Neuronale Grundlagen der Schallwahrnehmung

Trotz der Bedeutung des Gehörs für unsere Wahrnehmung ist relativ wenig darüber bekannt, wie unser Gehirn akustische Signale verarbeitet und ihnen Sinn verleiht. Klar ist: Je präziser wir Geräuschmuster unterscheiden können, desto besser ist unser Gehör. Doch wie gelingt es dem Gehirn, zwischen relevanten und weniger relevanten Informationen zu unterscheiden – besonders in einer Umgebung mit vielen Nebengeräuschen?

Forschende unter Leitung von Tania Rinaldi Barkat vom Departement Biomedizin an der Universität Basel haben die neuronalen Grundlagen der Schallwahrnehmung und Klangunterscheidung unter komplexen akustischen Bedingungen untersucht. Im Zentrum stand dabei die Erforschung des auditiven Cortex – des «Hörgehirns» Gemessen wurden die jeweiligen Aktivitätsmuster im Gehirn einer Maus.

Die Unterscheidung von Tönen wird bekanntlich schwieriger, je näher sie im Frequenzspektrum beieinanderliegen. Zunächst nahmen die Forschenden an, dass ein zusätzliches Rauschen eine solche Höraufgabe noch erschweren könnte. Tatsächlich ist es aber umgekehrt, wie sich herausstellte: Das Team konnte nachweisen, dass die Fähigkeit des Gehörs zur Unterscheidung von subtilen Tonunterschieden besser wurde, wenn noch ein weisses Rauschen im Hintergrund dazukam. Im Vergleich zu einer stillen Umgebung erleichterte das Rauschen somit die auditive Wahrnehmung.

Die Messdaten der Forschungsgruppe zeigten, dass das Rauschen die Aktivität der Nervenzellen in den Versuchstieren deutlich hemmt. Paradoxerweise führte diese Unterdrückung des neuronalen Erregungsmusters zu einer präziseren Wahrnehmung der reinen Töne.

Um zu bestätigen, dass bei den Versuchen allein der auditive Cortex und nicht noch weitere Hirnareale für die neuronale Aktivität und Tonwahrnehmung zuständig waren, nutzen die Forschenden die lichtgesteuerte Technik der Optogenetik. Ihre Erkenntnisse könnten möglicherweise genutzt werden, um die auditive Wahrnehmung in Situationen zu verbessern, in denen Geräusche nur schwer zu unterscheiden sind.

Originalartikel:
Rasmus Kordt Christensen, Henrik Lindén, Mari Nakamura, Tania Rinaldi Barkat: «White noise background improves tone discrimination by suppressing cortical tuning curves», Cell Reports (2019), doi: 10.1016/j.celrep.2019.10.049