Influence of broadband noise trauma on tinnitus perception and hearing impairment in the experimental model of the Gerbil

Hintergrund und Ziele: Bei der Erforschung des subjektiven Tinnitus-Syndroms, dessen genaue Ursachen bis zum jetzigen Zeitpunkt nicht abschließend geklärt werden konnten, werden unterschiedlichste Pathogenesen und Entstehungsmechanismen diskutiert. Sicher annehmbar ist jedoch eine gehäufte Koexistenz mit dem Vorhandensein von lärmbedingter Schwerhörigkeit bzw. dem ursächlichen Einfluss von Schalltraumata auf die Entstehung des Tinnitus. Hierbei stehen derzeit unter anderem unterschiedliche Tiermodelle im Fokus der Aufmerksamkeit weltweiter experimenteller Forschungsbemühungen. Insbesondere das verhaltensbasierte Messparadigma nach Turner (Turner et al., 2006) erfreut sich hierbei zunehmender Beliebtheit. Während die Entstehung von Tinnitus und Lärmschwerhörigkeit bei mehreren Säugetierspezies, vornehmlich Vertretern der Nager, bei Traumata verursacht durch Reintöne oder Schmalband-Geräusche bis zu einer Oktave Bandbreite bereits vielfach untersucht worden sind, legt diese Promotionsarbeit ihr Augenmerk auf die Auswirkungen von durch weißes Rauschen, als auch hochpass- und tiefpassgefiltertes weißes Rauschen, verursachte Traumata auf die Entstehung von Hörverlust und Tinnitusperzeption. Material und Methoden: Im Rahmen dieser Dissertation wurden bei 18 Wüstenrennmäusen in mehrwöchigen Intervallen vor und nach einem Schalltrauma mittels Anwendung der GPIAS (gap prepulse inhibition of the acoustic startle reflex) nach Turner und Audiometrie, ebenfalls durch Anwendung eines auf der Präpulsinhibition (PPI) der akustischen Schreckreaktion (ASR) basierenden Messverfahrens, eine mögliche Tinnitusentwicklung und die Hörschwellen der Tiere im Verlauf des Experiments bestimmt. Hierbei wurde bei 6 Tieren als Traumastimulus weißes Rauschen (white noise/wn), bei 4 Tieren hochpassgefiltertes weißes Rauschen mit einer unteren Grenzfrequenz von 7 kHz (hp7) und bei 4 Tieren tiefpassgefiltertes weißes Rauschen mit einer oberen Grenzfrequenz von 7 kHz (lp7) angewandt. Die Dauer des Traumas belief sich auf 75 min bei einem Schalldruckpegel von 115 dB SPL (Dezibel Sound Pressure Level). Vier Versuchstiere dienten bei einer 75-minütigen Beschallung mit 65 dB SPL-starkem weißem Rauschen als Kontrollgruppe (cnt). Die Auswertung der Messergebnisse nach Analyse der Rohdaten und anschließender Einteilungen der Tiere erfolgte mittels unterschiedlicher statistischer Methoden, u.a. ein- und mehrfaktorieller Varianzanalysen und Korrelationsanalysen. Ergebnisse und Beobachtungen: Überraschenderweise zeigte, trotz technisch korrekter Durchführung des Experiments und plausibler Messdaten, kein Tier der Traumagruppen einen Hörverlust. Vielmehr kam es zum Teil zu einer minimalen Verbesserung der Hörschwelle mit keiner weiteren signifikanten Veränderung des Hörverlustes oder einem erfassbaren Zusammenhang mit Kriterien wie Messzeitpunkt und Trauma. Allen 4 Tieren der Kontrollgruppe wurde eine Tinnitusperzeption attestiert. Bei 5 Tieren der Traumagruppen konnte eine Tinnitusentwicklung festgestellt werden. Auffällig war innerhalb der Tinnitusgruppe eine Häufung der Tinnitusfrequenz bei 2828 Hz (4 von 9 Tieren mit Tinnitus) und bei 5657 Hz (6 von 9 Tieren). Die Untersuchung der Korrelation von Effektstärke eines Tinnitusperzeptes und Hörverlust (hearing loss/HL) kam bei Betrachtung der wnTraumagruppe zu signifikanten Ergebnissen und wird nachfolgend als Hinweis auf einen versteckten Hörverlust (hidden hearing loss/HHL) diskutiert. Schlussfolgerungen: Die Ergebnisse der Kontrollgruppe zeigen die Grenzen von Tierversuchsmodellen, unter anderem des hier angewandten auf dem GPIAS-basierten Messparadigma nach Turner, auf. Insbesondere die relativ kleine Anzahl an Versuchstieren zeigte sich bei der Auswertung der Messdaten als limitierend. Auffällig zeigte sich das Vorhandensein mehrerer Tinnitusfrequenzen bei einzelnen Tieren, sowohl unter- als auch oberhalb der Filtergrenze von 7 kHz in den entsprechenden Traumagruppen. Bereits bekannte Beobachtungen des Zusammenhangs zwischen Traumafrequenz und Tinnitusfrequenz, beispielsweise die der Lateralisation des Tinnitus in Frequenzbereiche ober- und unterhalb des Randes des größten Hörverlustes und der Beobachtung der 0,5-1 OktavVerschiebung, konnten nicht reproduziert werden. Breitbandvertäubungen zeigen bei der hier verwendeten Lautstärke und Dauer keinen durch die gewählte Messmethode darstellbaren negativen Einfluss auf das Hörvermögen im Sinne erhöhter Hörschwellen. Dennoch gibt es Indizien für eine Schädigung des Gehörs im Rahmen eines HHL bzw. einer Tinnitusentwicklung. Diese war auch bei den Tieren der Kontrollgruppe zu beobachten. Eine Erklärung dieser Beobachtung eines HHL in Verbindung mit einer Tinnitusperzeption wird im Rahmen der Theorie der stochastischen Resonanz (Krauss et al., 2016) diskutiert.Objectives: In the study of the subjective tinnitus syndrome, whose exact causes could not be conclusively clarified at present, a wide variety of pathogenesis and developmental mechanisms are currently being discussed. Certainly, however, coexistence with the presence of noise-induced hearing-loss or the causal influence of sonic trauma on the development of tinnitus is certainly acceptable. Different animal models are currently the focus of attention of worldwide experimental research. In particular, the behavioral test according to Turner (Turner et al., 2006) becomes more and more popular. While the development of tinnitus and hearing-loss after traumas in the form of pure tones or narrow-band sounds up to an octave bandwidth have been widely studied in several mammalian species, mainly representatives of the rodents, this PhD thesis focuses on the effects of trauma in the form of unlimited, high-pass and low-pass filtered white noise on the development of hearing loss and tinnitus perception. Material and methods: In this dissertation, tinnitus development and hearing thresholds in 18 gerbils were investigated at intervals of several weeks before and after acoustic trauma, using the GPIAS (gap prepulse inhibition of the acoustic startle reflex) according to Turner and audiometry, also using a measurement method, based on prepulsinhibition (PPI) if the acoustic-startle-reflex (ASR). White noise (wn) was used in 6 animals as a trauma frequency, 7 kHz-high-pass filtered white noise (hp7) in 4 animals and 7 kHz- low-pass filtered white noise (lp7) in 4 animals. The duration of the trauma was 75 min at a sound pressure level of 115 dB SPL. Four experimental animals served as a control group on a 75-minute sonication with 65 dB SPL of white noise (cnt). The evaluation of the measurement results after analysis of the raw data and subsequent classification of 4 the animals was carried out using different statistical methods, i.a. one- and multifactorial variance analyzes and analyzes of correlations Results and observations: Surprisingly, despite the technically correct execution of the experiment and plausible measurement data, no animal of the trauma groups showed a hearing loss. Rather, there was a partial improvement in the hearing threshold with no further significant change in hearing loss or a detectable relationship with criteria such as tinnitus frequency and trauma. In addition, tinnitus had to be attested to all 4 animals of the control group. In animals of the trauma groups, a tinnitus development was found 5 times. Noticeable within the tinnitus group was an accumulation of the tinnitus frequency 2828 Hz (4 of 9 animals with tinnitus) and 5657 Hz (6 of 9 animals with tinnitus). The study of the correlation of effect intensity of a tinnitus recording and hearing loss (HL) came to significant results when looking at the trauma group and is discussed below as an indication of a hidden hearing loss (HHL). Conclusions: The results of the control group reveal the limitations of animal models, including the GPIAS based measurement paradigm according to Turner. In particular, the relatively small number of experimental animals was found to be limiting in the evaluation of the measured data. The presence of several tinnitus frequencies in individual animals, both below and above the filter limit of 7 kHz in the corresponding trauma groups, was striking. Previously existing observations of the relationship between trauma frequency and tinnitus frequency, for example, the lateralization of these in frequency ranges above and below the edge of the greatest hearing loss and the observation of the 0.5-1 octave shift, could not be reproduced. Broadband traumatisation with the duration and volume used in this experiment does not show a negative impact on hearing, expressed by increased hearing threshold. Nevertheless, there are indications of damage to hearing in the context of HHL or tinnitus development. This was observed in the animals of the control group. An explanation of this observation of an HHL in conjunction with a tinnitus sensation is discussed in the context of the theory of stochastic resonance (Krauss et al., 2016)