische Neurowissenschaften der UMG. Das Phänomen müsse allerdings noch weiter untersucht werden. „Nur so kann der molekularen Mechanismus der Kopplung, ihre Bedeutung für den Hörsinn und ihr Auftreten im Innenohr weiterer Tierarten aufgeklärt werden“, so Wichmann.

Schwache Schallsignale könnten laut der Forscher durch die Bildung von elektrisch-gekoppelten Verbänden der Haarsinneszellen verbessert werden. Die Organisation in Zellverbänden mache die Sinnesfunktion empfindlicher und zugleich robuster. „So kann eine Haarsinneszelle, selbst wenn ihre empfindlichen Härchen-Strukturen beschädigt sind, von ihren Nachbarzellen ‚mitgezogen‘ werden und so zur Schallverarbeitung beitragen“, sagt Erstautor Philippe Jean, der am Zentrum für Neurowissenschaften, Biophysik und Molekulare Biowissenschaften (GGNB) promoviert hat.

Wie Hören funktioniert

Die Universitätsmedizin Göttingen (UMG) informiert in einem Schreiben, wie das Hören funktioniert: Es beginnt mit dem Einfangen des Schalls in der Ohrmuschel, heißt es seitens der UMG. Die akustische Welle wird weitergeleitet, Trommelfell und Gehörknöchelchen im Mittelohr setzen sich in Bewegung und leiten das Signal in das Innenohr. Dort befinden sich die inneren Haarzellen, die Schallwellen in elektrische Signale umwandeln. Das Gehirn liest sie aus. Die Kommunikationseinheiten zwischen den Haarsinneszellen und den Nervenfasern, die zum Gehirn führen, sind die Bandsynapsen.

Diese Synapsen sind nanometer-kleine Strukturen, die eine anhaltende Ausschüttung von Botenstoffen aus synaptischen Bläschen (Vesikel) ermöglichen. Das Signal für die synaptische Übertragung entsteht an den Härchen der inneren Haarzellen: Die mechanische Öffnung kleiner Eiweißporen (Ionenkanäle) führt zur elektrischen Umladung der Zelle. Dieser Apparat ist so empfindlich, dass wir mechanische Auslenkung der Härchen um den Durchmesser eines Wasserstoff-Atoms hören können.

Von Anja Semonjek