Projekte
Qualitätsuntersuchungen bei Musikinstrumenten
Modellierung der Basilarmembran
Musikalische Verarbeitung und der auditorische Kortex
Strukturelle, funktionelle und perzeptive Unterschiede im Hörkortex von Musikern und Nichtmusikern
Die musikalische Tonhöhe von harmonisch komplexen Tönen unterscheidet sich um bis zu drei oder vier Oktaven, wenn derselbe Ton unterschiedlichen Hörern vorgespielt wird. Manche Hörer erkennen eher den Grundton eines Klanges (die Periodizitätstonhöhe), andere eher einzelne Obertöne. Um diese bereits von Hermann von Helmholtz beschriebenen subjektiven Unterschiede zu quantifizieren, haben wir einen ausführlichen Tonhöhentest mit 162 verschiedenen Tonpaaren aus harmonisch komplexen Tönen entworfen (Schneider et al., 2005). Der Test wurde mit 306 Profimusikern, 66 Amateurmusikern und 48 Nichtmusikern durchgeführt und zeigte eine breite Verteilung, die es erlaubte, die Hörer in zwei Gruppen, die "Grundtonhörer" und die "Obertonhörer" einzuteilen.
Bei 87 Probanden wurde zusätzlich mittels Kernspintomographie (MRT) das Gehirn anatomisch aufgenommen und mit Magnetoencephalographie (MEG) die Gehirnströme beim Hören von Klängen gemessen. Grundtonhörer zeigten im seitlichen Bereich des linken Heschl Gyrus ein deutlich größeres Volumen an grauer Substanz und auch eine größere P50 Aktivierung als im rechten Heschl Gyrus. Bei Obertonhörern war hingegen der rechte Heschl Gyrus stärker ausgeprägt.
Während die mit der Tonhöhenwahrnehmung verbundene Links-Rechts-Asymmetrie sowohl bei Profis und Nichtmusikern in gleicher Weise auftrat, war die absolute Größe der neuronalen Substanz stark von der musikalischen Veranlagung abhängig. Profimusiker zeigten einen doppelt so grossen Heschl Gyrus wie Nichtmusiker. Die im seitlichen Bereich des Heschl gyrus generierte P50 Aktivierung war sogar um das Fünffache stärker ausgeprägt. Das Volumen der grauen Substanz korrelierte nur mit der musikalischen Begabung, gemessen mit dem AMMA-Test von Edwin E. Gordon, die P50 Aktivierung hingegen ausschliesslich mit dem musikalischen Langzeit-Training.
Ferner wurde ein Einfluss auf die Präferenz bestimmter Musikinstrumente festgestellt. Da der linke Hörkortex für rasche zeitliche Verarbeitung zuständig ist, bevorzugen Grundtonhörer Musikinstrumente, die kurze, scharfe oder impulsive Töne produzieren (Schlagzeug, Gitarre, Klavier oder hohe Soloinstrumente wie Trompete oder Querflöte). Der rechte Heschl Gyrus verarbeitet hingegen bevorzugt Spektralfrequenzen oder Klangfarben. Obertonhörer wählen konsequenterweise in der Regel eher Instrumente, die lang ausgehaltene Töne mit charakteristischen Klangfarben oder Formanten im Spektrum produzieren (Streich-, Blech oder Holzblasinstrumente in tieferen Lagen, Orgel oder Gesang). Musiker, die das gleiche Hauptinstrument spielen aber unterschiedlich hören, unterscheiden sich ferner oft in ihrer Spielweise: Grundtonhörer spielen lieber virtuos oder rhytmisch betont, Obertonhörer interessieren sich mehr für Klangfarben und länger ausgehaltene Melodiebögen.
Sowohl die Größe als auch die relative Gewichtung der Heschl Gyri hat einen Einfluss auf die Tonhöhenwahrnehmung, Klangvorstellung, Präferenz von Musikinstrumenten und auf die musikalische Gestaltung.
Beteiligte
Kooperationspartner
Hans-Joachim Specht
Zeitliche und spektrale Tonhöhe
Huygens Rauschen oder Regular Interval Noise (RIN) wird durch verzögerte Überlagerung von weissem Rauschen mit sich selbst generiert (delay-and-add). Der dabei entstehende tonale Eindruck hängt von der zeitlichen Verzögerung ab und wird mit zunehmender Iterationszahl immer stärker. Subtrahiert man das verzögerte Signal (delay-and-subtract), so ändert sich die wahrgenommene Tonhöhe im Vergleich zum delay-and-add Prozess. Psychoakustische Tests zeigen jedoch, dass sich bei Verzögerungszeiten, die kleiner als ca. 5ms sind, sich eine Verschiebung in der Tonhöhe von einer Oktave ergibt. Mit zunehmendem delay verringert sich die Tonhöhenverschiebung hin zu einer Sekunde.
Mit Hilfe der Magnetoenzephalographie wird versucht, die psychoakustisch gewonnenen Ergebnisse mit der Aktivierung im Heschl Gyrus in Relation zu setzen.
Beteiligte
Kooperationspartner
Hans-Joachim Specht
Chirps - Periphere Synchronisation
In diesem Projekt wird die Auswirkung eines optimalen Chirps, d.h. eines breitbandigen Reizes, der die Laufzeit entlang der Basliarmembran kompensiert, untersucht. Der in unseren Untersuchungen eingesetzte Chirp wurde von Torsten Dau und Oliver Wegner auf der Basis des linearen Cochlea-Modells von DeBoer (1980) entwickelt.
Es davon ausgegangen, dass aufgrund der ansteigenden Frequenz des Reizes eine simultane Erregung entlang der Basilarmembran ausgelöst wird und somit gegenüber eines Klick-Reizes ein stark erhöhtes Singal-Rausch-Verhältnis resultiert. Diese Eigenschaft soll in künftigen klinischen Untersuchungen bei der Untersuchung der primären kortikalen Antworten ausgenutzt werden.
In einer MEG-Untersuchung konnten empirische Evidenzen für diese Eigenschaften, die schon auf der Stufe der Welle V der Hirnstammpotentiale nachgewiesen wurden, gefunden werden.
Dieses Projekt wird in Zusammenarbeit mit Stefan Uppenkamp, Medizinische Physik der Universität Oldenburg, Roy D. Patterson, CNBH, University of Cambridge, und Torsten Dau, Center for Applied Hearing Research, Technical University of Denmark, durchgeführt.
Finanziert durch die Deutsche Forschungsgemeinschaft (Ru 652/1-3).
Beteiligte
Kooperationspartner
Temporal Asymmetry in the Auditory Cortex
Psychophysical studies show that human listeners are highly sensitive to temporal asymmetry. When an amplitude modulator that is asymmetric in time is applied to a sinusoidal tone, the direction of the asymmetry affects a timber of the sound. A sinusoid modulated by a decaying exponential results in a damped sinusoid which has a dominant drumming percept. However, if the modulator is reversed in time to produce a ramped sinusoid, the percept is more tonal. The present magnetoencephalography (MEG) study was carried out to investigate the temporal processing by analyzing middle latency and sustained auditory evoked fields. The resulting morphology of the responses depended strongly on the temporal features of the envelope of the sounds and less of the specific spectral content of the carrier. The measurments and analysis of neuromagnetic responses offer a sensitive technique to study the relationship of physiological and psychophysical responses to temporal asymmetric stimuli that play a major role in communication sounds.
Funded by the Deutsche Forschungsgemeinschaft (Ru 652/1-3).
Beteiligte
Kooperationspartner
Anita Kult
Sound List Processor
Slp is a tool for auditory stimulation. It is able to read a list describing certain sound events. We use it to present acoustic stimuli to subjects during MEG and EEG recording sessions. The sounds can be read from files using common file formats. Additionally, one can define online generated sounds in a C++ class and link it to slp. This is useful especially when using randomly generated sounds, which can not be pre-generated. Slp also provides a fast convolution algorithm to filter each sound one specifies in realtime using a user-designed FIR filter.
Funded by the Deutsche Forschungsgemeinschaft (Ru 652/1-3).
Beteiligte
Visuelle Aufmerksamkeit bei sportspezifischen Entscheidungsprozessen
Schiedsrichter müssen über einen relativ langen Zeitraum große Aufmerksamkeitsleistungen erbringen. Ziel dieses Projekts ist es, Unterschiede in der selektiven visuellen Aufmerksamkeit zwischen erfahrenen Schiedsrichtern und regelkundigen Sportstudenten mit Hilfe visuell evozierter Potentiale (EEG) und Felder (MEG) zu untersuchen. Dabei liegt der Fokus sowohl auf den frühen Aktivierungen, die in der Regel aufmerksamkeitsunabhängig sind und bottom-up Prozesse widerspiegeln, als auch auf den späten Komponenten, die stark von Kognitionsprozessen beeinflusst werden.
Beteiligte
Kooperationspartner
Daniel Memmert
