Von Martin Schaarschmidt (Cochlear) / Fotos: privat/USZ
»WIR SAGTEN UNS, WIR MACHEN SO EINE ART MONDLANDUNG«
Für das Hören mit dem Cochlea-Implantat waren die 70er und 80er Jahre des letzten Jahrhunderts eine Pionierzeit. Ob San Francisco, Los Angeles, Boston, Paris, Melbourne, Wien … – an zahlreichen Orten der Welt arbeiteten kleine Gruppen aus Ingenieuren und HNO-Chirurgen an der Entwicklung eines Cochlea-Implantats. Zu ihnen zählte auch die Zürcher Gruppe um Professor Ugo Fisch (1931 – 2019) und Norbert Dillier, die 1977 eine erste CI-Implantation vornahm, maßgeblich an der Etablierung der CI-Therapie in der Schweiz mitwirkte und mit ihrer Forschungsarbeit zur Entwicklung der CI-Technik beitrug. Hier Teil 1 unseres Interviews mit Norbert Dillier.
Herr Professor Dillier, wie sind Sie zum Thema Cochlea-Implantat gekommen?
Ich bin Elektroingenieur, habe ab Anfang der 70er Jahre an der Eidgenössischen Technischen Hochschule (ETH) Elektrotechnik studiert. Schon in der Gymnasialzeit interessierte ich mich für Elektronik, für Mathematik und Kybernetik. Grundprinzip der Kybernetik ist ja, technisches Wissen in Medizin, Biologie usw. zu übertragen. An der ETH hörte ich Vorlesungen über Kybernetik und biomedizinische Technik, auch den Vortrag von Professor Larry Leifer aus den USA, der eine Assistenz-Professur am Institut für Biomedizinische Technik der ETH hatte. Schon der Beginn seines Vortrags hat mich beeindruckt, denn er sprach anfangs ohne Ton. Er wollte uns vermitteln, wie es ist, nicht zu hören. Und ich erfuhr das erste Mal von der Möglichkeit eines künstlichen Gehörs bzw. von der Möglichkeit, den Hörnerven durch Elektrostimulation zu aktivieren. Er berichtete von Versuchen, welche er im Labor von Nelson Kiang in Boston verfolgt hatte, und von Blair Simmons von der Stanford University, wo er ursprünglich herkam. Mich hat das so interessiert, dass ich gemeinsam mit einem Studienkollegen in sein Büro ging. Wir fragten, ob wir bei ihm eine Studienarbeit schreiben könnten. Und er meinte, dass es tatsächlich eine Möglichkeit gäbe. Er sei im Gespräch mit Professor Fisch, dem Direktor der Ohrenklinik.
Mit ihm bildeten Sie später viele Jahre den Kern der Züricher Gruppe. Wann genau war das?
Im Frühjahr 1974. Der Kollege und ich haben eine Semesterarbeit geschrieben. Und Professor Fisch hat uns Räumlichkeiten in der Klink zur Verfügung gestellt. Das war mehr oder weniger alles; also ein sehr kleines Team. Wir haben unsere Versuche gemacht und viel diskutiert. Unser Projekt begann damit, dass wir zuerst einmal die Literatur studierten und dann an uns selbst erste Stimulationsversuche vornahmen. Das ist ja auch bei normal hörenden Versuchspersonen möglich. Zum einen kann man elektrische Potenziale in mechanische Schwingungen umwandeln, die das Gehör aufnimmt – die sogenannte Elektrophonie. Und die zweite Möglichkeit ist, den Hörnerven direkt anzuregen, so wie es Alessandro Volta schon vor über 200 Jahren gemacht hat. Dessen Ansatz war schon mehrfach fortgeführt worden – in den 30er und 40er Jahren von russischen Forschern, dann auch von Amerikanern sowie von Norwegern, die in einer größeren Studie die Stimulation an verschiedenen Positionen des Kopfes untersucht hatten.
Sie haben diese früheren Versuche reproduziert?
Ja. Wir waren mehrere Studenten, die regelmäßig an der Ohrenklinik zusammenkamen. Für die Elektrostimulation wurden uns Nadeln durch das Trommelfell gesteckt, sodass wir selbst erleben konnten, dass das funktioniert. Es war allerdings keine angenehme Empfindung. Den Patienten wollten wir das nicht zumuten. Deshalb gingen wir dazu über, im Gehörgang zu stimulieren. Wenn man Salzlösung in den Gehörgang gibt und in dieser eine Elektrode platziert, lässt sich ebenfalls eine Hörempfindung auslösen. Das haben wir dann mit normal Hörenden und mit Gehörlosen versucht.
Wie fanden Sie Ihre Probanden?
Meine damalige Frau war Leiterin eines Gehörlosen-Wohnheims. Dessen Betreuerinnen und Betreuer vermittelten uns Versuchspersonen. Und tatsächlich ließ sich auch bei diesen eine Hörempfindung auslösen, die wir dann gemessen haben. Der Kollege ist nach der Semesterarbeit in andere Gebiete gewechselt. Ich blieb dabei und schrieb zum Abschluss des Studiums eine Diplomarbeit, in der ich an einem Modell beschrieb, wie ein Gehör im Normalfall funktioniert, und wie es mit elektrischer Stimulation funktioniert, wenn die Haarzellen nicht mehr übertragen und der Hörnerv direkt aktiviert wird. Ich zeigte, wie die Nervenaktionspotenziale aussehen, wie man sie messen kann.
Wie ging es nach Ihrem Studium weiter?
Das Thema hat mich so fasziniert, dass ich mich im nächsten Schritt bei Professor Leifer um eine Dissertationsstelle bemühte. Dann begannen wir, ein Implantat zu bauen – oder besser gesagt: es zusammenzubasteln. Wir bekamen Unterstützung von Assistenten und Doktoranden des Instituts für biomedizinische Technik. Es war alles recht schwierig, aber eine spannende Zeit. Larry Leifer betreute noch andere Doktoranden, die zu anderen Themen forschten – zur Neurologie, zur Augenheilkunde. Insgesamt waren wir vier Doktoranden. Und die Computer des Instituts mussten wir uns mit anderen teilen. Mitunter ging man auch nachts ins Institut, um an den Computern arbeiten zu können. Danach waren wieder andere Gruppen an der Reihe. Es war eben eine Pionierzeit. Wir hatten wenige Ressourcen und versuchten, das Beste aus ihnen zu machen.
Ihre Gruppe war also eine Kooperation zwischen dem Institut für biomedizinische Technik der ETH und dem HNO-Chirurgen Professor Fisch bzw. der Ohrenklinik des Universitäts Spital Zürich (USZ)?
Ja. Ugo Fisch hatte zuvor lange Zeit in den USA gearbeitet und dort auch seine Weiterbildung absolviert – unter anderem bei William House in Los Angeles. Nun wollte er in Zürich etwas ähnliches machen, und er benötigte dafür einen wissenschaftlich-technischen Partner. Das war Leifer, der dann jedoch wieder zurück in die USA ging. Ich hingegen blieb und bekam eine Anstellung an der Klinik. Medizinisch war die Gruppe an die Klinik angebunden. Es gab noch einen Oberarzt, der jedoch nicht stark in unser Projekt involviert war. Er hat nur geschaut, dass bei unserer Arbeit mit den Patienten alles mit rechten Dingen zugeht. Als der Oberarzt später die Klinik verließ, stieß Dr. Thomas Spillmann zu uns, der damals die Audiometrie-Abteilung übernommen hat. Er war ebenfalls sehr an unseren Forschungen interessiert. Und es ergab sich über Jahre eine fruchtbare Zusammenarbeit im Bereich Audiologie; wir haben gemeinsam eine Reihe von Projekten realisiert.
Welches Ziel strebten Sie damals bei der Entwicklung Ihres Implantats an? Was schien Ihnen mit Ihrer Forschungsarbeit erreichbar?
Professor Leifer ging davon aus, dass wir mindestens zehn Jahre brauchen würden, und dass es auch dann noch nicht möglich wäre, tatsächlich Sprache zu übertragen. Aber es würde die Leute beim Lippenlesen unterstützen. Als wir ein erstes System hatten, suchten wir den Kontakt zur Hörgeräte-Industrie, insbesondere zur Firma Rexton. Wir zeigten ihnen unser Gerät. Sie schlugen die Hände überm Kopf zusammen und meinten: »Das kann man doch nicht machen! Da müssen wir was Besseres zur Verfügung stellen.« Also bekamen wir bessere Geräte, die wir als Headset nutzen konnten, und 1977 implantierten wir einen Patienten. Das alles war zugleich Teil meiner Dissertation an der ETH.
Welche Vorarbeiten gab es bis zu dieser Implantation? Wie haben Sie sie vorbereitet?
Wir begannen mit Versuchen akuter Stimulation über temporäre Elektroden. In einer kleinen Operation legte Professor Fisch den Versuchspersonen eine Kugelelektrode vor das runde Fenster. Die Elektrode saß an einem Draht und wurde nach zwei bis drei Tagen wieder entnommen. In dieser Zeit konnten wir messen, inwieweit es gelingt, Hörempfindungen zu erzeugen. Beim eigentlichen Implantat verwendeten wir zwei bipolare Elektroden. Es gab also vier Kontakte, die in die Cochlea eingeführt wurden. Jedoch nicht wie heute durch das Runde Fenster, sondern durch spezielle Bohrlöcher an zwei verschiedenen Orten.
Wie sah das Implantat-System aus?
Es gab die vier Spezialelektroden, die wir aus den USA bezogen. Und es gab das Stimulationsgerät. Das Gerät hatte in etwa die Größe einer Zigarettenschachtel. Wir hatten verschiedene Möglichkeiten eingebaut, um die Codierung wechseln zu können. Dafür mussten Schalter umgelegt werden. Man konnte die Reizrate ändern, um sie an die Sprachmelodie und den Sprachrhythmus anzupassen. Und man konnte die Amplitude ändern. Stimulationsgerät und Elektroden waren über ein Kabel verbunden; und wir verwendeten einen Hautstecker. Im Institut gab es einen Mechaniker. Der hat den Hautstecker montiert und ihn auch angepasst. Ich hatte den Stecker noch isoliert. Mein Vater war Zahnarzt, also konnte ich dafür sein Zahnlabor nutzen. Und dann haben wir das ganze unterm Mikroskop zusammen gelötet und dann getestet und gemessen. Es war also viel Handarbeit, keine strukturierte Entwicklung eines Medizinprodukts, wie man das heute hat. Aber es hat funktioniert.
Und wie fanden Sie den Patienten für diese Implantation?
Den gewann der bereits erwähnte Oberarzt für uns. Es war einer seiner Patienten, den er für uns auswählte und mit dem er die Möglichkeit eines solchen Versuchs besprach. Auch wir führten vorab Gespräche mit dem Patienten. Natürlich gab es auch eine Ethikkommission, die entscheiden musste, ob wir die Operation überhaupt durchführen können. Die Kommission hat unser Vorhaben jedoch gutgeheißen. Heutzutage wäre wohl etwas mehr nötig gewesen, um so ein Unterfangen voranzutreiben. Der Patient kam aus der französischen Schweiz, dorther stammte auch der Oberarzt. Im Rückblick war die Wahl des Patienten vielleicht nicht die beste Entscheidung. Aber er war ein sehr netter Mensch, ein Bäcker. Nach der Implantation war er über Monate immer wieder bei uns. Er fuhr zu jeder Untersuchung aus seinem Heimatort nach Zürich, immer in Begleitung seiner Mutter. Und er brachte immer Kuchen für den Kaffee mit.
Erzählen Sie bitte von den Untersuchungen. Was passierte da?
Wir haben mit diesem Patienten gearbeitet, nahmen Labormessungen vor, bei denen wir Hirnströme (EEG) ableiteten, um zu sehen, inwieweit Tonhöhen und Lautstärken unterschieden werden. Wir testeten auch das Erkennen von Geräuschen. Bei den Versuchen setzten wir die Mutter hinter eine Glasscheibe. Dort sprach sie dann Wörter oder Sätze, und der Patient sollte versuchen, sie zu verstehen – mit und ohne ihr Lippenbild. Standardisierte Sprachtests gab es ja noch nicht, schon gar nicht auf Französisch. Es war keine einfache Situation. Aber eigentlich war es ganz erfolgreich.
Inwiefern? Was konnte der Patient mit Ihrem System hören?
Er konnte unterschiedliche Tonhöhen wahrnehmen, je nachdem, welche Elektrode stimuliert wurde. Er erkannte auch einen gewissen Sprachrhythmus. Und es gab eine gewisse Verbesserung beim Lippenlesen. Er benutzte das Gerät zu Hause und hat im Alltag ein wenig davon profitiert. Das hat er uns auch gesagt. Und wir haben durch ihn verschiedene Dinge gelernt.
Haben Sie ihn auch gezielt trainiert?
Ein strukturiertes Training gab es nicht. Das beschränkte sich darauf, ihm mit Unterstützung der Mutter französische Sprache anzubieten – also mit einer vertrauten Stimme. Wir hatten auch überlegt, ob man ihm aus einem Buch vorlesen könnte. Und es gab Kontakte zu Schwerhörigen-Lehrerinnen, von denen wir erfuhren, wie sie vorgehen, um Schwerhörige im Lippenlesen zu trainieren, und wie sie sie befähigen, aus wenigen sprachlichen Merkmalen das Optimum herauszuholen. Doch dann endete die Versorgung des Patienten mit einem etwas zwiespältigen Ergebnis. Beim Duschen löste sich der Hautstecker aus seiner Verankerung. Das funktionierte noch einige Wochen. Dann musste das Implantat entfernt werden, um eine Infektion zu vermeiden. Für uns führte das zur Entscheidung, nicht mehr mit einem Hautstecker zu arbeiten. Wir brauchten ein drahtloses System, das die Signale induktiv durch die Haut überträgt. Und natürlich sollte es mehrere Elektrodenkanäle nutzen. Aber die Technik war da noch nicht sehr fortgeschritten.
Inwieweit standen Sie zu dieser Zeit bereits im Austausch mit anderen CI-Pionieren?
Wir hatten den Kontakt zu Ingeborg und Erwin Hochmair in Wien, die ja an einem solchen induktiven System arbeiteten. Und es gab den Kontakt zu Professor Robert White in Stanford, der uns auch besuchte. Wir entschieden dann, unsere Versuche einer einkanaligen Stimulation fortzusetzen, bis die besseren, mehrkanaligen Systeme entwickelt wären. Und wir gingen so vor, dass unsere einkanalige Lösung zu einem späteren Zeitpunkt ausgetauscht werden kann. Das heißt, wir platzierten die Elektrode jetzt außerhalb der Cochlea vor dem Runden Fenster. So hatten wir es ja schon bei unseren temporären Versuchen getan, bei denen die Elektrode nach ein bis zwei Tagen wieder entfernt worden war. Diese Platzierung hatte sich aus unserer Sicht sehr gut bewährt. Man brauchte hier auch nicht viel Elektronik, um die Signale zu übertragen. Zudem nahmen wir Kontakt zum Institut für Elektronik der Uhrenindustrie in Neuchâtel (CSEM) auf, um ein gemeinsames Projekt zur Entwicklung eines Mehrkanal-Systems zu starten. Doch das Projekt scheiterte leider an der erforderlichen Finanzierung. Der Schweizerische Nationalfonds hat das nicht unterstützt. Für die Folgejahre blieb uns daher nur, unsere Forschungsarbeit auf die Signalverarbeitung zu beschränken und mit den einkanaligen Systemen fortzufahren, von denen wir wussten, dass sie keine Lösung für die Zukunft sein können. Also haben wir verschiedene Prozessoren gebaut und versucht, diese zu verbessern. Auch dazu gab es Diplom- und Semesterarbeiten von Studenten der ETH. Und wir nahmen Kontakt zum Ehepaar Hochmair auf: »Wir haben unsere Rundfenster-Elektrode und ihr habt ein induktives System. Baut uns doch euer System auch mit so einer Kugelelektrode.«
Und das hat die Wiener Gruppe dann für Sie gefertigt?
Sie haben uns fünf solcher Systeme gebaut. Das Implantat war also ein Hochmair-Implantat aus Wien; nur war es nicht intracochleär, sondern mit Kugelelektrode am runden Fenster. Die Prozessoren bauten wir selbst. Und auf diese Weise haben wir die nächsten Jahre weitere Versuche mit Patienten gemacht.
Kooperierten Ingeborg und Erwin Hochmair zu dieser Zeit nicht mit der US-amerikanischen Firma 3M, die auch das House Implantat vertrieb?
3M hat eine einkanalige Lösung der Hochmairs später lizensiert und vertrieb sie dann als 3M Vienna Implantat – neben dem einkanaligen 3M Implantat von William House aus Los Angeles. Das 3M House Implantat verwendete zur Übertragung eine 16 Kilohertz Amplitudenmodulation; es war also ein recht primitives System. Es kam sehr darauf an, wie die Spule auf das Implantat gelegt wurde. Wenn sie sich nur ein bisschen verschob, änderte sich sofort die Stärke der Übertragung. Die Hochmairs hatten hingegen sehr viel Erfahrung mit Hochfrequenztechnik. Die Übertragung erfolgte frequenzmoduliert. Das war anspruchsvoller und weniger empfindlich, wenn sich die Spule verschob. Also entschieden wir uns für dieses System. Erstmals implantiert haben wir es so 1979 oder 1980. 3M hat diese einkanalige Stimulationsmethode mit dem extracochleären Implantat dann auch noch für uns hergestellt – und auch für einige andere. Die haben wir dann ebenfalls mit unseren Prozessoren bedient. Bei 3M war ich auch mal für einige Monate und habe in deren Bioscience Laboratory gearbeitet.
Der zweite Teil des Interviews mit Norbert Dillier folgt im nächsten Heft