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Sharon Beyer

• Ziel dieser Arbeit war es, eine Methode zur akustischen Konditionierung speziell für cochleaimplantierte Katzen zu entwickeln. Die Methode sollte bei den Katzen Interesse an akustischen Reizen induzieren und mit einem geringen Aufwand Hör- und Unterschiedsschwellen bestimmbar machen. Dabei konnte auf den Erfahrungen aus der Arbeit von Manos Pramateftakis aufgebaut werden. Bei der Katze handelt es sich um ein gutgeeignetes Tiermodell, wodurch sich die gewonnenen Ergebnisse in gewissem Maße auf den Menschen übertragen lassen. Zusammen mit den Resultaten aus den neurophysiologischen und histologischen Untersuchungen sollen sie helfen, die Implantate und deren Codierungsstrategien zu verbessern. Es wurden insgesamt sieben Katzen für die Konditionierungsexperimente verwendet, davon vier Tiere, zwei taub geborene und zwei künstlich vertäubte, mit einem Cochleaimplantat ausgestattet. Es wurde sichergestellt, daß die Tiere vor der Implantation taub waren und keinerlei Hörerfahrung hatten. Die Tiere wurden im Alter von 2,5 bis 6,5 Monaten implantiert. Drei weitere Katzen dienten als hörende Kontrollen. Die sieben Katzen wurden zwischen 12 und 102 Tage konditioniert. Die verwendeten Cochleaimplantate wurden in unserem Institut speziell für den Einsatz bei Katzen entwickelt. Es handelt sich dabei um fünf kugelförmige Reizelektroden, die in die Scala tympani eines Ohres inseriert wurden, und eine indifferente Elektrode. Es wurde ein rein monopolares Reizmuster verwendet. Bei der entwickelten Methode handelte es sich um eine operante Konditionierung mit positiver Verstärkung und einem konstanten Verstärkungsmuster. Die Konditionierungssitzungen fanden einmal täglich, an sieben Tagen der Woche in einer schalldichten Kammer statt, mit 15 – 20 Trials (Tests) pro Sitzung. Die Tiere wurden nicht futterdepriviert, erhielten aber für mindestens sechs Stunden vor der Konditionierung keine Nahrung. Ziel war es, daß die Katzen ein Verhalten zur Frequenzdiskrimination erlernten. Dazu mußten die Tiere bei zwei verschiedenen Reizfrequenzen unterschiedliche Futternäpfe aufsuchen, um eine Belohnung zu erhalten. Das Hinlaufen zu dem richtigen Futternapf wurde als Treffer (Hit) gewertet und in jedem Fall verstärkt. Bei den Versuchen wurde bewußt auf eine Automatisierung verzichtet. Damit es möglich war auf das individuelle Verhalten der Katzen zu reagieren, wurde einem Versuchsleiter der Vorzug gegeben. Es waren mit dieser Methode nur durchschnittlich sieben Sitzungen oder 122,2 Trials nötig, damit die Tiere zuverlässig den Zusammenhang zwischen Reiz und Verstärker erkannten. Die Methode kann aufgrund dieser Daten als sehr effektiv bezeichnet werden, die mit wenig Zeitaufwand durchzuführen ist. Es konnte kein Unterschied zwischen normal hörenden und implantierten Tieren bezüglich des Lernerfolges festgestellt werden. Einzig die Katze, die erst im Alter von über sechs Monaten implantiert wurde, zeigte einen deutlich schlechteren Lernfortschritt als alle anderen Tiere. Möglicherweise ein Zeichen, daß bei dem Tier zum Zeitpunkt der Implantation die kritische Periode der Gehirnentwicklung bereits abgeschlossen war. Mit dieser Methode konnte allerdings keine der Katzen ein Verhalten zur Frequenzdiskrimination erlernen. Die Tiere vermochten nicht die unterschiedlichen Reize den verschiedenen Futterstellen zuzuordnen. Das Fehlen eines Manipulandums und damit einer eindeutigen, zu verstärkenden Verhaltensweise könnten hierfür der Grund sein. Es ist zu vermuten, daß die Anforderungen an die Tiere in letzter Konsequenz zu schwierig waren. Weiterführende Untersuchungen werden nötig sein, um die Methode zu optimieren.
• The aim of this thesis was to develop a method for acoustically conditioning cochlea-implanted cats. The method was to induce interest in acoustic stimuli in the cats, and to determine hearing and frequency discirmination thresholds. In developing this method, experiments were based on the work done by Manos Pramateftakis. In total seven cats were used for the conditioning experiments, among them four were cochlea-implanted. Two of them were born deaf, and the other two had been deafened. It was ensured that all animals were deaf without any acoustic experience before implanting them. The cats were implanted at the age of 2.5 to 6.5 months. Three further cats served as hearing control animals. Conditioning was done for 12 to 102 days. Cats are well-suited animal models for transferring the experimental results to humans to a certain degree. Taken together with the results of the neurophysiological and histological examinations, the experiment results are to improve both cochleaimplants and coding strategies. The cochlea implants used had been developed at our institute specifically for the use on cats. The devices consist of five spherical stimulating electrodes that are inserted into the scala tympani of one ear, and an inert electrode. Only monopolar stimulation patterns were used. The method developed is an operand conditioning method with positive reinforcement and a constant reinforcement pattern. The conditioning sessions took place in an acoustic chamber once a day for seven days a week with fifteen to twenty trials per session. The cats were not food deprived, but weren't fed for at least six hours before the conditioning session started. The aim was to have the cats learn frequency discrimination. Therefore, the animals had to go to two different food bowls for a reward, depending on the given stimulation frequencies. Going to the correct bowl was judged a hit and it was always positively reinforced. Deliberately the whole process was done without any automatisation as we wanted to be able to react on each individual behaviour of the cats. Hence it was preferred to have an experiment investigator. On average, the cats needed only seven sessions or equivalently 122.2 trials to robustly learn the correlation between stimulus and reinforcement. Hence it can be concluded that the method is very efficient and not very time-consuming. No difference was found between the learning success of deaf or hearing cats. Only the cat that was implanted at an age above six months learned considerably slower than all other cats. This could signify that the critical period of brain development had already ended for this cat. With this method, the cats cuold not learn to distinguish frequencies as the animals could not correlate different frequencies with different feeding places. It is possible that this experiment outcome is due to the lack of a manipulandum and hence due to the lack of a clearly reinforcable behaviour. Supposedly the experiment requirements were finally too high for the animals. Further experiments are needed to optimize the method.