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Hirnforschung: Mit Rhythmus geht auch Hören besser

Sprecher und Zuhörer werden schnell zum eingespielten Duo: Beim Zuhören oszilliert unser Hirn im Rhythmus des Sprechers.
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Stellen Sie sich vor, Sie betreten einen Raum, in dem viele Menschen durcheinanderplaudern. Als Sie auf eine Dame im blauen Kostüm aufmerksam werden, die von einigen Besuchern umringt neben der Tür aufgeregt spricht, gesellen Sie sich zu der kleinen Gruppe. Mit einem Mal merken Sie, dass alle anderen Gespräche in den Hintergrund getreten sind: Sie hören nur noch die zierliche Person vor Ihnen, sind auf einmal ganz Ohr. Das mag an der spannenden Erzählung der Dame liegen oder an ihrem Charme. Eins hingegen ist ziemlich sicher: dass sich der Rhythmus Ihres eigenen Gehirns mit dem Sprachrhythmus der Dame gekoppelt hat. Beide schwingen nun in einer Art Gleichklang.

Diesen gemeinsamen Oszillationen sind Forscher des Leipziger Max-Planck-Instituts für Kognitions- und Neurowissenschaften auf der Spur: Das Team um Molly Henry und Jonas Obleser fand jüngst heraus, dass sich Klänge und Hirnwellen aneinander koppeln können. Im Unterschied zu anderen Forschergruppen haben sich die beiden dabei allerdings auf einen wenig untersuchten Aspekt der gesprochenen Sprache konzentriert: die Sprachmelodie.

Die Intonationskurve einer Äußerung ist mehr als nur schmückendes Beiwerk. "Es macht einen fast wahnsinnig, wenn Menschen keinerlei Sprachmelodie verwenden", sagt Obleser. Ein absolut monotones Sprechen wirkt nicht nur höchst irritierend, sondern ist dazu noch auf Dauer schwer zu verstehen. "Beim Sprechen wirken drei Dinge zusammen: der Sprachrhythmus, die Atmung und die Sprachmelodie", erklärt der Forscher. "Uns hat vor allem die Sprachmelodie gereizt, weil sie noch weniger erforscht ist als die Silbenrhythmen. Was in der Hirnrinde bei der auditiven Verarbeitung passiert, ist noch nicht verstanden und wesentlich komplexer als beispielsweise beim Sehen", erläutert er. Denn während das Auge zweidimensional funktioniert – schon auf der Netzhaut ist klar, wo sich etwas im Blickfeld befindet –, ist das Signal bei der Hörwahrnehmung nur eindimensional: Druckschwankungen am Trommelfell über die Zeit. "Aus diesem Signal muss dann alles Mögliche berechnet werden", sagt Obleser.

Rhythmen erleichtern womöglich die Verarbeitung

Die Berechnung findet in den auditorischen Zentren der Hirnrinde statt. Hier wird entschlüsselt, wo das Geräusch herkommt, welche Person spricht, welche Töne wichtig sind und welche ausgeblendet werden. Und bei dieser Entschlüsselung scheinen Sprachrhythmen eine zentrale Rolle zu spielen. Denn gibt es eine Übereinstimmung zwischen ihnen und bestimmten Rhythmen unseres Gehirns, sind wir konzentrierter und verstehen besser, was gesagt wird.

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Forschergruppe um Obleser | Die Forschungsgruppe auditive Kognition am Max-Planck-Institut für Kognitions- und Neurowissenschaften in Leipzig mit Jonas Obleser (rechts) und Molly Henry (Dritte von rechts). Die Wissenschaftler interessiert vor allem die Frage, wie das Gehirn aus bruchstückhaftem Input am Ohr ein sinnvolles Ganzes zusammenbaut.

Das konnten die Neurowissenschaftler nachweisen, indem sie Probanden eine Melodie vorspielten, die auf einem Drei-Hertz-Rhythmus aufbaute. "Das klingt ein wenig wie eine Polizeisirene 'wiuwiuwiu'", macht Obleser vor. Während die Probanden den Ton vorgespielt bekamen, zeichnete ein EEG deren Gehirnströme millisekundengenau auf, erklärt seine Kollegin Molly Henry.

Fehlt ein entsprechend rhythmisch strukturierter Input, überwiegt im Messsignal ein vielfrequentes Rauschen. Die Drei-Hertz-Schwingung allerdings "resoniert, klingt nach und koppelt sich an die Akustik", sagt Henry. Man könne regelrecht sehen, wie die Drei-Hertz-Aktivität auch verstärkt wird. Von "Entrainment" sprechen die Wissenschaftler daher – das Gehirn werde vom Rhythmus sozusagen "mitgerissen".

Finde die Lücke

Um zu testen, ob sich das auch in der Verarbeitung niederschlägt, hatten die Forscher die vorgespielten Melodien immer wieder für kleine Momente der Stille unterbrochen, die nur sehr schwer herauszuhören waren. Die Aufgabe der Versuchspersonen bestand nun darin, einen Knopf zu drücken, sobald sie diese kaum hörbaren Lücken erkannten. Tatsächlich zeigte sich, dass die Probanden umso besser auf die Unterbrechungen aufmerksam wurden, je mehr ihr Gehirn mit der sirenenartigen Melodie in Einklang stand.

Doch wer spornt hier wen an? Könnten die Schwingungen nicht schlicht und ergreifend die Wirkung eines rhythmischen Inputs sein statt einer nützlichen – oder gar notwendigen – Voraussetzung für dessen Verarbeitung? Und kann man überhaupt zwischen beiden Alternativen unterscheiden? Die Antwort von Jonas Obleser kommt schnell, denn diese Frage hat er lange diskutiert – bisher allerdings, ohne eine befriedigende Antwort zu finden. "Das ist ein ganz, ganz schwieriges Henne-und-Ei-Problem. Es könnte durchaus so sein, dass eine charmante Sprachmelodie von Gegenüber des Tisches unser Gehirn mitnimmt und uns dadurch besser zuhören lässt."

Vermutlich habe man es jedoch mit einem Prozess zu tun, den man im Englischen als Bootstrapping bezeichnet. Das Gehirn klammere sich an was auch immer es bekomme, ein aufgeschnapptes, interessantes Wort etwa, und versuche dann in der Folge sich an diese Schallquelle zu koppeln. "Oder aber umgekehrt: Es ist bereits besser an eine Schallquelle gekoppelt, und daraus entsteht dann überhaupt erst das Interesse zuzuhören", meint Obleser.

Rhythmen überall

"Molly Henry und Jonas Obleser haben eine sehr spannende Untersuchung durchgeführt", sagt der Psychologe Christoph Herrmann von der Carl von Ossietzky Universität in Oldenburg. Wenige Monate vor der Veröffentlichung der beiden brachte er selbst eine Studie heraus, in der er die Frage stellte, ob unsere Wahrnehmung eher kontinuierlich oder periodisch ist. Hierzu wurde die spontane Hirnaktivität durch einen äußeren Rhythmus beeinflusst und die Auswirkungen auf das Verhalten des Probanden untersucht. Herrmann konnte zeigen, dass die Stimulationsfrequenz die Hirnwellen des Probanden und deren persönliche Hörschwellen beeinflusste.

Henry und Obleser hätten die Befunde geschickt zu einem neuen Experiment kombiniert und ganz ähnliche Oszillationen anstatt durch hirneigene Schwingungen durch wiederholte, akustische Reizung hervorgerufen. "Es ist sehr spannend, dass dies ebenfalls zu einer Phasenabhängigkeit führt. Dieser Befund belegt, dass das menschliche Gehirn durch das so genannte 'Brain Entrainment' nicht nur in Schwingung versetzt werden kann, sondern weiterhin, dass diese Schwingungen auch bedeutsam für die Wahrnehmung und das Verhalten sind."

Unser Gehirn koppelt sich also beim Hören von Sprache an ihm vertraute Rhythmen, Sprachmelodien und Wellen. Diese Erkenntnisse aus der Grundlagenforschung könnten auf vielen Gebieten nützlich sein. Zum Beispiel auf der Suche nach den Ursachen der Altersschwerhörigkeit.

Schwerhörigkeit im Alter

Für Obleser und Henry ist das ein sehr spannendes Gebiet. Denn gutes Hören verlange nach mehr als nur nach einem funktionierenden Innenohr. "Auch wenn mein Hörgerät versucht, Schäden am Innenohr auszugleichen, kann es trotzdem nach wie vor sehr schwierig sein, über längere Zeit gut zuzuhören." Die Neurowissenschaftler glauben nun, dass bei Schwerhörigkeit die Fähigkeit verloren gehen könnte, sich an solche auditiven Rhythmen zu koppeln. "Das muss man sich als einen langen Prozess vorstellen. Wenn mein Innenohr schon lange nicht mehr den Input ans Gehirn weiterleiten kann, dann verändern sich eben auch alle weiteren Schaltstationen im Gehirn. Und solange wir das ganze 'Hörhirn' noch nicht verstanden haben, haben wir auch diese Beeinträchtigung noch nicht richtig verstanden."

Es reicht also nicht allein, die auditiven Informationen lauter zu drehen, um Hörschäden auszugleichen. Dem "Hörhirn", wie Jonas Obleser gerne sagt, würde es dann allenfalls so gehen, als betrete man zum ersten Mal einen Raum, in dem viele Menschen sind. Sie spüren eine gewisse Irritation, Unsicherheit. Alles ist neu. Erst nach ein paar Gesprächen finden Sie sich ein, fassen Vertrauen, nehmen bekannte Gestik wahr. Und haben vielleicht auch bald die eine oder den anderen gefunden, mit dem Sie sich angeregt unterhalten.

13. KW 2013

Dieser Artikel ist enthalten in Spektrum - Die Woche, 13. KW 2013

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  • Quellen
Henry, M., Obleser, J.: "Frequency modulation entrains slow neural oscillations and optimizes human listening behavior". In: Proceedings of the National Academy of Sciences 109, 20095–20100, 2012

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