Tierisches Erbe: Auch der Mensch richtet seine Ohren auf interessante Geräusche

Die zugehörige Publikation ist im Journal „eLife“ erschienen.

Wenn Kinder ihre „Ohren spitzen“ sollen, so ist das eine Aufforderung, jetzt ganz aufmerksam zu sein. Niemand denkt ernsthaft daran, dass sie dabei tatsächlich ihre Ohren aufrichten könnten. Dass sie das dennoch tun, haben nun Forscher und Forscherinnen der „Systems Neuroscience & Neurotechnology Unit“ (SNNU) gezeigt. Das Team um Institutsleiter Prof. Daniel Strauss wies nach, dass die Muskeln rund um das Ohr aktiv werden, sobald neuartige, auffällige oder aufgabenrelevante Reize wahrgenommen werden. „Dabei spiegelt die elektrische Aktivität der Ohrmuskeln die Richtung wider, in die der Mensch seine Aufmerksamkeit beim Hören richtet“, sagt der Neurowissenschaftler und Informatiker. „Der Mensch hat höchstwahrscheinlich ein rudimentäres Orientierungssystem beibehalten, das die Bewegung seiner Ohrmuscheln zu kontrollieren versucht, und das als ‚neurales Fossil‘ im Gehirn seit etwa 25 Millionen Jahren fortbesteht“, erläutert Strauss. Warum das Ausrichten der Ohren in der Primatenkette verloren gegangen ist, sei bisher nicht vollständig geklärt.

Die Steuersignale für die winzigen, im Allgemeinen nicht sichtbaren Ohrbewegungen konnten die Wissenschaftler mittels Oberflächen-Elektromyogrammen nachweisen: Dabei zeichnen Sensoren, die auf die Haut geklebt werden, die elektrische Aktivität der Muskeln auf, die die Ohrmuschel bewegen oder ihre Form verändern. Untersucht wurden zwei Arten von Aufmerksamkeit: Zur Beurteilung der reflexiven Aufmerksamkeit, die automatisch durch unerwartete Geräusche auftritt, wurden die Teilnehmer durch neuartige Geräusche von verschiedenen seitlichen Positionen überrascht, während sie damit beschäftigt waren, einen eintönigen Text zu lesen. Um die zielorientierte Aufmerksamkeit zu testen, wie sie beispielsweise beim aktiven Zuhören auftritt, sollten die Probanden eine Kurzgeschichte von einem seitlichen Sprecher anhören und eine „konkurrierende“ Geschichte auf der gegenüberliegenden Seite ignorieren. Beide Versuchsanordnungen kamen zu dem Ergebnis, dass die Bewegungen der rudimentären Muskeln im menschlichen Ohr die Richtung der Geräusche anzeigen, auf die eine Person achtet.

Um die winzigen Ohrbewegungen näher zu charakterisieren, wurden zusätzlich spezielle, hochauflösende Videoaufzeichnungen der Versuchspersonen während der Experimente gemacht. Anschließend wurden die subtilen Ohrbewegungen per Computer in den Videos vergrößert und damit sichtbar gemacht. Je nach Art des Reizes gelang es den Wissenschaftlern auf diese Weise, unterschiedliche Aufwärtsbewegungen des Ohres sowie unterschiedlich starke Rückwärtsbewegungen der Seitenkante der Ohrmuschel zu beobachten.

„Unsere Ergebnisse zeigen, dass es mit dem Elektromyogramm der Ohrmuskeln eine einfache Methode zur Erfassung der auditorischen Aufmerksamkeit gibt. Sie kann nicht nur in der Grundlagenforschung eingesetzt werden, sondern es ergeben sich auch interessante Anwendungen“, erklärt Prof. Daniel Strauss. Eine dringend benötigte praktische Anwendung sei beispielsweise die Entwicklung besserer Hörgeräte: „Diese könnten die Geräusche, die der Träger zu hören versucht, verstärken, während sie die Geräusche, die er zu ignorieren versucht, unterdrücken. Damit würde die Funktion der Geräte quasi der Hörintention des Nutzers folgen.“ Ein solches Hörgerät könnte die elektrische Aktivität der Ohrmuskeln blitzschnell erfassen und deuten. Ein Miniatur-Bordcomputer könnte die Richtung abschätzen, in die sich die Ohren zu orientieren versuchen, und die Verstärkung der Richtmikrofone entsprechend anpassen.

Die Studie wurde von Forschern und Forscherinnen der „Systems Neuroscience & Neurotechnology Unit“ (SNNU) erstellt, die sowohl zur Medizinischen Fakultät der Universität des Saarlandes als auch zur Ingenieurwissenschaftlichen Fakultät der Hochschule für Technik und Wirtschaft des Saarlandes gehört. Externe Kooperationspartner sind Dr. Ronny Hannemann von der Hörgerätefirma Sivantos GmbH sowie der Psychologe Prof. Dr. Steven A. Hackley von der University of Missouri-Columbia, der im Jahr 2015 die Existenz dieses rudimentären Systems zur Ohrenausrichtung beim Menschen postulierte.

Link zur Publikation:
Daniel J. Strauss, Farah I. Corona-Strauss, Andreas Schroeer, Philipp Flotho, Ronny Hannemann, Steven A. Hackley: "Vestigial auriculomotor activity indicates the direction of auditory attention in humans”. DOI: 10.7554/eLife.54536
eLife-Digest: https://elifesciences.org/digests/54536/perk-up-your-ears

Die interinstitutionelle „Systems Neuroscience & Neurotechnology Unit“ (SNNU) leitet derzeit eine Vielzahl von nationalen und internationalen Forschungsprojekten im Grenzbereich von Neurowissenschaft und Technik. Die Anwendungsfelder reichen von der Medizin bis zur Optimierung der Mensch-Technik-Interaktion. www.snnu.uni-saarland.de/

Fragen beantwortet:
Prof. Dr. rer. nat. Dr. rer. med. habil. Daniel J. Strauss
Systems Neuroscience & Neurotechnology Unit (SNNU)
Saarland University, Faculty of Medicine
Tel.: +49-6841-1624090
E-Mail: daniel.strauss@uni-saarland.de
www.snnu.uni-saarland.de
 

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