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Hören mit Gefühl

Ein bedrohliches Hundeknurren lässt uns sofort aufhorchen. Emotionen wie Angst lenken unsere Aufmerksamkeit – auch beim Hören. Was dabei im Gehirn passiert, untersucht eine Psychologin der Uni Mannheim.

Copyright: Lena Ernst/ Universität Mannheim

Die Psychologin Antje Gerdes hatte ein Problem: Lärm. Der störte ihre Versuche. Sie erforschte an der Universität Mannheim, wie im Gehirn Eindrücke verarbeitet werden, die vom Ohr kommen. Besonders interessierte sie, welche Rolle Gefühle dabei spielen.

Man wusste bereits, dass Menschen beispielsweise einem bedrohlichen Hundeknurren viel mehr Aufmerksamkeit schenken als dem Geblubber der Kaffeemaschine. Im Gesprächsgewirr einer Party hören wir schnell die Stimme des geliebten Menschen heraus, die anderen Geräusche blenden wir aus. Das bedeutet: Durch Emotionen wird unsere Aufmerksamkeit gesteuert. Und das kann überlebenswichtig sein: Sei es in früheren Zeiten das Knurren des Bären oder heute das herannahende Auto: Bei ängstigenden Geräuschen sollten wir besser alles andere vergessen und schnell reagieren.

Doch wie lässt sich erforschen, was dabei im Gehirn passiert? Die normale Herangehensweise ist, Testpersonen in die Röhre eines funktionalen Magnetresonanztomografen (fMRT) zu schieben und dann zu schauen, welche Hirnareale aktiv sind. Will man allerdings das Hören mit dieser Methode untersuchen, gibt es ein Problem. Das Gerät macht großen, sehr unangenehmen Krach. Keine gute Voraussetzung also, wenn man wie Antje Gerdes herausfinden will, wie das Gehirn auf „emotionale“ Geräusche reagiert.

Das Wichtigste in Kürze

  • Emotionale Geräusche wie Kinderlachen werden im Gehirn stärker verarbeitet als neutrale Geräusche. Emotionen lenken unsere Aufmerksamkeit.
  • Diesen Effekt sieht man bereits auf einer sehr frühen Verarbeitungsstufe: im primären auditiven Cortex.
  • Bei der Untersuchung der Hörverarbeitung ist die funktionelle Magnetresonanztomografie nicht optimal, denn sie macht großen Krach. Forscher müssen auf andere Techniken wie die Nahinfrarot-Spektroskopie ausweichen.
  • Auch bei der Musikwahrnehmung spielen Emotionen eine Rolle: Eine verzerrte Ouvertüre etwa empfinden wir als unangenehm. Im Gehirn sind dann viel weniger Bereiche aktiv wie bei der unverfälschten Musik.

Nahinfrarot-Spektroskopie (Nirs)

Bei der Nahinfrarot-Spektroskopie leuchten kleine Lampen durch den Schädelknochen. Das Licht verändert sein Spektrum im Gehirn, diese Veränderung wird von Sensoren auf dem Kopf aufgezeichnet. Dabei verwenden die Forscher Licht im Nahinfrarot-Bereich (meist 700 bis 800 Nanometer). Bei dieser Wellenlänge hat sauerstoffreiches Blut ein anderes Absorptionsmuster als Blut mit wenig Sauerstoff. So wird mit der Technik die Veränderung des Sauerstoffgehalts gemessen. Das lässt Rückschlüsse auf die Hirnaktivität zu: An Orten mit viel Sauerstoffverbrauch sind viele Nervenzellen in Aktion.

Beim Thema Sehen gibt es solche Probleme nicht: Tatsächlich hatten Forscher bereits eine ähnliche Fragestellung mit einem fMRT untersucht. Sie fanden heraus, dass Bilder, die Emotionen wie Freude oder Angst hervorrufen, anders im Gehirn verarbeitet werden als neutrale. Und das schon auf einer sehr frühen Ebene der Informationsverarbeitung: Bereits im visuellen Cortex sind verstärkte Aktivitätsmuster sichtbar. Das war überraschend, denn bis zu dieser Erkenntnis dachten die Wissenschaftler, dass in dem Bereich ganz nüchtern das gesehene Bild ausgewertet wird und die emotionale Bedeutung des Gesehenen erst in nachgeschalteten Bereichen geprüft wird – etwa im präfrontalen Cortex.

Infrarotlicht als Lösung

Um einen möglicherweise ähnlichen Effekt auch beim Hören zu untersuchen, brauchte Antje Gerdes ein Gerät, das sehr leise ist, mit dem sie aber dennoch sehen konnte, wo im Gehirn gerade etwas passiert. Ihre Wahl fiel auf die sogenannte Nahinfrarot-Spektroskopie (Nirs). Dabei wird mit Infrarotlicht auf den Kopf geleuchtet und das zurückkommende Licht gemessen (siehe Infokasten). Die Methode ist geräuschfrei.

Nirs gibt es schon sehr lange. Sie wurde entwickelt, um den Wassergehalt von Sojabohnen zu bestimmen. Inzwischen ist das eine Technik, mit der standardmäßig die Qualität von Lebensmitteln getestet wird. Seit mehr als dreißig Jahren nutzen auch Forscher und Ärzte diese Spektroskopie um Hirnaktivitäten zu messen. Etwa bei Kindern, die nicht ruhig in der MRT-Röhre liegen wollen. Denn bei dieser Technik kann man sich auch bewegen, ohne die Messung zu stören.

„Die Ergebnisse, die man mit Nirs bekommt, sind ein Mittelding zwischen EEG und MRT – besser lokalisiert als bei der Hirnstrommessung, aber nicht so genau wie die Bildgebung mittels Magnetresonanz“, sagt Antje Gerdes. Die Auflösung eines MRT liegt meist im Millimeterbereich, bei Nirs ist sie im Zentimeterbereich, also zehnmal ungenauer. Zudem kann man mit der Spektroskopie nur die äußeren Bereiche des Hirns beobachten, tiefer liegende Areale sind nicht sichtbar. Für die Fragestellung von Antje Gerdes reichte das, denn sie interessierte sich für den Bereich der Großhirnrinde, der für die erste Verarbeitung des Schalls wesentlich ist: den auditiven Cortex. Und der liegt direkt unter dem Schädelknochen, ungefähr drei Finger breit über dem Ohr.

„Das war ein spannender Moment.“

17 Studenten untersuchte Antje Gerdes mit Nirs. Die jungen Männer und Frauen wurden einzeln in einen abgedunkelten Raum geführt. Nur ein Monitor mit einem Kreuz zum Fixieren war zu sehen – damit wollte die Forscherin verhindern, dass Augenbewegungen die Messungen stören. Nun bekamen die Testpersonen eine Haube mit den Nirs-Detektoren aufgesetzt, nicht unähnlich der Haube mit den EEG-Elektroden. Über einen Kopfhörer spielte ihnen Antje Gerdes dann 60 verschiedene Geräusche vor. Mal schöne wie Kinderlachen, mal bedrohliche wie ein Schmerzschrei, mal neutrale wie ein vorbeifahrender Zug in der Ferne.

Während der Messung konnte Antje Gerdes noch nicht sehen, ob sie recht hatte mit ihrer Vermutung, dass emotional bedeutsame Geräusche bereits im auditiven Cortex stärkere Aktivierungen hervorrufen. Denn erstens wusste sie nicht, welche Geräusche die Testperson gerade hörte. Ihr Wissen hätte die Ergebnisse verfälschen können, deshalb wählte ein Zufallsgenerator die Sound-Schnipsel aus. Zweitens bekommt man bei Nirs nicht sofort ein Bild mit den Aktivitätsmustern. Vielmehr erhalten die Forscher eine Unmenge an Messdaten, die sie erst in tagelangen Berechnungen auswerten müssen.

„Das war ein spannender Moment, als die ersten aussagekräftigen Ergebnisse kamen. Da wusste ich, das Projekt geht in die richtige Richtung“, erinnert sich Antje Gerdes. Die Messwerte zeigten es deutlich: Emotionale Geräusche wie etwa Lachen und Weinen führen zu einer sehr hohen Aktivität im auditiven Cortex. Neutrale Geräusche dagegen hatten keinen so großen Effekt. Die Vermutung der Forscherin war also bestätigt: Was für den visuellen Cortex schon bekannt war, gilt auch für den auditiven Cortex: Emotionale Sinneseindrücke werden schon auf einer sehr frühen Verarbeitungsebene verstärkt verarbeitet.

Emotionale Geräusche wie das Knurren eines Hundes wecken unsere Aufmerksamkeit. Derartige akustische Eindrücke werden schon auf frühen Stufen der Informationsverarbeitung im Gehirn wie etwa im auditiven Cortex verstärkt verarbeitet. Copyright: Sini Merikallio/ Flickr
Emotionale Geräusche wie das Knurren eines Hundes wecken unsere Aufmerksamkeit. Derartige akustische Eindrücke werden schon auf frühen Stufen der Informationsverarbeitung im Gehirn wie etwa im auditiven Cortex verstärkt verarbeitet. Copyright: Sini Merikallio/ Flickr
Verzerrte Bach-Ouvertüre

„Das Ergebnis passt gut zu unserer heutigen Vorstellung davon, wie die Aufmerksamkeit im Gehirn gesteuert wird“, sagt Stefan Koelsch. Der Psychologe erforscht an der Freien Universität Berlin den Zusammenhang von Emotionen und Musikwahrnehmung. „Wir wissen schon länger, dass bei emotionalen Reizen sehr viel mehr Informationen im Cortex ankommen. Solche Aufmerksamkeitseffekte werden wohl vor allem im Thalamus gesteuert.“ Die Signale vom Ohr erreichen in der Hörbahn erst den Thalamus und dann den auditiven Cortex. Vom einfachen Wackeln zur wunderbaren Vielfalt der Klänge.

Bei Versuchen zur Wahrnehmung von Musik fand Stefan Koelsch einen ähnlichen Effekt wie Antje Gerdes. Der Berliner Forscher untersuchte 2006 mit dem fMRT, was im Gehirn passiert, wenn dissonante Musik zu hören ist. Dafür verzerrte er etwa eine Ouvertüre von Johann Sebastian Bach so sehr, dass nur noch unangenehme Klänge übrig blieben. Das verglich er mit den Hirnaktivitäten, wenn er die unverfälschte Musik abspielte.

Veränderung schon im Hirnstamm

Bei der Studie hatte auch Stefan Koelsch das Problem, dass ein MRT großen Lärm macht. „Aber wir wollten uns das gesamte Gehirn in hoher Auflösung anschauen, deshalb musste es die Magnetresonanz sein“, sagt der Forscher. „Wir haben uns mit Tricks beholfen: Das Gerät muss nicht immer laufen, zudem kann man mit langsamen Scans den Geräuschpegel senken.“

Es stellte sich heraus, dass es viele Hirnareale gibt, die bei angenehmer Musik sehr angeregt sind, und bei unangenehmer eher wenig aktiv sind. „Diesen Effekt haben wir schon im Hirnstamm, also auf einer sehr frühen Verarbeitungsebene gesehen“, sagt Stefan Koelsch. Auch der primäre auditive Cortex zeigte die Reaktion. Wie bei Anje Gerdes’ Versuch antwortete also bereits dieser Bereich unterschiedlich auf verschiedene emotionale Reize.

Emotionale Bilder beeinflussen die Hörverarbeitung

Als nächsten Schritt untersucht Antje Gerdes derzeit, ob es Wechselwirkungen zwischen den Eindrücken verschiedener Sinne gibt. Beeinflusst zum Beispiel ein Hundeknurren die Aktivität im visuellen Cortex? Oder das Bild eines lachenden Menschen die Erregung im auditiven Cortex? Dafür mussten sich Testpersonen Bilder anschauen und bekamen dabei Geräusche zu hören.

Die ersten, teilweise noch unveröffentlichten Ergebnisse zeigen: Ein Foto mit einem weinenden Gesicht führt zu einer größeren Erregung nicht nur am Ort der Sehverarbeitung, also im visuellen Cortex, sondern zusätzlich im auditiven Cortex. Und das auch dann, wenn nur ein neutrales Geräusch zu hören ist. „Das ist für uns ein spektakuläres Ergebnis“, sagt Antje Gerdes. Möglicherweise führen also Emotionen unabhängig von der Art des Sinneseindrucks zu einer verstärkten Aktivität im gesamten sensorischen Cortex. So könnte eine gesteigerte Aufmerksamkeit alle Sinneswahrnehmungen betreffen. „Am stärksten ist das Signal, wenn beide Reize zusammenpassen, wenn man etwa ein lachendes Gesicht zeigt und ein Gelächter abspielt.“

Infos zum Beitrag
Autor:
Ragnar Vogt
Datum:
27.08.2012
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