von Ole Bialas
Stellen Sie sich vor, Sie verbringen einen Nachmittag am See und ihre Begleitung fordert Sie zu einem Spiel heraus. Sie gräbt, dicht beieinander, zwei schmale Kanäle in den Sand am Seeufer. Auf dem See herrscht ein leichter Wellengang, sodass mit den Wellen Wasser in die Kanäle hinein- und wieder herausläuft. Anschließend legt sie auf jeden der Kanäle eine Serviette, die sich nun mit den Wellen heben und senken. Sie sind nun aufgefordert, die Bewegungen der beiden Servietten zu beobachten und anhand dessen mehrere Fragen zu beantworten: Wie viele Boote sind auf dem See und wo sind sie? In welche Richtungen bewegen sie sich und welches Boot ist Ihnen am nächsten?
Diese Aufgabe mag unlösbar erscheinen, doch sie ist eine exakte Analogie für die alltäglichen Herausforderungen an unser Hörsystem (Bregman, 1994). Während unsere Netzhaut ein räumliches Abbild der visuellen Sinneseindrücke erhält, ist unser Gehör mit einem Gemisch sämtlicher Schallwellen aus der Umwelt konfrontiert, unabhängig von deren Position. Dabei ist es entscheidend, dass wir Geräusche mit zwei Ohren wahrnehmen die, auch wenn uns das selten bewusst ist, verschiedene Sinneseindrücke erhalten. Das Gehirn setzt daher die Positionen der einzelnen Geräuschquellen im Nachhinein aus verschiedenen Informationsstückchen zusammen.
Das Puzzle der Schalllokalisation
Kommt ein Geräusch von einer seitlich gelegenen Schallquelle, muss es am Kopf vorbei, um das abgewandte Ohre zu erreichen. Dabei wird das Geräusch abgedämpft und zwar umso stärker, je seitlicher die Quelle liegt. Der so entstehende Lautstärkeunterschied zwischen den Ohren enthält also Informationen über die Position der Schallquelle. Allerdings hängt der Lautstärkeunterschied nicht nur von der Position der Quelle sondern auch von der Frequenz der Schallwellen ab. Je höher die Frequenz, desto stärker werden die Wellen durch kleinere Objekte blockiert. Fledermäuse etwa verwenden für ihre Echolokalisation den Ultraschall mit dem sie, dank seiner hohen Frequenz, die Umgebung sehr genau abtasten können.
Im Umkehrschluss bedeutet das, für tiefe Frequenzen (unter einem Kilohertz) gibt es quasi keine Lautstärkedifferenz zwischen den Ohren. Dass wir dennoch in der Lage sind, tieffrequente Geräusche zu lokalisieren, liegt daran, dass die Neuronen unseres Hörnervs im Takt der Schallwellen feuern. Dadurch kann das Gehirn neben den Lautstärke- auch die Zeitunterschiede zwischen den Ohren berechnen. Da Neuronen aber nur etwa tausend Mal in der Sekunde feuern, können sie den Takt von Schallwellen mit einer Frequenz über tausend Hertz nicht halten. Wir haben also zwei Indikatoren für die Position einer Schallquelle: Die Unterschiede in der Zeit für tieffrequente Geräusche, die in der Lautstärke für die hohen Frequenzen. Besonders schlecht können wir daher Geräusche im Frequenzbereich zwischen 1500 und 3000 Hertz einordnen. Dort sind weder die Zeit- noch die Lautstärkeunterschiede besonders zuverlässig (Middlebrooks, 1991).
Das Interessante dabei: Die Unterschiede zwischen den Ohren verraten die Position einer Schallquelle nicht eindeutig. Liegen zwei eine Schallquelle direkt vor oder direkt hinter uns, macht das für die Ohren keinen Unterschied. Die Quellen erzeugen dieselben Zeit- und Lautstärkeunterschiede – nämlich gar keine. Um das Problem zu lösen, braucht es also ein weiteres Teil. Dieses Teil ist der Grund dafür, warum unsere Ohrmuscheln nicht einfach nur glatte Schalen sind sondern eine komplexe Struktur voller Wölbungen und Windungen. Je nachdem aus welchem Winkel Schallwellen auf die Ohrmuschel treffen, werden sie in unterschiedlicher Art und Weise reflektiert und abgelenkt. Wenn wir also das selbe Geräusch von verschiedenen Positionen im Raum abspielen und es mit einem Mikrophon im Ohrkanal des Hörers aufnehmen, erhalten wir für jede Position eine etwas andere Aufnahme. Diese feinen Unterschiede kombiniert das Gehirn mit den Zeit- und Lautstärkedifferenzen, um schließlich eindeutig zu wissen, woher ein Geräusch kommt.
Jedes Ohr ist anders
Doch die Form der Ohrmuscheln ist von Mensch zu Mensch verschieden. Unser Gehirn muss also unsere individuelle Ohrform erlernen. Forscher haben das demonstriert, indem sie die Ohrmuscheln der Probanden durch eine eingepasste Silikonform verändert haben. Die Unterschiede in Zeit und Lautstärke zwischen den Ohren waren noch vorhanden, die Teilnehmer konnten also noch links von rechts unterscheiden. Was ihnen jedoch nicht mehr gelang, war zu entscheiden, ob ein Geräusch von oben oder unten kommt. Das war aber nur von kurzer Dauer. Nachdem die Probanden die Silikonformen mehrere Wochen lang im Ohr getragen hatten, kehrte ihre Fähigkeit zurück, Schallquellen zu lokalisieren (Hofman, 1998). Unser Gehirn ist also in der Lage, neue Ohrformen zu erlernen. Das hielt selbst dann an, als man die Silikonformen wieder entfernt hatte. Auch mit ihren natürlichen Ohren konnten sie uneingeschränkt gut erkennen, woher ein Geräusch kommt. Das Wissen über die eigene Ohrform wurde demnach durch den Lernprozess nicht überschrieben. Es zeigte sich aber auch: Manche Ohren sind besser für das Richtungshören geeignet als andere. Die Genauigkeit hängt zu einem gewissen Teil von der individuellen Form der Ohrmuscheln ab.
Und im Alltag?
Wir orientieren uns in erster Linie mit den Augen, in der Regel sind wir also nicht auf unseren Hörsinn angewiesen, um uns in unserer Umwelt zurechtzufinden. Die Fähigkeit, Schallquellen zu lokalisieren, ist allerdings wichtig, um das sogenannte “Cocktailparty-Problem” zu lösen. Die Cocktailparty steht dabei stellvertretend für akustische Situationen, in denen viele verschiedene Quellen gleichzeitig Geräusche erzeugen. Aus dem Gemisch an Schallwellen, muss man ein bestimmtes Signal herauszufiltern, zum Beispiel die Stimme unseres Gesprächspartners. Dies gelingt besser, wenn man in der Lage ist, die Schallquellen räumlich voneinander zu trennen.
Das kann für die Träger von Hörgeräten zum Problem werden. Hörgeräte verändern nämlich, genau wie die Silikonformen aus dem Experiment, die Form des Ohres und stören somit die Schalllokalisation. Dadurch fällt es den Nutzern schwerer, Schallquellen voneinander zu trennen. Dadurch fällt es ihnen schwer, einem Gespräch auf einer Cocktailparty zu folgen. Zwar sind auch sie in der Lage sich an eine neue Ohrform anzupassen. Der Prozess dauert jedoch mehrere Wochen. Je älter die Person, desto länger kann diese Eingewöhnungszeit werden. Das trägt wiederum dazu bei, dass viele Patienten auf ein notwendiges Hörgerät verzichten.
Ändern könnte sich das, indem man noch besser versteht, wie das Gehirn Schallquellen berechnet. Beispielsweise konnten Forscher zeigen, dass sich die Zeit, die das Hörsystem benötigt um sich an eine veränderte Ohrform zu gewöhnen, durch Training drastisch reduziert werden kann. Während des Trainings mussten die Probanden ihren Kopf in die Richtung drehen, aus der das Geräusch kommt. Lagen sie daneben, wurde ihnen die tatsächliche Position durch ein Licht angezeigt, das Geräusch wurde wiederholt. Dieses Zusammenspiel aus Sehen, Hören und Bewegung beschleunigte den Lernprozess enorm. Die Teilnehmer hatten bereits innerhalb von drei 12-minütigen Trainings ihre Lokalisationsgenauigkeit deutlich verbessert (Parseihian, 2012). Ein ähnliches Training, zum Beispiel in Form einer App, könnte die Gewöhnung an ein neues Hörgerät in ähnlicher Art und Weise beschleunigen.
Nota. - Dass die Formen der Ohrmuscheln verschieden sind und folglich auch die empfangenen Klänge, ist augenscheinlich. Doch das sind mechanische und keine sensorischen Gründe. Wie ist es aber mit der Lautverarbeitung im Gehirn? Gibt es auch da Unterschiede wie beim Geschmack, der Farbwahrnehmung, dem Riechen?
JE
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