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 Zebras: Immer der Erinnerung nach
24.05.2017 | Senckenberg Forschungsinstitut und Naturmuseen

nachricht Wichtiges Regulator-Gen für die Bildung der Herzklappen entdeckt
24.05.2017 | Universität Basel

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: Orientierungslauf im Mikrokosmos

Physiker der Universität Würzburg können auf Knopfdruck einzelne Lichtteilchen erzeugen, die einander ähneln wie ein Ei dem anderen. Zwei neue Studien zeigen nun, welches Potenzial diese Methode hat.

Der Quantencomputer beflügelt seit Jahrzehnten die Phantasie der Wissenschaftler: Er beruht auf grundlegend anderen Phänomenen als ein herkömmlicher Rechner....

Im Focus: A quantum walk of photons

Physicists from the University of Würzburg are capable of generating identical looking single light particles at the push of a button. Two new studies now demonstrate the potential this method holds.

The quantum computer has fuelled the imagination of scientists for decades: It is based on fundamentally different phenomena than a conventional computer....

Im Focus: Tumult im trägen Elektronen-Dasein

Ein internationales Team von Physikern hat erstmals das Streuverhalten von Elektronen in einem nichtleitenden Material direkt beobachtet. Ihre Erkenntnisse könnten der Strahlungsmedizin zu Gute kommen.

Elektronen in nichtleitenden Materialien könnte man Trägheit nachsagen. In der Regel bleiben sie an ihren Plätzen, tief im Inneren eines solchen Atomverbunds....

Im Focus: Turmoil in sluggish electrons’ existence

An international team of physicists has monitored the scattering behaviour of electrons in a non-conducting material in real-time. Their insights could be beneficial for radiotherapy.

We can refer to electrons in non-conducting materials as ‘sluggish’. Typically, they remain fixed in a location, deep inside an atomic composite. It is hence...

Im Focus: Hauchdünne magnetische Materialien für zukünftige Quantentechnologien entwickelt

Zweidimensionale magnetische Strukturen gelten als vielversprechendes Material für neuartige Datenspeicher, da sich die magnetischen Eigenschaften einzelner Molekülen untersuchen und verändern lassen. Forscher haben nun erstmals einen hauchdünnen Ferrimagneten hergestellt, bei dem sich Moleküle mit verschiedenen magnetischen Zentren auf einer Goldfläche selbst zu einem Schachbrettmuster anordnen. Dies berichten Wissenschaftler des Swiss Nanoscience Institutes der Universität Basel und des Paul Scherrer Institutes in der Wissenschaftszeitschrift «Nature Communications».

Ferrimagneten besitzen zwei magnetische Zentren, deren Magnetismus verschieden stark ist und in entgegengesetzte Richtungen zeigt. Zweidimensionale, quasi...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

Meeresschutz im Fokus: Das IASS auf der UN-Ozean-Konferenz in New York vom 5.-9. Juni

24.05.2017 | Veranstaltungen

Diabetes Kongress in Hamburg beginnt heute: Rund 6000 Teilnehmer werden erwartet

24.05.2017 | Veranstaltungen

Wissensbuffet: „All you can eat – and learn”

24.05.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Hochspannung für den Teilchenbeschleuniger der Zukunft

24.05.2017 | Physik Astronomie

3D-Graphen: Experiment an BESSY II zeigt, dass optische Eigenschaften einstellbar sind

24.05.2017 | Physik Astronomie

Optisches Messverfahren für Zellanalysen in Echtzeit - Ulmer Physiker auf der Messe "Sensor+Test"

24.05.2017 | Messenachrichten