De creativiteit die Beethoven aan de dag legde om zijn gehoorverlies te compenseren dateert al van bijna 200 jaar geleden. Hij was maar 28 jaar oud toen hij merkte dat zijn gehoor achteruit ging. Om het verlies deels te kunnen compenseren, gebruikte hij een houten staaf. Eén kant van de staaf zette hij op zijn piano terwijl hij de andere kant tussen zijn tanden klemde. De noten die hij dan speelde op zijn piano werden op die manier toch hoorbaar. Dit gebeurde doordat de trillingen van de piano via de staaf naar zijn oor geleid werden.
Hoe werkt ons gehoor?
Als kind leren we vrij snel dat we onze oren gebruiken om te horen. Hoe onze oren en geluid juist werken wordt pas later uitgelegd, ruwweg in de tweede graad van het middelbaar tijdens de lessen biologie en fysica. Daar leren we dat geluid een soort golf is die zich voortplant in de lucht. Onze gehoorschelp vangt die golf op, en stuurt ze via de gehoorgang tot tegen het trommelvlies. Daar botst het geluid op het trommelvlies, waardoor het begint te trillen. De gehoorbeentjes – hamer, aambeeld en stijgbeugel – die verbonden zijn met het trommelvlies, beginnen zo ook te trillen.
Op die manier wordt de geluidsgolf versterkt en getransporteerd van de buitenwereld naar ons gehoororgaan, het slakkenhuis. De trillingen van het laatste gehoorbeentje, de stijgbeugel, worden daar namelijk weer omgezet in een geluidsgolf. Dit keer een geluidsgolf in de vloeistof in het slakkenhuis. Vervolgens wordt gehoorzenuw geprikkeld en stuurt ze een signaal naar de hersenen. In vaktaal heet dit horen via 'luchtgeleiding'.
Hoe Beethoven er in slaagde om zijn gehoor terug te krijgen met een houten staaf
Het gehoorverlies waar Beethoven aan leed, zorgde ervoor dat horen via luchtgeleiding niet goed meer ging. Het slakkenhuis van Beethoven werkte echter nog wel goed, waardoor hij gebruik kon maken van ‘botgeleiding’ van geluid om terug te horen.
In de biologieles leerden we dat de geluidsgolven die we horen worden opgevangen door onze gehoorschelp. Dat gebeurt slechts met een deel van de geluidsgolven die we horen. Een aanzienlijk deel van de golven botst gewoon tegen ons hoofd en de rest van ons lichaam.
Die botsingen veroorzaken dan ook trillingen in het hoofd, net zoals luchtgeleiding trilt bij luchtgeleiding. Het verschil zit hem in hoe de trillingen naar het slakkenhuis reizen. Bij botgeleiding trilt – zoals de naam aangeeft – het bot van de schedel zelf.
Doordat het slakkenhuis in het bot verankerd zit, zorgen deze trillingen van de schedel dan ook rechtstreeks voor een trilling van het hele slakkenhuis. Deze wordt dan opnieuw omgezet in een reactie van de gehoorzenuw waardoor we kunnen horen.
De houten staaf die Beethoven gebruikte, vormde een directe verbinding tussen zijn piano en zijn hoofd. Bij het aanslaan van de pianotoetsen werden de trillingen op die manier goed doorgegeven naar zijn slakkenhuis.
Botgeleiding in het dagelijkse leven
Het voorbeeld van Beethoven en zijn piano klinkt natuurlijk als iets heel unieks, maar ook in het dagelijkse leven worden we continu blootgesteld aan botgeleiding van geluid. Als je ooit al eens een stemopname van jezelf gehoord hebt, heb je je waarschijnlijk al afgevraagd waarom je stem plots zo raar klinkt. Wanneer je het dan even navraagt bij vrienden of familie, blijkt dat je stem hen wel normaal in de oren klinkt.
Het grote voordeel van botgeleiding is dat de hele gehoorketen van luchtgeleiding wordt overgeslagen
De reden dat onze eigen stem soms raar klinkt, kunnen we vinden bij de botgeleiding van geluid. Wanneer we spreken, horen we enerzijds onze stem doordat het geluid dat we produceren opgevangen wordt door onze oren – we horen onszelf via luchtgeleiding. Anderzijds horen we onszelf ook spreken via botgeleiding, omdat de trillingen van onze stembanden ook worden doorgegeven naar het binnenoor. Wanneer we een opname van onszelf horen, mist het stuk botgeleiding dat opgewekt wordt door onze stembanden. Dat maakt dat we het gevoel hebben dat onze stem anders klinkt.
Typisch klinkt onze stem op dat moment ook iets hoger van toon. Het zijn namelijk vooral de lagere tonen – de bassen - die goed worden doorgegeven via botgeleiding. Onze eigen stem zal dan ook lager klinken voor onszelf dan voor iemand anders wanneer we spreken.
Botgeleiding als volwaardige gehooroplossing
Ondanks het feit dat Beethoven een heel creatieve oplossing voor zijn gehoorprobleem vond, duurde het toch nog een hele tijd voordat botgeleiding echt voet in de grond kreeg als gehooroplossing. De voornaamste reden was dat er simpelweg een praktische oplossing ontbrak om botgeleiding in het dagelijkse leven toe te passen.
Het keerpunt kwam er pas in de twintigste eeuw, wanneer de Zweedse professor Brånemark tijdens zijn onderzoek een manier vond om de mechanische stabiliteit van een implantaat te meten via trillingen.
De link met gehoor werd gelegd door zijn collega wetenschapper prof. Anders Tjellström. In de jaren 1970 onderzocht dokter Tjellström hoe ze mensen konden helpen die aan gehoorverlies leidden, maar nog wel een slakkenhuis hadden dat goed werkte.
Het grote voordeel van botgeleiding is dat de hele gehoorketen van luchtgeleiding als het ware wordt overgeslagen. Mensen zoals Beethoven waarvan de gehoorbeentjes niet heel goed meer bewegen, of bij wie er iets mis is met de gehoorgang, kunnen op die manier dus geholpen worden door het geluid versterkt over te brengen via botgeleiding.
Dankzij het werk van Brånemark, kon Tjellström de basis leggen voor botverankerde gehoorimplantaten. Dit is een soort implantaat dat geluid versterkt door gebruik te maken van botgeleiding van geluid. Het eerste van dit soort toestellen is zo ontwikkeld door het team van Tjellström, en werd bijna 45 jaar geleden voor het eerst geplaatst bij een patiënt.
Sindsdien is er ontzettend veel onderzoek gedaan naar hoe botgeleiding juist werkt. Ondanks het feit dat we er nog niet helemaal uit zijn hoe de vork precies in de steel zit, zijn er al tal van hoogtechnologische gehoorimplantaten ontwikkeld die er handig gebruik van maken.
Wereldwijd zijn er dan ook duizenden mensen die dankzij deze technologie terug beter kunnen horen. Gelukkig maar, want gehoorverlies heeft een enorme impact op ons werk- en privéleven.
Horen met dit soort implantaat gebeurt ruwweg in vier stappen. In een eerste stap worden microfoons gebruikt om het geluid van de buitenwereld op te vangen. Typisch zitten deze verwerkt in een klein toestel dat op het hoofd gedragen wordt. Dit toestel stuurt het geluid dan draadloos door de huid naar het implantaat, dat op zijn beurt het geluid omzet in een trilling. De trilling wordt tot slot overgedragen op een schroef die in de schedel van de patiënt zit, om zo in te tappen op het principe van botgeleiding.
De toekomst van botverankerde gehoorimplantaten
Vandaag gebeurt er nog steeds veel onderzoek naar botgeleiding door onderzoekscentra over de hele wereld. De producenten van de technologie zijn wat minder groot in aantal, in het totaal zijn het er maar vier.
De grootste is het bedrijf Cochlear, dat historisch sterk verbonden is aan het eerste werk van dokter Tjellström. In ons land is Cochlear ook heel actief. In Mechelen is er een onderzoekscentrum waar bijna honderd ingenieurs en onderzoekers de technologie van morgen ontwikkelen.
Zelf werk ik als ingenieur in een team dat het onderzoek naar botgeleiding van geluid verder uitdiept, en de nieuwste inzichten probeert te vertalen naar betere gehooroplossingen. Zo bouwen we verder op het vroege werk van Anders Tjellström om er voor te zorgen dat de toekomstige Beethovens kunnen blijven genieten van muziek.
Wil je meer weten over hoe botgeleiding van geluid juist werkt? Neem dan een kijkje op de website van Cochlear of lees het artikel van HOREN magazine.
Schrijf je in op onze nieuwsbrief
En blijf op de hoogte van de laatste inzichten in wetenschap en technologie.