Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Neuronales Mosaik der Töne

20.06.2006
Max-Planck-Forscher haben kartografiert, wo das Gehirn bestimmte Frequenzen verarbeitet

Das Gehirn filtert, was wir hören. Das gelingt ihm auch deshalb, weil einzelne Gruppen seiner Neuronen nur auf bestimmte Frequenzen reagieren. Neurobiologen vom Max-Planck-Institut für biologische Kybernetik in Tübingen haben jetzt für einige Bereiche des auditorischen Cortex eine Frequenzkarte erstellt: Mit der hochauflösenden funktionellen Kernspintomografie haben sie zudem identifiziert, welche neuronalen Felder jeweils durch einzelne Frequenzen und welche durch Frequenzgemische aktiviert werden. (PLoS Biology, 20. Juni 2006)


Das Hirnareal, mit dem Makaken Schall verarbeiten ist wie ein Mosaik in einzelne Felder aufgeteilt. Max-Planck-Forscher haben in einer fMRI-Studie jetzt charakterisiert, wie sich das Frequenzspektrum über jedes einzelne dieser Felder verteilt. Bild: Gopinath S. / www.photoessays.net / MPI für biologische Kybernetik

Was wir hören, entscheidet unser Gehirn. Ob in einer Fabrikhalle, in der ratternde Maschinen Krach machen, oder bei einer Party, auf der Musik und redende Leute durcheinander lärmen: Wenn wir uns unterhalten, können wir die Stimme des Gesprächspartners immer noch aus der Geräuschkulisse herausfiltern. Wie es das macht, haben Neurophysiologen aber noch nicht völlig verstanden. Immerhin haben sie inzwischen herausgefunden, dass bestimmte Gehirnareale die Cochlea abbilden - und zwar ähnlich wie bei der Netzhaut Punkt für Punkt. Für die Cochlea, die Schnecke im Innenohr, bedeutet das, dass verschiedene Frequenzen bestimmte Gruppen von Neuronen des auditorischen Cortex aktivieren. Das Gehirn analysiert anschließend vermutlich, welche Schallquelle oder Schallquellen eine bestimmte Frequenz abgibt beziehungsweise abgeben. Welche Bereiche des Gehirns für einzelne Frequenzen zuständig sind, konnten Wissenschaftler bislang im Detail nur mit elektrophysiologischen und anatomischen Untersuchungen zeigen, und das auch nur im Gehirn von Tieren, zum Beispiel von Makaken.

Am Menschen werden solche Studien nur selten gemacht. Dafür haben Neurologen das Gehirn des Menschen inzwischen ziemlich gründlich mit der funktionellen Kernspintomografie (fMRI) durchleuchtet, auch den auditorischen Cortex. Die Aktivitätsmuster, die sie darin beim Hören sahen, haben sie oft mit den Studien an den Affen verglichen. "Das ist aber ein schlechter Vergleich", sagt Christopher Petkov, der die Untersuchungen am Tübinger Max-Planck-Institut leitete: fMRI-Aufnahmen des auditorischen Cortex von Affen gab es bislang aber nicht. "Wir haben diese Lücke jetzt geschlossen." Nun können die Wissenschaftler vergleichen, welche Ergebnisse verschiedene Methoden über den auditorischen Cortex der Makaken liefern. Sie können aber auch besser untersuchen, inwiefern sich die neuronalen Schallzentren der Affen und des Menschen ähneln und unterscheiden. Auf diese Weise können sie künftig auch besser untersuchen, wie sich das Gehirn in einer lauten Umgebung auf eine einzelne Schallquelle konzentriert.

... mehr zu:
»ACF »Affe »Cortex »Frequenz

In der neue fMRI-Studie haben die Wissenschaftler nicht nur die einzelnen Felder des auditorischen Cortex (ACFs) identifiziert, wie sie es aus den Ergebnissen der früheren Untersuchungen erwartet hatten. Sie haben auch für die meisten Felder Frequenzkarten gezeichnet. Sie haben also festgestellt, wo in einem Feld bestimmte Frequenzen verarbeitet werden. Vier ACFs haben sie dabei erstmals kartografiert. Insgesamt haben sie nun elf ACFs charakterisiert, die sich auf der Hirnoberfläche mosaikartig anordnen. Dabei ergab sich ein periodisches Muster: Über ein Feld hinweg nimmt die verarbeitete Frequenz mit einem Gradienten entweder ab oder zu. Im den daran anschließenden Feldern entwickelt sich die Frequenz genau umgekehrt, so dass sich über den auditorischen Cortex hinweg ein Auf und Ab der Tonhöhen ergibt, für die bestimmte Nerven zuständig sind. Jede Frequenz findet sich daher in jedem ACF wieder. "Wahrscheinlich haben die einzelnen ACF dabei verschiedene Aufgaben", sagt Petkov: "Die Unterschiede kennen wir aber noch nicht genau."

Immerhin haben die Forscher die ACFs schon in zwei Gruppen eingeteilt, die jeweils für andere Schallsignale zuständig sind. Drei dieser Felder, die eine Art Kern des auditorischen Cortex bilden, reagieren auf Töne einzelner Frequenzen. Die anderen acht, darunter auch die neu charakterisierten, sprechen eher auf Geräusche an, in denen sich verschiedene Frequenzen mischen. Diese ACFs schließen sich wie ein Gürtel um die drei Kernfelder.

Das Muster der Tonhöhen in jedem einzelnen ACF war jedoch nicht so differenziert, wie es sich auf der Tastatur eines Klaviers findet. Richtig gut konnten die Zuständigkeiten bestimmter Nerven nur zuordnen, wenn die Töne vier Oktaven auseinander lagen. "Das liegt aber vor allem an den experimentellen Bedingungen", sagt Petkov: Um im fMRI überhaupt deutliche Signale zu sehen, haben sie die Affen mit Tönen beschallt, die die Tiere in ihrer natürlichen Umgebung hören und die gleichzeitig lauter waren als die Testtöne in elektrophysiologischen Studien. "Dann sind immer größere Bereiche im auditorischen Cortex aktiv", so Petkov. Für die Max-Planck-Forscher war das nur ein Nebenaspekt. Diese Erkenntnis gibt aber einen Hinweis, wie Lärm den auditorischen Cortex beeinträchtigt und was im Gehirn passiert, wenn sich Menschen einen Hörschaden zuziehen. [ML]

Originalveröffentlichung:

Christopher I. Petkov, Christoph Kayser, Mark Augath, Nikos K. Logothetis
Functional imaging reveals numerous fields in the monkey auditory cortex
PLoS Biology, 20. Juni 2006

Dr. Andreas Trepte | Max-Planck-Gesellschaft
Weitere Informationen:
http://www.mpg.de/

Weitere Berichte zu: ACF Affe Cortex Frequenz

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Zellen auf Wanderschaft: Falten in der Zellmembran liefern Material für nötige Auswölbungen
23.11.2017 | Westfälische Wilhelms-Universität Münster

nachricht Neues Verfahren zum Nachweis eines Tumormarkers in bösartigen Lymphomen
23.11.2017 | Wilhelm Sander-Stiftung

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Biowissenschaften Chemie >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Reibungswärme treibt hydrothermale Aktivität auf Enceladus an

Computersimulation zeigt, wie der Eismond Wasser in einem porösen Gesteinskern aufheizt

Wärme aus der Reibung von Gestein, ausgelöst durch starke Gezeitenkräfte, könnte der „Motor“ für die hydrothermale Aktivität auf dem Saturnmond Enceladus sein....

Im Focus: Frictional Heat Powers Hydrothermal Activity on Enceladus

Computer simulation shows how the icy moon heats water in a porous rock core

Heat from the friction of rocks caused by tidal forces could be the “engine” for the hydrothermal activity on Saturn's moon Enceladus. This presupposes that...

Im Focus: Kleine Strukturen – große Wirkung

Innovative Schutzschicht für geringen Verbrauch künftiger Rolls-Royce Flugtriebwerke entwickelt

Gemeinsam mit Rolls-Royce Deutschland hat das Fraunhofer-Institut für Werkstoff- und Strahltechnik IWS im Rahmen von zwei Vorhaben aus dem...

Im Focus: Nanoparticles help with malaria diagnosis – new rapid test in development

The WHO reports an estimated 429,000 malaria deaths each year. The disease mostly affects tropical and subtropical regions and in particular the African continent. The Fraunhofer Institute for Silicate Research ISC teamed up with the Fraunhofer Institute for Molecular Biology and Applied Ecology IME and the Institute of Tropical Medicine at the University of Tübingen for a new test method to detect malaria parasites in blood. The idea of the research project “NanoFRET” is to develop a highly sensitive and reliable rapid diagnostic test so that patient treatment can begin as early as possible.

Malaria is caused by parasites transmitted by mosquito bite. The most dangerous form of malaria is malaria tropica. Left untreated, it is fatal in most cases....

Im Focus: Transparente Beschichtung für Alltagsanwendungen

Sport- und Outdoorbekleidung, die Wasser und Schmutz abweist, oder Windschutzscheiben, an denen kein Wasser kondensiert – viele alltägliche Produkte können von stark wasserabweisenden Beschichtungen profitieren. Am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) haben Forscher um Dr. Bastian E. Rapp einen Werkstoff für solche Beschichtungen entwickelt, der sowohl transparent als auch abriebfest ist: „Fluoropor“, einen fluorierten Polymerschaum mit durchgehender Nano-/Mikrostruktur. Sie stellen ihn in Nature Scientific Reports vor. (DOI: 10.1038/s41598-017-15287-8)

In der Natur ist das Phänomen vor allem bei Lotuspflanzen bekannt: Wassertropfen perlen von der Blattoberfläche einfach ab. Diesen Lotuseffekt ahmen...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Veranstaltungen

Kinderanästhesie aktuell: Symposium für Ärzte und Pflegekräfte

23.11.2017 | Veranstaltungen

IfBB bei 12th European Bioplastics Conference mit dabei: neue Marktzahlen, neue Forschungsthemen

22.11.2017 | Veranstaltungen

Zahnimplantate: Forschungsergebnisse und ihre Konsequenzen – 31. Kongress der DGI

22.11.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Kinderanästhesie aktuell: Symposium für Ärzte und Pflegekräfte

23.11.2017 | Veranstaltungsnachrichten

Seminar „Leichtbau im Automobil- und Maschinenbau“ im Haus der Technik Berlin am 16. - 17. Januar 2018

23.11.2017 | Seminare Workshops

Biohausbau-Unternehmen Baufritz erhält von „ Capital“ die Auszeichnung „Beste Ausbilder Deutschlands“

23.11.2017 | Unternehmensmeldung