Miniaturisierung elektronischer Schaltkreise – Hörhilfen werden stetig verbessert Ein Beispiel, wie die physikalische Forschung zunächst auf grundlegende Erkenntnisse und dann sehr schnell zu praktischen Anwendungen führt, ist die Halbleiterphysik (siehe S. 35). Die Ergebnisse der Grundlagenforschung in der ersten Hälfte des 20. Jh. führten ab 1960 zur Entwicklung der Halbleiterindustrie. Den Ersatz von menschlicher Arbeitskraft durch die Dampfmaschine bezeichnet man als industrielle Revolution, den Wandel der Technik (Steuerungstechnik und Kommunikationswesen) und unseres Nutzungsverhaltens als digitale Revolution. Die Miniaturisierung der elektronischen Bauteile durch Transistoren und integrierte Schaltkreise hat neben vielen anderen Anwendungen den PC, den Personal Computer in seinen vielfältigen Formen, und die Mobiltelefonie ermöglicht. Am medizinischen Beispiel der Hörprothese für das Innenohr, einer österreichischen Entwicklung, wird das Zusammenspiel von Grundlagenforschung und Anwendung deutlich. Bei taub geborenen Kindern mit intaktem Hörnerv und auch bei später Ertaubten fehlen oft die Haarzellen in der Gehörschnecke (lat. Cochlea), welche die Schallwellen in Nervenimpulse umwandeln. Cochlea-Implantate können diesen Personen das Hören ermöglichen. Dazu werden Fasern des Hörnervs direkt durch eine in die Cochlea eingeführte Elektrode stimuliert (8.1–8.3). Im Signalprozessor wird der Schall nach Frequenz und Lautstärke analysiert und digitalisiert. Der Signalprozessor (mit Mikrofon und kleiner Batterie) wird hinter dem Ohr getragen. Information und Energie werden durch hochfrequente elektromagnetische Schwingungen an den Stimulator übertragen, der unter der Kopfhaut implantiert ist. Dieser erzeugt elektrische Pulse, die über feine elektrische Leitungen in der Elektrode Nervenfasern des Hörnervs in der Cochlea aktivieren. Die elektrischen Impulse der Nervenfasern erreichen schließlich das Hörzentrum im Gehirn, wo die akustischen Informationen bewusst werden. Das Cochlea-Implantat ermöglicht Hören in einem Frequenzbereich von 70 Hz bis über 8 000 Hz. Das reicht für Sprachverständnis und Musikhören. Da die gesamte Information über nur 12 Kontakte übertragen wird (zum Vergleich: Im gesunden Ohr gibt es etwa 20 000 Nervenfasern), ist der Musikgenuss etwas eingeschränkt, während die Sprache robuster ist und weniger strenge Anforderungen an die Signalverarbeitung stellt. Von der Idee im Jahr 1975 zur ersten implantierten Elektrode vergingen nur zwei Jahre, aber erst die Miniaturisierung der Elektronik erlaubte ab 1989 den Bau der kompakten implantierbaren Geräte. Die Implantate von MED-EL werden in Innsbruck individuell für jede Patientin und jeden Patienten hergestellt und weltweit verwendet. Untersuche, überlege, forsche: Hörhilfen 8.1 S2 Überlege, warum es besonders für taub geborene Kleinkinder wichtig ist, eine Hörprothese zu erhalten. 8.1 Beim Cochlea-Implantat wird der Hörnerv (7) nicht durch die Haarzellen, sondern durch elektrische Wechselspannungen an Kontaktstellen einer Elektrode mit der Gehörschnecke (lat. Cochlea) (6) stimuliert. Der Signalprozessor (1) mit Mikrofon, Elektronik und Leitung (2) zur Sendespule wird außen am Ohr getragen. Er transformiert den Schall in elektrische Impulse für die externe Sendespule (3). Unter der Kopfhaut liegt der Empfänger mit der Empfangsspule (4) und der Elektrode (5), die in die Gehörschnecke reicht. 3 4 6 5 7 2 1 8.2 Die in die Gehörschnecke eingesetzte Elektrode stimuliert mit ihren Kontakten mittels Wechselspannung einzelne Fasern des Hörnervs. 8.3 Implantierbarer Stimulator mit Empfangsspule. Die externe Spule wird durch den internen Magneten (rund) im Zentrum der Empfangsspule (orange) gehalten. Das Gerät wird unter die Kopfhaut implantiert und die Elektrode in die Gehörschnecke eingeführt. Der Stromfluss wird über eine großflächige Elektrode auf dem Metallgehäuse geschlossen. 8 Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv
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