Titelaufnahme

Titel
Simulation of spiking patterns of the human cochlear nerve to different signals and coding strategies / von Liliana Patricia Paredes Calderón
VerfasserParedes Calderón, Liliana Patricia
Begutachter / BegutachterinRattay, Frank
Erschienen2011
Umfang141 Bl. : Ill., zahlr. graph. Darst.
HochschulschriftWien, Techn. Univ., Dipl.-Arb., 2011
Anmerkung
Zsfassung in dt. Sprache
SpracheEnglisch
DokumenttypDiplomarbeit
Schlagwörter (DE)Cocleaimplantate, Spiral Ganglion Zellen, Post-Stimulus Histogramme, Cohortemodelle, Extracellulärestimulation, Activating Funktion, High-Rate Stimulation, Evozierte Aktionpotential, Evozierte Aktionpotentiale und Hörnerve
Schlagwörter (EN)Coclea implants, Spiral ganglion cells, Post-stimulus histograms, compartmental modeling, extracellular stimulation, activating function, high-rate stimulation, evoked action potential, evoked compound action potentials und auditory nerve
URNurn:nbn:at:at-ubtuw:1-45522 Persistent Identifier (URN)
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Simulation of spiking patterns of the human cochlear nerve to different signals and coding strategies [22.75 mb]
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Zusammenfassung (Deutsch)

Cochleaimplantate gehören zu den erfolgreichsten Geräten zur funktionellen elektrischen Nervenstimulation. Leute mit Innenohrschäden profitieren von diesen Geräten, weil die Hörwahrnehmung teilweise wieder hergestellt werden kann. In vielen Fällen verursacht das entstehende neurale Muster eine eher enttäuschende Wahrnehmungsqualität. In der Thesis, stelle ich eine neue Methode vor, die FineS Strategie, die die zeitliche Feinstruktur von Audiosignalen berücksichtigt. Mit dieser Strategie wurden aus den Audiosignalen die Stimulationsignale berechnet. Danach wurden die Stimulationsignale wieder in Audiosignale konvertiert, um diese Umformung wieder hörbar zu machen. Diese so erhaltenen Audiosignale wurden mit Audiosignalen von 2 existierenden Strategien verglichen, nämlich der Simulated-Phase Locking Strategy und der Continuous Interleaved Sampling Strategy. Dabei wurde die Audiosignale besser verstanden und die Qualität als besser beurteilt, wenn das Testmaterial nach der FineS Strategie verarbeitet wurde; die anderen Strategien hatten schlechtere Ergebnisse. FineS imitiert bereits das tonotopische Prinzip und mehr von der Finestruktur. Ein Stimulationsystem passend zu FineS, das die tonotopische Organization der Frequenzen in der Cochlea beinhaltet lässt ein besseres Nervenstimulationsmuster erwarten.

Außerdem wurden neuronale Feuerungsmuster bei High-Rate biphasicher Stimulation sowohl für die degenerierten als auch für gesunde Spiral Ganglion Zellen simuliert. Ich konnte zeigen, dass nur duch Anheben der Stimulationfrequenz bei Cochleimplantaten keine erhöhte Wahrnehmungssqualitat zu erwarten ist. Auch ein Maskerprobe Paradigma wurde in der Thesis implementiert, wie es in der Cochleaforschung zum Verständnis der Feuerungsmuster von Cochleaimplantpatienten benutzt wird. Trotz der durchgeführten Modellvereinfachungen ergaben sich ziemlich ähnliche Zeitverzögerungen für LTD Fasern, wie sie bei elektrophysiologischen Experimenten (Undurraga et al. 2010) gemessen wurden.

Zusammenfassung (Englisch)

Cochlear implants are one of the most successful devices in functional electrical stimulation. Hearing-impaired patients with cochleae and/or auditory nerve degeneration profit from these devices because their auditory sensation can partially be restored. In this thesis, I propose a novel method, the FineS strategy, based on the consideration of the temporal fine structure of sound. This strategy was used to process audio signals and obtain the stimulation signals.

Thereafter, these stimulation signals were converted into audio files to hear what is being transmitted as stimulation. The acoustic stimulation signals processed by FineS were compared to two existing strategies, the Simulated-Phase Locking Strategy and the Continuous Interleaved Sampling strategy. Audio signals were easier understood and the quality of the sound was better when the test material was processed by FineS. The other existing strategies performed lower. FineS itself already mimics the tonotopic principle and more of the fine structure of the sounds. Additionally, spiking patterns of high-rate biphasic stimuli for simulated undeafened and long-term degenerated spiral ganglion cells were obtained. I showed that just by increasing the stimulation rate, cochlear implant processor strategies cannot reach higher levels of performance. CI developers should consider how high rates of stimulation should be. A masker-probe paradigm used in cochlea research for enlightening the firing patterns of CI users was also implemented in this thesis. Despite of model simplifications, the simulated LTD fibers' latencies were quite similar to the measured ones in an electrophysiological experiment.