Tinnitus und das „vorausschauende“ Gehör

Wie wirken sich unsere Hör-Erwartungen auf unsere Wahrnehmung aus? Salzburger Neurowissenschaftler*innen konnten als erste in einer Studie mit Proband*innen zeigen, dass erwartete Töne sich in merkmalspezifischen Gehirnaktivitätsmustern niederschlagen.

Menschen müssen ihr Verhalten ständig an komplexe Umgebungen anpassen. Eine fundamentale Voraussetzung dafür ist die Fähigkeit des Gehirns, aus der Erfahrung auf Zukünftiges zu schließen, auch beim Hören. „Unser Gehirn ist darin spezialisiert, Regelmäßigkeiten im Reizstrom zu erkennen und es kann diese nutzen, um Ereignisse in seiner Umwelt vorherzusagen. Es extrahiert sozusagen die Regeln die zum Beispiel hinter bestimmten Tonsequenzen stehen. Wobei die Vorhersagen keine willentlichen Handlungen darstellen, sondern ein automatischer Prozess sind“, sagt der Erstautor und Neurowissenschaftler Gianpaolo Demarchi vom Centre for Cognitive Neuroscience (CCNS) der Universität Salzburg.

Demarchi und sein Team wollten herausfinden, ob das Gehirn bei immer regelmäßigerer Darbietung von Tönen mit merkmalspezifischen Aktivitätsmustern reagiert, also dass es etwa auf eine erwartete Tonhöhe X mit einem anderen neuronalen Muster reagiert als auf eine erwartete Tonhöhe Y. Dafür erstellten die Forscher*innen Sequenzen aus vier Tönen unterschiedlicher Tonhöhe. In jeder Sequenz war die Tonhöhe eines Tons mit einer definierten Wahrscheinlichkeit vom vorangegangen Ton abhängig. Das Ergebnis waren Sequenzen in der die Tonhöhe eines bestimmten Tons mehr oder weniger vorhersagbar war. Dadurch, dass die Töne mit genau 333 Millisekunden Abstand dargeboten wurden, war die zeitliche Erwartung in allen Tonsequenzen gleich. Es änderte sich ausschließlich die zu erwartende Darbietung eines Tons mit einer spezifischen Tonhöhe zu einem bestimmten Zeitpunkt.

Diese Tonsequenzen wurden 33 gesunden Proband*innen (Durchschnittsalter 27 Jahre) dargeboten, während sie einen eineinhalb Stunden langen stummgeschalteten Film schauten. Die Proband*innen mussten währenddessen keine Aufgaben lösen. Es wurde lediglich ihre Gehirnaktivität mittels Magnetoenzephalographie (MEG) erfasst. MEG ist eine zeitlich hochauflösende Methode, mit der die magnetischen Felder gemessen werden können, die von den elektrischen Strömen im Gehirn erzeugt werden.

Zunächst trainierten die Forscher*innen Algorithmen, um die unterschiedlichen Tonhöhen anhand der neuronalen Aktivitätsmuster zu unterscheiden. Diese trainierten „Mustererkenner“ wurden anschließend angewendet, um tonhöhenspezifische neuronale Aktivitätsmuster im Zeitraum rund um der Darbietung eines Tons zu messen. „Schon ungefähr 300 Millisekunden vor dem erwarteten Zeitpunkt der Tondarbietung waren tonhöhenspezifische neuronale Muster stärker aktiviert, und zwar umso stärker je regelmäßiger die Tonsequenz war“, fasst Demarchi das Kernergebnis zusammen.

Mit der Studie haben die Forscher*innen zwei Ziele erreicht. Einerseits konnten sie damit eindrucksvoll den hohen Stellenwert von Vorhersagen beim auditorischen Wahrnehmungsprozess bestätigen. Andererseits ist dieses Paradigma ein Türöffner, mit dem sich interindividuelle Unterschiede der Vorhersageprozesse beim Hören untersuchen lassen, was u.a. für die Tinnitusforschung von großer Relevanz sein könnte, sagt Projektleiter Nathan Weisz.

Publikation:

Gianpaolo Demarchi, Gaetan Sanchez, Nathan Weisz: Automatic and feature-specific prediction-related neural activity in the human auditory system” in: Nature Communications 10, Article number: 3440 (2019) https://www.nature.com/articles/s41467-019-11440-1

Nathan Weisz (links) und Gianpaolo Demarchi © Kolarik

Über den/die Forscher*In

Nathan Weisz ist Professor für Physiologische Psychologie und Leiter der Auditory Neuroscience Group am Center for Cognitiive Neuroscience (CCNS) der Universität Salzburg. Sein zentrales Forschungsinteresse gilt unter anderem dem Tinnitus.