De redactie van het Leerboek stelt het zeer op prijs dat professor John Guinan Jr. (Harvard Medical School, Boston Massachusetts) dit hoofdstuk van commentaar heeft voorzien en adviezen gegeven heeft over het gebruik van de illustraties.

6.1.2.1(2). Inleiding

Het neurale auditieve systeem is een zeer uitgebreid en complex systeem van neuronenbundels waarin informatie van de cochlea gestuurd wordt naar hogere hoorcentra en uiteindelijk naar de auditieve cortex (de auditieve hersenschors). Deze bundels (in het vervolg meestal ‘banen’ genoemd), die de neurale informatie naar de hogere hoorcentra leiden, heten ‘afferente banen’ en zijn samengesteld uit ‘afferente neuronen’. Deze zijn in de gehoorzenuw via ongeveer 30.000 ganglioncellen verbonden met de bases van de haarcellen. Dit aantal neuronen in de gehoorzenuw is veel groter dan het aantal zintuigcellen. Dit komt omdat meerdere (tussen de 10 en 20) zenuwvezels contact maken met één (binnenste) haarcel. Zij worden de radiale ‘type I’ neuronen genoemd. De overgrote meerderheid van de neuronen in de gehoorzenuw is van dit type I. Meer informatie over de afferente innervatie is te vinden in Hfdst. 3.3.1, Par.3.

Naast het afferente neurale systeem is er een neuraal netwerk waarin informatie van hogere hoorcentra terug gebracht wordt naar perifere kernen en uiteindelijk naar de cochlea. Dit netwerk heet het ‘efferente systeem’. Wat betreft het efferente systeem is er nog veel onduidelijk en onbekend. Dit geldt vooral voor de efferente banen vanuit de colliculus inferior en de cortex. Daarentegen is wel relatief veel bekend over de anatomie en functie van de olivocochleaire efferenten die de kernen in de olijfcomplexen verbinden met de binnenste en buitenste haarcellen. Die banen, olivocochleaire akoestische (reflex)banen genoemd, hebben voor de cochlea een regulerende functie, gericht op aanpassing van de versterking en de frequentieselectiviteit van de buitenste haarcellen.

In het voorliggende hoofdstuk wordt, aan de hand van enkele voorbeelden, uitgelegd hoe deze terugkoppeling in de olivocochleaire akoestische (reflex)banen tot stand komt en hoe zij invloed uitoefent op het functioneren van de buitenste haarcellen. De meeste hierbij te bespreken onderzoeksresultaten zijn gebaseerd op experimenten bij proefdieren. Gegeven echter de huidige stand van kennis, zijn ze in grote mate toepasbaar op de mens. Inmiddels zijn ook al verschillende psychofysische experimenten met efferente stimulatie uitgevoerd bij de mens (zie bijvoorbeeld Brashears et al., 2003).

De voorbeelden zijn mede gekozen omdat zij kunnen bijdragen aan het inzicht bij onderwerpen als de detectie van signalen in ruis door het oor en de bescherming van het gehoor tegen beschadiging door blootstelling aan hoge geluidniveaus.

Achtereenvolgens bespreken we:

• De anatomie van de olivocochleaire akoestische (reflex)banen (let er op dat het hier niet om verbindingen gaat die verantwoordelijk zijn voor het ontstaan van de stapediusreflexen)
• De wijze waarop via de olivocochleaire efferente banen de cochleaire versterking en de frequentieselectiviteit van de buitenste haarcellen (OHC) beïnvloed wordt en hoe deze efferente banen een functie kunnen hebben bij het beschermen van het auditieve systeem tegen harde geluiden.

6.1.2.2(2). Anatomie van de olivocochleaire akoestische (reflex)banen

De best bekende efferente banen naar de cochlea zijn de ‘olivocochleaire (reflex)banen’ (OCB), bestaande uit de mediale olivocochleaire (MOC) banen (links en rechts) en de ‘laterale olivocochleaire (LOC) banen (links en rechts). De mediale banen maken verbinding met de buitenste haarcellen en de laterale met de binnenste haarcellen (Fig.1 ). Dit is een geschematiseerde weergave van een transversale doorsnijding van de hersenstam en de cochlea van een kat.

Een tweede onderverdeling van dit viertal is te maken in twee ‘gekruiste’ banen (COCB), die van de contralaterale kant komen (van links in Fig.1) en twee ongekruiste banen (UOCB) afkomstig van de ipsilaterale kant (rechts in Fig.1).

Een derde onderverdeling is in dunne ongemyeliniseerde neuronen en dikke gemyeliniseerde neuronen. Let er op dat in Fig.1 de dikte van de lijnen correspondeert met het aantal neuronen in de bundels en niet met de mate van myelinisatie van de afzonderlijke neuronen.

Fig.1. Schematische weergave van het verloop van de olivocochleaire (reflex)banen (OCB) naar het rechter oor. De mediale banen zijn in groen weergegeven en de laterale in rood. De afkorting COCB betreft de gekruiste banen en de afkorting UOCB de ongekruiste banen. De afferente baan die vanuit de gehoorzenuw naar de (ventrale) Cochleaire Nucleus (CN) omhoog loopt (en verder – zie Fig.2) is in zwart weergegeven.

De in Fig.1 weergegeven verbindingen gelden voor de rechter cochlea. Voor de linker cochlea geldt een vergelijkbare weergave, maar dan – uiteraard – gespiegeld. Voor een compleet beeld dient deze dus over de afgebeelde weergave heen gelegd te worden. De weergegeven anatomisch verbindingen zijn terug te voeren op de onderzoeken van Warr (1978) en van Warren & Liberman (1989).

De best onderzochte reflex is de ipsilaterale MOC reflex (Fig.2 ). Geluid dat aan de rechter cochlea (rechts in de figuur) wordt aangeboden leidt tot excitatie van de (afferente) neuronen vanuit de binnenste haarcellen (zwart aangegeven). Deze afferente neuronen innerveren reflex-interneuronen in het posteroventrale deel van de ipsilaterale cochleaire nucleus (CN). Deze neuronen innerveren op hun beurt MOC neuronen in het contralaterale olijfcomplex en deze kruisen opnieuw (terug) en innerveren dan de ipsilaterale buitenste haarcellen. De ipsilaterale reflexbanen kruisen dus twee maal de hersenstam.

Fig.2. Schematische weergave van het ontstaan van de ipsilaterale reflex in het rechter oor via de mediale olivocochleaire (MOC) baan (groen en dik). Voor beschrijving zie tekst. In de tekst wordt ook de contralaterale reflex besproken.

De contralaterale reflexen worden (Fig.2) opgewekt door stimulatie van het linker oor (niet getekend). Die innervatie verloopt via de linker cochleaire nucleus en de gestreepte zwarte lijn naar de (mediale) MOC neuronen in de ipsilaterale (rechter) olijfkern, dus naar de dunne groene lijn rechts in Fig.2. Van daaruit worden de ipsilaterale (rechter) buitenste haarcellen geïnnerveerd.

Uit de vergelijking van de lijndiktes, zoals getekend in Fig.1 en Fig.2, welke bij benadering corresponderen met de aantallen neuronen en de betreffende bundels, zou men kunnen concluderen dat de ipsilaterale reflex sterker is dan de contralaterale. Bij proefdieren is dit inderdaad het geval, zeker voor hogere (basale) frequenties. Bij mensen echter zijn daarvoor geen aanwijzingen gevonden. Mogelijk speelt hierbij een rol dat de grootste gevoeligheid voor geluid bij mensen in een lager frequentiegebied ligt dan bij de gebruikte proefdieren.

Het directe contact van de MOC neuronen met de buitenste haarcellen verloopt via de ‘Outer Spiral Bundle’ – OSB – Hfdst.3.2.2, Par.5). Daarnaast zijn er afferente ‘type II’ neuronen die contact maken met de buitenste haarcellen. De dendrieten van deze afferentenl spiraliseren in basale richting en maken daarbij contact met meerdere buitenste haarcellen. De efferente synapsen liggen hier direct naast de uiteinden van de afferente dendrieten (Fig.8 in Hfdst.3.3.1).

6.1.2.3(2). Eigenschappen van de olivocochleaire akoestische (reflex)banen

• Beïnvloeding van de cochleaire versterker ‘in stilte’
  Stimulatie van de buitenste haarcellen door efferente neuronen blijkt directe invloed te hebben op de versterking in die cellen (‘cochlear gain’) en daarmee op de vuurfrequentie van de afferente neuronen in de gehoorzenuw (Fig.3A ). Om dat te onderzoeken is het ipsilaterale oor van een kat gestimuleerd met toonstootjes, bij gelijktijdige elektrische stimulatie van MOC neuronen aan de contralaterale zijde van de hersenstam (Fig.2). De linker (blauwe) curve is de uitkomst zonderMOC stimulatie. De groene curve illustreert de afname van de versterking wanneer de MOC neuronen aan de contralaterale zijde elektrisch gestimuleerd worden. De vermindering van de versterking (vuurfrequentie) is hier 20 dB. In het algemeen is die 10 tot 25 dB, afhankelijk van hoe en waar binnen het dynamisch bereik gemeten wordt. De grootste effecten op de versterking worden gevonden voor lage stimulatieniveaus. Dan is de cochleaire versterking in de buitenste haarcellen het grootst.
  
  

Fig.3. Schematische weergave van het effect van elektrische stimulatie van de contralaterale mediale olivocochleaire bundel (MOC stimulatie) op de versterking in de buitenste haarcellen bij aanbieding van toonstootjes in stilte:
A: Vermindering van het aantal actiepotentialen in een afferent neuron van de gehoorzenuw aan de ipsilaterale zijde.
B: Verhoging van de drempel in een tuningcurve in de ipsilaterale gehoorzenuw, m.n. voor de karakteristieke frequentie.
C: Verkleining van de uitwijking van het basilaire membraan in de ipsilaterale cochlea.

De afname van de versterking bij MOC stimulatie is het grootst voor de karakteristieke frequentie van de betreffende vezel. Dat is te zien in Fig.3B. Het is een klassieke tuningcurve van een neuron voor twee condities: zonder MOC stimulatie (blauw), met de bekende scherpe dip, en mét MOC stimulatie (groen). MOC inhibitie reduceert de cochleaire versterking met ongeveer 25 dB van een totaal van 50-60 dB. Het valt op dat de MOC stimulatie niet leidt tot een verschuiving van de karakteristieke frequentie. Zoals men kan verwachten op grond van de geconstateerde verandering van de versterking is het effect van de MOC stimulatie ook zichtbaar als een verkleining van de amplitude van de uitwijking van het basilaire membraan aan de ipsilaterale zijde (Fig.3C).

• Beïnvloeding van de cochleaire versterking in ‘ruis’
  De voorafgaande paragraaf had betrekking op efferente (MOC) stimulatie bij aanbieding van toonstootjes in stilte. Daarbij werd, door middel van elektrische stimulatie van MOC neuronen aan de contralaterale zijde van de hersenstam, de vuurfrequentie in de afferente neuronen van de ipsilaterale cochlea gereduceerd. Het tegenovergestelde effect, een toename van de vuurfrequentie aan de ipsilaterale zijde, kan onder bepaalde voorwaarden ook plaatsvinden. Voor korte toonstootjes, aangeboden aan het ipsilaterale oor, maar nu in een achtergrond van continue ruis, treedt bij MOC stimulatie een verbetering op (herstel t.o.v. de situatie in stilte) van de vuurfrequentie in de afferente neuronen. Het effect is in Fig.4 voor beide situaties, ‘stilte’ en ‘ruis’, geschematiseerd weergegeven.
  
  
  

  Fig.4. Schematische weergave van het effect van elektrische stimulatie van de contralaterale mediale olivocochleaire bundel (MOC stimulatie) op de vuurfrequentie in de afferente neuronen uit de ipsilaterale cochlea bij aanbieding van toonstootjes in ruis (gemeten bij de kat). De zwarte curve (geen ruis en geen MOC stimulatie) is dezelfde curve als de blauwe in Fig.3A. In het geval van de blauwe curve is tevens (rechts) continue ruis aangeboden. Dit levert een reductie van het dynamisch bereik van de zenuwvezel. Die reductie wordt opgeheven (‘unmasking’) bij contralaterale elektrische MOC stimulatie (de groene curve).

  Het rechter oor is gestimuleerd met toonstootjes. De zwarte curve is de uitkomst zonder ruis en zonder MOC stimulatie. Het is dezelfde curve als de blauwe in Fig.3A. Wanneer in Fig.4 tevens continue ruis wordt aangeboden (rechter oor), geldt de gestippelde blauwe curve. Deze laat een gereduceerd dynamisch bereik zien. De gedachte is dat de ruis een deel van de transmitterstof die de IHC nodig heeft ‘opgebruikt’ zodat er een tekort is voor het vuren bij hoge niveaus. Elektrische stimulatie van de MOC neuronen heeft als gevolg dat de adapterende werking van de ruis beperkt wordt. De transmitterstof is dan blijkbaar weer vrij voor gebruik en het dynamisch bereik is weer ‘zoals het was’. Dit effect heet ‘MOC unmasking’. Zie in dit verband ook Hfdst. 6.2.2, Fig.9.

• Beïnvloeding van Otoakoestische Emissies
  We bespreken hier de uitkomsten van experimenten van Liberman et al. (1996) omdat die inzicht geven in de wijze waarop via de neuronen van de efferente olivocochleaire bundels, de werking van de buitenste haarcellen beïnvloed wordt. Bij de bespreking maken we gebruik van Fig.5A. Fig.5B is een replica van Fig.2.
  
  Afgebeeld is de amplitude van de DPOAE van een kat in het rechter oor, weer het ipsilaterale oor genoemd, voor drie condities. De primaire tonen (f₂ = 4 kHz en f₂/f₁ = 1.2) worden op tijdstip 0 ingeschakeld en duren 10 s. Na 3 seconden wordt aan het contralaterale oor breedbandige ruis aangeboden gedurende een interval gemarkeerd door de zwarte balk. Het geluidsniveau van de ruis is 80 dB SPL. De middenoorspiertjes waren doorgesneden.
  
  
  

  Fig.5. Schematische weergave (linker figuur) van de effecten van akoestische stimulatie van het linker (contralaterale) oor op de grootte van de DPOAE in het rechter (ipsilaterale) oor van een kat via achtereenvolgens de gekruiste (COCB) en ongekruiste (UOCB) mediale olivocochleaire bundel. De contralaterale stimulus is in alle gevallen breedbandige ruis met een geluidsniveau van 80 dB SPL. In het geval van de rode curven zijn alle banen intact, bij de blauwe curve is de COCB doorgesneden en bij de groene curve is de hele olivocochleaire bundel doorgesneden. De middenoorspiertje waren steeds doorgesneden. Zie verder de tekst. De rechter figuur is dezelfde als Fig.2 en is hier ter ondersteuning van het begrip toegevoegd. Linker figuur opnieuw getekend naar Guinan JJ, 2006, Fig.7 en Liberman et al., 1996, Fig.6A.

  Wanneer de ongekruiste efferente banen UOCB en de gekruiste banen COCB intact zijn, volgt de amplitude van de DPOAE de rode curve. Dit is een snelle afname (adaptatie) aan het begin en opnieuw een snelle afname (reductie van versterking in de buitenste haarcellen rechts) wanneer de ruis wordt ingeschakeld. Wanneer de ruis wordt uitgeschakeld keert de DPOAE terug naar het oorspronkelijke niveau.

  Wanneer de gekruiste COCB doorgesneden wordt (contralateraal, dus links in Fig.5B) is er een minder gevoelige startpositie en verdwijnt de snelle adaptatie aan het begin, maar het effect van de ruis op de versterking van de buitenste haarcellen blijft aanwezig (de blauwe curve). Het is zeer waarschijnlijk dat de zojuist genoemde snelle adaptatie in de rode curve een weergave is van de ipsilaterale akoestische MOC reflex vanuit het rechter oor. Dit effect kruist de hersenstam twee keer, de eerste keer via de afferenten naar het contralaterale mediale olijfcomplex en vervolgens terug, via de efferente MOC baan naar de ipsilaterale buitenste haarcellen.

  De groene curve tenslotte wordt gevonden wanneer de hele olivocochleaire bundel (OCB) is doorgesneden, bijvoorbeeld rechts in Fig.5B, waar de vier deelbundels samenkomen (OCB). Het effect van de ruis is dan verdwenen, evenals de snelle adaptatie aan het begin, die al eerder verdwenen was.

  Deze bijzondere uitkomsten zijn geheel in overeenstemming met de anatomie van de OCB: de ipsilaterale (MOC) reflex die via de contralaterale zijde loopt (‘heen en terug’) en de contralaterale MOC reflex die van het contralaterale oor naar het ipsilaterale oor loopt (eerst afferente baan en daarna als efferente bundel).

• Bescherming tegen hoge geluidsniveaus
  De afname van de versterking in de buitenste haarcellen onder invloed van MOC stimulatie kan een functie hebben in de bescherming van het auditieve systeem tegen harde geluiden . Een illustratie daarvan is de manier waarop MOC stimulatie een tijdelijk gehoorverlies (TTS) beïnvloedt. Het betreft onderzoek van Rajan (1988a,b) en van Rajan en Johnstone (1988) bij cavia’s die waren blootgesteld aan zeer hoge geluidniveaus.
  
  In Fig.6A  is te zien hoe de cochleaire gehoordrempel in het rechter oor, gemeten via de grootte van de N₁ (CAP), verhoogd is, nadat een cavia in dat oor gedurende 1 minuut een 10 kHz toon van 103 dB SPL heeft gehoord. De TTS is vanaf 5 minuten na het einde van de conditionerende stimulus gemeten (de rode lijnen). De grootte is maximaal bij een frequentie van 14 kHz (dit is het gebruikelijke beeld) en bedraagt 22 dB. Wanneer de meting uitgevoerd wordt met gelijktijdige elektrische stimulatie van de – gekruiste – COCB (contralateraal, MOC) bedraagt de TTS 10 dB (de groene lijnen), een afname dus van 12 dB.
  
  
  

  Fig.6. Drempels van de N₁ van de CAP als functie van de frequentie, in cavia’s, na een tijdelijke drempelverhoging (TTS), opgewekt door aanbieding van een 10 kHz toon van 103 dB SPL gedurende 1 minuut aan het rechter oor. De drempels zijn, zowel in Fig.6A als Fig.6B, schematisch weergegeven door de rode driehoeken. In beide gevallen werd gemeten 5 minuten na het eind van de blootstelling. De groene driehoeken illustreren de effecten van stimulatie van de COCB op de grootte van de TTS:
  Fig.6A. Vermindering van de TTS na gelijktijdige contralaterale elektrische MOC stimulatie (bij intacte COCB).
  Fig.6B. Vermindering van de TTS na gelijktijdige akoestische stimulatie van het contralaterale oor met ruis (bij intacte COCB). De zwarte driehoek in Fig.6B illustreert het effect van gelijktijdige akoestische stimulatie van het contralaterale oor met ruis, nadat de COCB is doorgesneden.
  Voor meer informatie zie de tekst van dit hoofdstuk en de betreffende publicaties.
  De verschillende driehoeken hebben betrekking op verschillende groepen cavia’s.

  De TTS als gevolg van de conditionerende stimulus van 10 kHz kan ook beïnvloed worden door gelijktijdige akoestische stimulatie van het contralaterale oor met een 10 kHz toon van 80 dB SPL. Dan treedt er eveneens een vermindering van de TTS op van dezelfde grootte (Fig.6B  – de groene driehoek). Wanneer, vooraf, de COCB wordt doorgesneden geeft de contralaterale stimulatie geen bescherming (rode driehoek), dezelfde uitkomst dus als wanneer, bij intacte COCB, geen contralaterale stimulus aanwezig is.

Mechanismen (rol transmitters)
De mechanismen die verantwoordelijk zijn voor de beïnvloeding van de versterking in de buitenste haarcellen en de neurotransmitters die hierbij een rol spelen worden hier niet behandeld. Dit onderwerp is te specialistisch voor het Nederlands Leerboek Audiologie.

6.1.2.4(2). Samenvatting

• Beïnvloeding van de versterking in de buitenste haarcellen door elektrische stimulatie van de olivocochleaire bundel aan de contralaterale zijde.
• Opheffing van de reductie in dynamisch bereik voor ipsilateraal aangeboden toonstootjes in ruis, na elektrische stimulatie van de olivocochleaire bundel aan de contralaterale zijde (‘unmasking’ – verbetering van de signaal ruisverhouding)
• Beïnvloeding van de ipsilateraal opgewekte DPOAE door contralateraal aangeboden ruis
• Vermindering van een tijdelijke drempelverhoging (TTS) bij elektrische en akoestische stimulatie van de olivocochleaire bundel aan de contralaterale zijde (gemeten via de CAP)

Auteur

Lamoré

Revisie

mei 2013