Alle unsere Sinne sind eng mit unserem Gehirn verbunden, und das Hören bildet da keine Ausnahme. Es ist ein komplexes Zusammenspiel aus der Aufnahme und Verarbeitung akustischer Signale sowie dem Verstehen des Gehörten. Das Ohr nimmt Schallwellen auf und wandelt sie in eine Form um, die das Gehirn verarbeiten kann. Im Hörzentrum des Gehirns angekommen, wecken die Kommunikationssignale in logischen Verknüpfungen unterschiedliche Erinnerungen und Erfahrungen, die sich seit Kindesalter bzw. bereits im Mutterleib angesammelt haben. Das Gehörte mit Erinnerungen zu verbinden, beschreibt den Prozess des Verstehens.
Der Weg des Schalls zum Gehirn
Der Weg des Schalls zum Gehirn ist ein komplexer Prozess, der mehrere Stationen durchläuft:
- Das Außenohr: Der Empfänger. Das Außenohr besteht aus der Ohrmuschel und dem äußeren Gehörgang. Die Ohrmuschel fängt die Schallwellen ein und leitet sie in den äußeren Gehörgang weiter. Der äußere Gehörgang ist etwa 3 bis 3,5 Zentimeter lang und endet am Trommelfell. Die Ohrmuschel selbst nimmt den Schall jedes Tons oder Geräusches auf und leitet ihn direkt durch den äußeren Gehörgang bis zum Trommelfell weiter.
- Das Mittelohr: Der Verstärker. Das Mittelohr besteht aus dem Trommelfell, den Gehörknöchelchen (Hammer, Amboss und Steigbügel) und der Eustachischen Röhre. Die Gehörknöchelchen sind die kleinsten Knochen im menschlichen Körper. Sie verstärken den Schall um das Zwanzigfache und leiten ihn an das Innenohr weiter. Das Trommelfell bringt die Gehörknöchelchen, winzige Knochen im Mittelohr, zum Schwingen. So werden die Schallvibrationen an das Innenohr übertragen. Die aus- und einströmende Luft gleicht unterschiedliche Druckverhältnisse in der Umgebung aus.
- Das Innenohr: Die Gehörschnecke. Das Innenohr besteht aus der Cochlea (Gehörschnecke) und dem Gleichgewichtsorgan in den Bogengängen. Die Cochlea ist mit einer Flüssigkeit gefüllt, welche durch die Gehörknöchelchen in Schwingung versetzt wird. Feine Haarsinneszellen, die im Innenohr angesiedelt sind, nehmen die Schallwellen auf und geben die Signale als Nervenimpulse weiter über den Hörnerv zu unserem Hörzentrum im Gehirn. Hier findet das eigentliche Hören statt, denn das Gehirn entschlüsselt das angekommene Signal und interpretiert es. Das Innenohr codiert die Tonhöhe, indem unterschiedliche Frequenzen die Sinneszellen an unterschiedlichen Orten anregen. Dieses Ortsprinzip (Tonotopie) findet sich auch anderswo in der Hörbahn.
- Der Hörnerv und das Gehirn: Reizweiterleitung und Dekodierung. Über den Hörnerv gelangt das elektrische Signal zum Hörzentrum des Gehirns. Erst durch die Weiterleitung der Nervenimpulse über den Hörnerv an das Gehirn, können Geräusche dekodiert, also erkannt werden. Im Gehirn findet dann das eigentliche Hören statt: Das angekommene Signal wird ausgewertet und damit "verstanden". Es entsteht eine Hörwahrnehmung. Eine Stufe komplexer und viel weniger erforscht ist dann das, was mit den Impulsen in unserem Gehirn weiter vor sich geht. Hier müssen nämlich etliche Stationen durchlaufen werden ehe die Nervenimpulse bis in die Hirnrinde vordringen. Auf dem Weg dorthin wird alles was wir hören verstärkt oder vermindert, es wird bewertet, als negativ, positiv oder neutral und manches kann sogar völlig weggefiltert werden. Nur die Signale, die tatsächlich bis zur Hirnrinde gelangen werden von uns wahrgenommen.
Wie das Gehirn Höreindrücke synchronisiert
Meistens geben unsere beiden Ohren dem Gehirn unterschiedlichen Input. Trotzdem nehmen wir Gesagtes immer als einheitliche Sprachlaute wahr. Dies geschieht durch den Abgleich der beteiligten Hirnareale mit Hilfe von Gamma-Wellen, wie Neurolinguisten der Universität Zürich herausgefunden haben. Eigentlich ist es erstaunlich, dass wir nicht alles zweimal hören: Denn unsere Ohren sitzen auf gegenüberliegenden Seiten des Kopfes und die meisten Töne erreichen die Ohrmuscheln zeitlich leicht versetzt. «Dies hilft uns zwar zu bestimmen, aus welcher Richtung Geräusche kommen, bedeutet aber auch, dass unser Gehirn die Informationen beider Ohren zusammenführen muss. Ansonsten würden wir ein Echo hören», erklärt Basil Preisig vom Psychologischen Institut der Universität Zürich. Hinzu kommt, dass Input vom rechten Ohr zuerst die linke Hirnhälfte und Input vom linken Ohr zuerst die rechte Hirnhälfte erreicht. Die beiden Hälften übernehmen bei der Sprachverarbeitung unterschiedliche Aufgaben: Die linke Seite ist für die Unterscheidung der Silben zuständig, die rechte erkennt die Sprachmelodie.
Der genaue Mechanismus hinter diesem Integrationsprozess war bis jetzt nicht bekannt. In früheren Studien fand Preisig jedoch Hinweise darauf, dass vom Gehirn hervorgerufene messbare Schwingungen - sogenannte Gamma-Wellen - dabei eine Rolle spielen. Nun ist es ihm gelungen, einen direkten Zusammenhang zwischen der Integration des Gehörten und der Synchronisierung durch Gamma-Wellen nachzuweisen. An der Untersuchung, welche am Donders Center for Cognitive Neuroimaging im niederländischen Nijmegen stattfand, nahmen 28 gesunde Versuchspersonen teil, die wiederholt eine Höraufgabe lösen mussten: Sie bekamen auf dem rechten Ohr eine zweideutige Silbe (einen Sprachlaut zwischen ga und da) und auf dem linken Ohr unbemerkt ein Klicken eingespielt, das ein Fragment der Silben da oder ga enthielt. Davon abhängig hörten die Versuchspersonen entweder ga oder da. Bei jeder Wiederholung mussten die Versuchspersonen angeben, was sie gehört hatten. Im Verlauf der Experimente störten sie das natürliche Aktivitätsmuster der Gamma-Wellen durch elektrische Stimulation der beiden Hirnhälften mit am Kopf befestigten Elektroden. Diese Manipulation beeinflusste die Fähigkeit der Teilnehmenden, die gehörte Silbe richtig zu identifizieren. Je nachdem, ob der Rhythmus der Gamma-Wellen mit Hilfe der elektrischen Stimulation in den beiden Hirnhälften synchron oder asynchron zueinander beeinflusst wurde, veränderte sich die Stärke der Verbindung. Diese Störung ging zudem mit einer Verschlechterung der Integration einher. Die Synchronisation der Gamma-Wellen scheint also die verschiedenen Inputs der beiden Hirnhälften miteinander abzugleichen und so für einen eindeutigen akustischen Eindruck zu sorgen. «Unsere Resultate unterstützen die Idee, dass die durch Gamma-Wellen vermittelte Synchronisation zwischen verschiedenen Hirnarealen ein grundlegender Mechanismus für die neuronale Integration ist», sagt Preisig.
Schwerhörigkeit und ihre Auswirkungen auf das Gehirn
Bei einer beginnenden Schwerhörigkeit lässt meist zunächst das Vermögen des Ohres nach, auf bestimmte Frequenzen mit einer geringen Lautstärke noch zu reagieren. Die Empfindlichkeit der zuständigen Haarzellen nimmt fortschreitend ab. Besteht diese Schwerhörigkeit über längere Zeit, werden die für diese Frequenzen und Lautstärken zuständigen Nervenzellen der Hörbahn und Hörrinde im Gehirn nicht mehr durch Impulse gereizt und gefordert. Nervenzellen, die weniger oder gar nicht mehr gebraucht werden, schalten zunehmend ihre Verbindungen zu benachbarten Zellen ab, es kommt zu degenerativen Abbauprozessen, der sog. Hörbahndegeneration. Dieser Verlust zu hören, macht sich vor allem in anspruchsvollen Hörsituationen (Hören mit Hintergrundgeräuschen, Hören in hallenden Räumen, Hören im Lärm) besonders stark bemerkbar. Das Gehirn ist dann nicht mehr in der Lage, die nützlichen Geräusche von den unerwünschten zu unterscheiden, weil wichtige Unterscheidungsmerkmale, z.B. feine, hohe Obertöne nicht mehr wahrgenommen werden können. Dies erklärt auch, warum Betroffene oft einem Einzelgespräch noch gut folgen können, aber in größeren Gesellschaften oder bei starker Hintergrundkulisse, wie z.B. bei einem Restaurant-Besuch, in der Kirche oder auf der Straße, Probleme haben, sich an einer Konversation zu beteiligen bzw. Spätestens wenn Sie derartige Einschränkungen bemerken, sollten Sie einen HNO-Arzt aufsuchen. Denn: Ein frühes Erkennen des nachlassenden Hörvermögens lässt Behandlungen zu, um auch weiterhin eine Chance auf gutes Hören zu ermöglichen.
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Tinnitus und auditorische Phantomwahrnehmungen
Diese Erkenntnisse könnten in naher Zukunft auch Anwendung in der Klinik finden. «Frühere Studien zeigen, dass Störungen der Verbindung zwischen den beiden Hirnhälften mit auditiven Phantomwahrnehmungen wie Tinnitus und Stimmenhören einhergehen», so Preisig. Allein in Deutschland leiden mehr als drei Millionen Menschen an einem Tinnitus. Die Ursachen können dabei sehr unterschiedlich sein und sich von Mensch zu Mensch unterscheiden. Im Hinblick auf konkrete Tinnitus-Ursachen wird bei der Diagnose zwischen zwei Arten des Tinnitus unterschieden: Einem Tinnitus, der von einer tatsächlichen Schallquelle im Körper ausgeht (bspw. Strömungsgeräusche in Blutgefäßen), und einem Tinnitus, bei dem keine Schallquelle im Körper als Ursache festgestellt werden kann. Bei einem Großteil der Betroffenen (mehr als 99%) liegt ein subjektiver Tinnitus vor, während ein objektiver Tinnitus sehr selten auftritt. Die Wissenschaft ging lange Zeit davon aus, dass subjektiver Tinnitus im Innenohr entsteht. Auch mit Hilfe von bildgebenden Verfahren konnte festgestellt werden, dass die neuronale Aktivität bei Tinnitus-Patienten in verschiedenen Gehirnarealen verändert ist. Die Sinneszellen des Innenohrs sind tonotop angeordnet. Das bedeutet, dass die Zellen, die anatomisch am Beginn der Hörschnecke liegen, für die Wahrnehmung hoher Frequenzen zuständig sind. Diejenigen Zellen, die weiter am Ende der Hörschnecke liegen, für tiefere Frequenzen. Werden die Sinneszellen des Innenohrs geschädigt, so verschlechtert sich das Hörvermögen in den Frequenzbereichen, für die die geschädigten Sinneszellen zuständig sind. Der tonotope Aufbau setzt sich in der gesamten Hörbahn bis hin zur primären Hörrinde fort. Die für die betroffenen Frequenzbereiche zuständigen Nervenzellen in der primären Hörrinde erhalten jetzt also ungewohnt schwache Signale. Betroffene Nervenzellen verändern Ihre Verbindungen zu benachbarten Zellen in ungünstiger Weise, sodass die normale Signalverarbeitung gestört wird. Bei Tinnitus spielt die emotionale Bewertung des Ohrgeräusches eine große Rolle. Tinnitus-Patienten haben infolge eines Ohrgeräusches häufig in hohem Ausmaß psychische Probleme: Am häufigsten treten Schlafstörungen, Konzentrationsstörungen und depressive Syndrome auf. Tinnitus-Patienten berichten häufig über eine aktuell bestehende psychische Belastungssituation (Dauerstress, Burnout) beim erstmaligen Auftreten des Tinnitus. Zudem wirkt sich Stress auch im Krankheitsverlauf verstärkend auf ihre subjektive Belastung aus. Ein bis fünf Prozent der Gesamtbevölkerung entwickeln aufgrund des Tinnitus schwerwiegende psychosoziale Schwierigkeiten während des Krankheitsverlaufs. Als Folge eines Tinnitus kommt es bei Betroffenen manchmal zu sozialem Rückzug: Durch das Ohrgeräusch ist es Betroffenen erschwert, sich zu entspannen, sodass sie in sozialen Situationen gereizter reagieren, ohne dies eigentlich zu wollen. Auch das Geräusch allein - ohne psychologische Folgen zu betrachten - kann auch die Kommunikation mit anderen erschweren. Durch die Ohrgeräusche oder den häufig vorliegenden Hörverlust wird es Betroffenen erschwert, an Konversationen teilzunehmen. Ein Tinnitus kann nicht nur selbst das Symptom einer anderen Krankheit sein, sondern darüber hinaus viele unterschiedliche Symptome hervorrufen.
Die Verarbeitung auditorischer Signale im Gehirn
An den verschiedenen Stationen der Verarbeitung auditorischer Signale im Gehirn sind Neuronen mit höchst unterschiedlicher Spezialisierung beteiligt. Dabei sind viele Zusammenhänge noch nicht erforscht. Auch wenn uns Schall immer in Form von schnellen Luftdruckschwankungen erreicht, physikalisch gesehen also immer mehr oder weniger dasselbe Phänomen ist, unterscheidet man je nach zeitlichem Verlauf verschiedene Schallarten. Die einfachste Variante ist ein Ton: eine reine Schwingung einer einzelnen Frequenz mit der Wellenform einer Sinuskurve. Ein Klang besteht demgegenüber aus Ton plus Oberschwingungen, enthält also neben dem Grundton (oder den Grundtönen) auch Anteile mit der doppelten, dreifachen, vielfachen Frequenz. Die Wellenform ist damit komplexer als beim Ton, aber weiterhin regelmäßig: Sie wiederholt sich periodisch. Je nach Verhältnis, in dem die Obertöne zusammengesetzt sind, klingt ein Klang nach Flöte, Geige, Klavierakkord etc. Ist die Wellenform nicht periodisch, sondern ganz unregelmäßig, spricht man von einem Geräusch. Dazu zählt jede Form von Rauschen, aber auch der Schall, der beim Sprechen den Mund verlässt.
Schallwellen lassen sich allein durch Frequenz und Amplitude beschreiben. Die Frequenz gibt dabei an, wie häufig sich die Schwingung innerhalb einer Sekunde wiederholt und spiegelt die Tonhöhe wider. Die Amplitude drückt aus, mit welcher Auslenkung die Welle um die Ruhelage schwingt. Sie ist ein Maß für den Schalldruck und damit für die Lautstärke. Das gilt auch für komplizierteste Wellenformen, wie sie durch Stimmengewirr, den Geräuschteppich in einer Einkaufspassage oder ein Musikstück entstehen: Immer ist es mathematisch möglich, sie in ihre einzelnen Bestandteile zu zerlegen, also in viele Sinus- oder Cosinuskurven unterschiedlicher Frequenz und Amplitude. Diese Analyse nimmt auch das Gehör vor. Entscheidend dafür ist die Basilarmembran, die die Schwingungen aufnimmt und an das Corti-Organ weiterleitet, wo Haarzellen die mechanische Information aufnehmen und in ein neurologisches Signal übersetzen, das die Hörbahn hinaufrast.
Die Schallintensität wird also in einer Kombination aus Feuerrate und Zahl der beteiligten Neuronen abgebildet. Das macht es möglich, den riesigen Lautstärkebereich zu codieren, den unser Gehör abdeckt. Was die Wellenform alleine jedoch nicht verrät, ist die Richtung, aus der ein Geräusch kommt. Um auch diese - oftmals entscheidende - Information herauszuhören, kombiniert das auditorische System gleich drei Mechanismen. Am offensichtlichsten ist wohl der Intensitätsunterschied. Der Kopf wirft - vor allem bei Schallwellen mit hoher Frequenz - eine Art akustischen Schatten: Befindet sich die Schallquelle rechts, hören wir das Geräusch auf der linken Seite etwas leiser als auf der rechten. Die Richtungsortung per Intensitätsdifferenz versagt allerdings bei tiefen Tönen: Dann ist die Wellenlänge groß, und der Schall kann praktisch ungehindert um den Kopf herumlaufen. In diesem Fall wird der Laufzeitunterschied besonders wichtig: Aufgrund der Schallgeschwindigkeit in Luft trifft eine von seitlich rechts kommende Schallwelle am rechten Ohr um etwa 0,0006 Sekunden früher ein als am linken. Auch diesen kleinen Zeitverzug nutzen die Neuronen, die Signale von beiden Ohren empfangen, zur Lokalisation der Geräuschquelle. Bereits im Hirnstamm gibt es Bereiche, die den Input von beiden Ohren verarbeiten - ebenso in den höheren auditorischen Arealen. So werden auch kleine Intensitätsunterschiede wahrgenommen und in Richtungsinformation übersetzt. Eine weitere wichtige Information gewinnen wir aus der absoluten Intensität eines Geräusches, denn es nimmt mit zunehmendem Abstand schnell ab. Weder Intensitäts- noch Laufzeitunterschiede erklären allerdings, warum wir auch unterscheiden können, ob Geräusche von schräg rechts vorn oder schräg rechts hinten kommen - oder gar von oben oder unten. Hier greift der dritte Mechanismus: Die Form des Kopfes und vor allem der Ohrmuscheln sorgt für ein komplexes Muster von Schallschatten und Schallschatten-Reflexionen, das sich je nach Frequenz und Richtung des ankommenden Schalls unterscheidet. Beispielsweise dämpft die Ohrmuschel bei von hinten kommenden Geräuschen hohe Frequenzen stärker als tiefe. Ein Knall hinter uns klingt deshalb etwas dumpfer, als wenn vor uns etwas explodiert. Und kommt der Knall von oben, ist der Frequenzgang wieder etwas anders. Diese feinen Variationen weiß das Gehirn so zu interpretieren, dass es die Richtung erkennt.
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