Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Stimmzellen für die Erkennung von Stimmen

23.08.2011
Für die Verarbeitung mündlicher Informationen der Artgenossen sind besondere Nervenzellen reserviert

Die Stimme des Menschen ist genauso charakteristisch wie sein Gesicht – häufig lässt sich ein Bekannter über eine Nachricht auf dem Anrufbeantworter identifizieren, selbst wenn er vergessen hat seinen Namen zu nennen. Der Hauptbereich der Gesichtserkennung liegt im unteren Schläfenlappen.


Zwei Rufe von Rhesusaffen (oben: Amplitude der Laute über die Zeit; unten: Energie für jede Frequenz über die Zeit) © Catherine Perrodin/MPI für biologische Kybernetik


Links: Abbildung des Hörkortex eines Affen (schwarze Linien) und der Cluster, in dem bevorzugt Stimmen verarbeitet werden (rot). Rechts: Messungen einer Stimmzelle, die deutlich stärker auf Affenstimmen als auf andere Geräusche reagiert. © Catherine Perrodin/MPI für biologische Kybernetik

Dort treten gehäuft Nervenzellen auf, die auf Gesichter deutlich stärker reagieren als auf andere Bilder. Forscher des Max-Planck-Instituts für biologische Kybernetik in Tübingen haben sich auf die Suche nach vergleichbaren Strukturen bei der Verarbeitung von Stimminformationen im Gehirn gemacht. Bei Rhesusaffen sind sie wiederum im Schläfenlappen fündig geworden: Sie sind auf „Stimmzellen“ gestoßen, die sehr selektiv auf Rufe und Laute der Artgenossen ansprechen.

Die Augen gelten bei Mensch und Affe als vorherrschende Sinnesorgane. Im sozialen Umgang miteinander werden Gesichter von Verwandten und Bekannten augenblicklich erkannt und ihre Stimmung gedeutet. Fällt beim Menschen die Gesichtserkennung aus, eine Erkrankung, die auch Gesichtsblindheit genannt wird, kann der Betroffene seine Mitmenschen nicht unterscheiden, durchaus aber individuelle Gesichter von Hunden oder Schafen erkennen. „Die Stimmen der Mitmenschen sind ähnlich speziell und in sozialen Zusammenhängen von großer Bedeutung. Es war zu erwarten, dass auch sie von einzelnen Nervenzellen anders verarbeitet werden als andere Hörinformationen“, meint Catherine Perrodin vom Max-Planck-Institut für biologische Kybernetik.

Die Forscherin hat zusammen mit Christoph Kayser und Nikos K. Logothetis vom gleichen Institut sowie Christopher I. Petkov vom Institute of Neuroscience der Newcastle University (UK) neue Experimente zur Verarbeitung von Stimmen durchgeführt. Sie führten dabei frühere Untersuchungen fort, bei denen über funktionelle Magnetresonanztomografie der bei der Stimmverarbeitung aktive Hirnbereich sichtbar gemacht worden war. Nun zeichneten sie die Aktivität einzelner Nervenzellen in diesem Hirnbereich auf.

Die Forscher haben erstmals in systematischer Arbeit „Stimmzellen“ im Schläfenlappen des Gehirns nachgewiesen. So nennen sie – analog zu den „Gesichtszellen“ bei der Gesichtserkennung – Nervenzellen, die mindestens doppelt so stark auf Stimmen von Artgenossen reagieren wie auf Stimmen anderer Tiere oder Geräusche aus anderen Quellen. Die Stimmzellen kamen in bestimmten Clustern gehäuft vor, jedoch deutlich weniger konzentriert als Gesichtszellen im Hauptbereich der Gesichtserkennung.

Vergleiche der Messungen an Gesichts- und Stimmzellen zeigten, dass die Stimmzellen selektiver auf individuelle Stimmen ansprachen als Gesichtszellen auf individuelle Gesichter. So reagierten die hochspezialisierten Stimmzellen nur auf etwa ein Fünftel der Rufe der Artgenossen, während in früheren visuellen Studien Gesichtszellen im Schnitt auf rund 40 bis 60 Prozent der Gesichter reagierten.

„Möglicherweise lässt sich das dadurch erklären, dass die Gesichter der Wirbeltiere mit zwei Augen, Nase und Mund sich in den Grundzügen stark gleichen. Dagegen gibt es bei Stimmen ein viel größeres Variationsspektrum. Dank ihrer spezialisierten Darstellung von Stimmen können die Stimmzellen effizienter arbeiten“, erklärt Catherine Perrodin. In den Experimenten hatten die Forscher einen repräsentativen Mix aus Stimmen von Rhesusaffen eingesetzt. Als Vergleich dienten Stimmen anderer Arten wie Pferd und Hund sowie Umgebungsgeräusche wie ein auffliegender Vogelschwarm, laufendes Wasser und Donnergrollen.

Die Hirnregion der Stimmzellen im Schläfenlappen ist bei Affe und Mensch prinzipiell gleich aufgebaut. Daher gehen die Forscher davon aus, dass sich die Ergebnisse auf den Menschen übertragen lassen. Sie wollen im nächsten Schritt untersuchen, welche Anteile der komplexen Hörinformation einer Stimme die Wiedererkennung des Sprechers und welche Anteile die Einschätzung seiner Stimmungslage ermöglichen. Außerdem interessiert sie, ob die Stimmzellen Reize verschiedener Sinne, etwa auch visuelle Informationen, verarbeiten können. „Bisher wurden Stimmen und die mündliche Kommunikation häufig nur im Zusammenhang mit Sprache untersucht“, sagt Catherine Perrodin, „dabei sind sie auch als nichtverbale Laute interessant, die Bedeutung des Gesagten kommt als zusätzliche Information obendrauf.“

Ansprechpartner
Catherine Perrodin
Max-Planck-Institut für biologische Kybernetik, Tübingen
Telefon: +49 7071 601-1701
E-Mail: catherine.perrodin@tuebingen.mpg.de
Janna Eberhardt
Presse- und Öffentlichkeitsarbeit
Max-Planck-Institut für Entwicklungsbiologie, Tübingen
Telefon: +49 7071 601-444
E-Mail: presse@tuebingen.mpg.de
Originalveröffentlichung
Catherine Perrodin, Christoph Kayser, Nikos K. Logothetis, Christopher I. Petkov
Voice Cells in the Primate Temporal Lobe
Current Biology, 23. August 2011, doi: 10.1016/j.cub.2011.07.028

Catherine Perrodin u.a. | Max-Planck-Institut
Weitere Informationen:
http://www.tuebingen.mpg.de

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Polymere aus Bor produzieren
18.01.2018 | Julius-Maximilians-Universität Würzburg

nachricht Modularer Genverstärker fördert Leukämien und steuert Wirksamkeit von Chemotherapie
18.01.2018 | Deutsches Krebsforschungszentrum

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: Fliegen wird smarter – Kommunikationssystem LYRA im Lufthansa FlyingLab

• Prototypen-Test im Lufthansa FlyingLab
• LYRA Connect ist eine von drei ausgewählten Innovationen
• Bessere Kommunikation zwischen Kabinencrew und Passagieren

Die Zukunft des Fliegens beginnt jetzt: Mehrere Monate haben die Finalisten des Mode- und Technologiewettbewerbs „Telekom Fashion Fusion & Lufthansa FlyingLab“...

Im Focus: Ein Atom dünn: Physiker messen erstmals mechanische Eigenschaften zweidimensionaler Materialien

Die dünnsten heute herstellbaren Materialien haben eine Dicke von einem Atom. Sie zeigen völlig neue Eigenschaften und sind zweidimensional – bisher bekannte Materialien sind dreidimensional aufgebaut. Um sie herstellen und handhaben zu können, liegen sie bislang als Film auf dreidimensionalen Materialien auf. Erstmals ist es Physikern der Universität des Saarlandes um Uwe Hartmann jetzt mit Forschern vom Leibniz-Institut für Neue Materialien gelungen, die mechanischen Eigenschaften von freitragenden Membranen atomar dünner Materialien zu charakterisieren. Die Messungen erfolgten mit dem Rastertunnelmikroskop an Graphen. Ihre Ergebnisse veröffentlichen die Forscher im Fachmagazin Nanoscale.

Zweidimensionale Materialien sind erst seit wenigen Jahren bekannt. Die Wissenschaftler André Geim und Konstantin Novoselov erhielten im Jahr 2010 den...

Im Focus: Forscher entschlüsseln zentrales Reaktionsprinzip von Metalloenzymen

Sogenannte vorverspannte Zustände beschleunigen auch photochemische Reaktionen

Was ermöglicht den schnellen Transfer von Elektronen, beispielsweise in der Photosynthese? Ein interdisziplinäres Forscherteam hat die Funktionsweise wichtiger...

Im Focus: Scientists decipher key principle behind reaction of metalloenzymes

So-called pre-distorted states accelerate photochemical reactions too

What enables electrons to be transferred swiftly, for example during photosynthesis? An interdisciplinary team of researchers has worked out the details of how...

Im Focus: Erstmalige präzise Messung der effektiven Ladung eines einzelnen Moleküls

Zum ersten Mal ist es Forschenden gelungen, die effektive elektrische Ladung eines einzelnen Moleküls in Lösung präzise zu messen. Dieser fundamentale Fortschritt einer vom SNF unterstützten Professorin könnte den Weg für die Entwicklung neuartiger medizinischer Diagnosegeräte ebnen.

Die elektrische Ladung ist eine der Kerneigenschaften, mit denen Moleküle miteinander in Wechselwirkung treten. Das Leben selber wäre ohne diese Eigenschaft...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

LED Produktentwicklung – Leuchten mit aktuellem Wissen

18.01.2018 | Veranstaltungen

6. Technologie- und Anwendungsdialog am 18. Januar 2018 an der TH Wildau: „Intelligente Logistik“

18.01.2018 | Veranstaltungen

DFG unterstützt Kongresse und Tagungen - März 2018

17.01.2018 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Fliegen wird smarter – Kommunikationssystem LYRA im Lufthansa FlyingLab

18.01.2018 | Informationstechnologie

Optimierter Einsatz magnetischer Bauteile - Seminar „Magnettechnik Magnetwerkstoffe“

18.01.2018 | Seminare Workshops

LED Produktentwicklung – Leuchten mit aktuellem Wissen

18.01.2018 | Veranstaltungsnachrichten