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Interaural differences in time and level of sounds can be used to localize sound sources and to segregate auditory streams. In mammals, the first stage of binaural processing is found in the brainstem, but also other structures are involved in binaural hearing. Pathological changes in these structures, such as the lesions caused by ischemic stroke, can lead to difficulties in binaural hearing tasks. This thesis consists of two projects investigating the individual impairments of binaural hearing in stroke patients and one project on the further development and application of a time-efficient measurement procedure. The thesis provides insights into the relationship between pathology and binaural perception and the underlying processes. It also provides an optimized time-efficient model-based experimental steering algorithm which is particularly useful in settings with limited measurement time, such as clinics.

Acute ischemic stroke, characterized by a localized reduction in blood flow to specific areas of the brain, has been shown to affect binaural auditory perception. In a previous study conducted during the acute phase of ischemic stroke, two tasks of binaural hearing were performed: binaural tone-in-noise detection, and lateralization of stimuli with interaural time- or level differences. Various lesion-specific, as well as individual, differences in binaural performance between patients in the acute phase of stroke and a control group were demonstrated. For the current study, we re-invited the same group of patients, whereupon a subgroup repeated the experiments during the subacute and chronic phases of stroke. Similar to the initial study, this subgroup consisted of patients with lesions in different locations, including cortical and subcortical areas. At the group level, the results from the tone-in-noise detection experiment remained consistent across the three measurement phases, as did the number of deviations from normal performance in the lateralization task. However, the performance in the lateralization task exhibited variations over time among individual patients. Some patients demonstrated improvements in their lateralization abilities, indicating recovery, whereas other lateralization performance deteriorated during the later stages of stroke. Notably, our analyses did not reveal consistent patterns for patients with similar lesion locations. These findings suggest that recovery processes are more individual than the acute effects of stroke on binaural perception. Individual impairments in binaural hearing abilities after the acute phase of ischemic stroke have been demonstrated and should therefore also be targeted in rehabilitation programs.

Stroke-induced lesions at different locations in the brain can affect various aspects of binaural hearing, including spatial perception. Previous studies found impairments in binaural hearing, especially in patients with temporal lobe tumors or lesions, but also resulting from lesions all along the auditory pathway from brainstem nuclei up to the auditory cortex. Currently, structural magnetic resonance imaging (MRI) is used in the clinical treatment routine of stroke patients. In combination with structural imaging, an analysis of binaural hearing enables a better understanding of hearing-related signaling pathways and of clinical disorders of binaural processing after a stroke. However, little data are currently available on binaural hearing in stroke patients, particularly for the acute phase of stroke. Here, we sought to address this gap in an exploratory study of patients in the acute phase of ischemic stroke. We conducted psychoacoustic measurements using two tasks of binaural hearing: binaural tone-in-noise detection, and lateralization of stimuli with interaural time- or level differences. The location of the stroke lesion was established by previously acquired MRI data. An additional general assessment included three-frequency audiometry, cognitive assessments, and depression screening. Fifty-five patients participated in the experiments, on average 5 days after their stroke onset. Patients whose lesions were in different locations were tested, including lesions in brainstem areas, basal ganglia, thalamus, temporal lobe, and other cortical and subcortical areas. Lateralization impairments were found in most patients with lesions within the auditory pathway. Lesioned areas at brainstem levels led to distortions of lateralization in both hemifields, thalamus lesions were correlated with a shift of the whole auditory space, whereas some cortical lesions predominantly affected the lateralization of stimuli contralateral to the lesion and resulted in more variab

Kardiovaskuläre Erkrankungen in Deutschland führen die Todesursachenstatistik an (19,1 % 2013) und verursachen die höchsten Krankheitskosten (14,5 % 2008) (Statistisches Bundesamt, 2015a,b). Im Rahmen von ischämischen Ereignissen am Herzen kann es zu Rhythmusstörungen kommen. In der Therapie dieser Störungen werden traditionell klassische Antiarrhythmika mit Wirkort Ionenkanal eingesetzt, welche jedoch stets ein proarrhythmisches Potenzial aufweisen. Im Fokus der Forschung der letzten Jahre stehen deswegen Peptide wie AAP10 (Antiarrhythmisches Peptid 10), welche direkt an den Gap Junctions ansetzen. In Radioligandenbindungsstudien konnte gezeigt werden, dass Desipramin AAP10 von seinem Rezeptor verdrängen kann. In der vorliegenden Arbeit wurde der Einfluss von Desipramin auf die Gap Junction-Leitfähigkeit in adulten humanen atrialen Kardiomyozyten bestimmt (Jozwiak 2012). Die Bestimmung der Leitfähigkeit erfolgte durch die Technik des Double-Cell-Voltage-Clamp. Es konnte gezeigt werden, dass Desipramin die elektrische Kopplung in humanen Kardiomyozyten, welche vorab durch CO2-induzierte Azidose partiell entkoppelt wurden, erhöht. Weiterhin wurde in der Mapping-Analyse mit dem Langendorff-System gezeigt, dass Desipramin in ischämischen Gebieten am ganzen Kaninchenherzen eine Reduktion der Homogenität und eine Steigerung der Dispersion verhindern kann. In anschließend hergestellten Western Blots aus Gewebeproben derselben Kaninchenherzen ließ sich eine verminderte Dephosphorylierung von Connexin 43 in ischämischen Gebieten unter Desipramin nachweisen. Ebenso vermag Desipramin eine Lateralisierung des Connexin 43 entlang der Zellmembran zu verhindern. Die Ergebnisse zeigen, dass Desipramin die Wahrscheinlichkeit für das Auftreten von Herzrhythmusstörungen unter ischämischen Bedingungen signifikant verringern und damit möglicherweise zur Senkung der Morbidität und Mortalität von Herzkreislauferkrankungen beitragen kann.

Kardiovaskuläre Erkrankungen in Deutschland führen die Todesursachenstatistik an (19,1 % 2013) und verursachen die höchsten Krankheitskosten (14,5 % 2008) (Statistisches Bundesamt, 2015a,b). Im Rahmen von ischämischen Ereignissen am Herzen kann es zu Rhythmusstörungen kommen. In der Therapie dieser Störungen werden traditionell klassische Antiarrhythmika mit Wirkort Ionenkanal eingesetzt, welche jedoch stets ein proarrhythmisches Potenzial aufweisen. Im Fokus der Forschung der letzten Jahre stehen deswegen Peptide wie AAP10 (Antiarrhythmisches Peptid 10), welche direkt an den Gap Junctions ansetzen. In Radioligandenbindungsstudien konnte gezeigt werden, dass Desipramin AAP10 von seinem Rezeptor verdrängen kann. In der vorliegenden Arbeit wurde der Einfluss von Desipramin auf die Gap Junction-Leitfähigkeit in adulten humanen atrialen Kardiomyozyten bestimmt (Jozwiak 2012). Die Bestimmung der Leitfähigkeit erfolgte durch die Technik des Double-Cell-Voltage-Clamp. Es konnte gezeigt werden, dass Desipramin die elektrische Kopplung in humanen Kardiomyozyten, welche vorab durch CO2-induzierte Azidose partiell entkoppelt wurden, erhöht. Weiterhin wurde in der Mapping-Analyse mit dem Langendorff-System gezeigt, dass Desipramin in ischämischen Gebieten am ganzen Kaninchenherzen eine Reduktion der Homogenität und eine Steigerung der Dispersion verhindern kann. In anschließend hergestellten Western Blots aus Gewebeproben derselben Kaninchenherzen ließ sich eine verminderte Dephosphorylierung von Connexin 43 in ischämischen Gebieten unter Desipramin nachweisen. Ebenso vermag Desipramin eine Lateralisierung des Connexin 43 entlang der Zellmembran zu verhindern. Die Ergebnisse zeigen, dass Desipramin die Wahrscheinlichkeit für das Auftreten von Herzrhythmusstörungen unter ischämischen Bedingungen signifikant verringern und damit möglicherweise zur Senkung der Morbidität und Mortalität von Herzkreislauferkrankungen beitragen kann.