Der physikalische Reiz
„Hörfläche“ beim Menschen
- Schmerzen als Schutzfunktion
- Menschen können nur molekulare Schwingungen zwischen ungefähr 20 und 20.000 Hz hören
-> große Bandbreite
- große Sensitivität im mittleren Beriech (Zentrum) der Hörfläche
- die Sprachwahrnehmbarkeit liegt im Zentrum der Hörfläche, da sie evolutionär eine besondere Bedeutung hat
Was sind Geräusche (physikalisch „Schall“)?
- entstehen durch Schwingungen von Luftmolekülen, die das auditorische System stimulieren
Was ist die Hörfläche?
Auflösung des Gehörs -> was wir wahrnehmen können
Was sind Dezibel?
Das Bel (Einheitenzeichen B) ist eine Hilfsmaßeinheit zur Kennzeichnung des dekadischen Logarithmus des Verhältnisses zweier Größen der gleichen Art bei Pegeln und Maßen.
Diese werden in der Elektrotechnik und der Akustik angewendet, beispielsweise bei der Angabe eines Dämpfungsmaßes oder Leistungspegels.
In der Regel wird statt des Bels das Dezibel (Einheitenzeichen dB) verwendet, also der zehnte Teil eines Bels.
Das Bel ist nach Alexander Graham Bell benannt.
db = Intensität (Lautstärke)
Was sind Hertz?
Das Hertz (Einheitenzeichen: Hz) ist die SI-Einheit der Frequenz. Sie gibt die Anzahl sich wiederholender Vorgänge pro Sekunde in einem periodischen Signal an. Die Einheit wurde 1930 nach dem deutschen Physiker Heinrich Hertz benannt.
- Hz = Frequenz (Tonhöhe) -> Schwingungen pro Sekunde
Schallwellen als physikalischer Reiz
- Schall in Form von Wellen -> Schallwellen wandern durch die Luft
- Wahrnehmung der Druckschwankungen
- Wasser: man kann nicht so gut hören, da das Medium Wasser zu Luft unterschiedliche physikalische Eigenschaften hat
-> es muss ein Medium geben, damit Druckwellen ausgebreitet werden (funktioniert nicht im Vakuum) -> Star Wars (im Vakuum kann es keine Musik geben)
- rechts: Zerlegung eines Tons in seine einzelnen Sinustöne
-> Wie gelingt es dem auditiven System, einzelne Objekt voneinander zu trennen?
Was ist eine Amplitude?
Amplitude ist ein Begriff zur Beschreibung von Schwingungen. In Physik und Technik wird die Amplitude definiert als die maximale Auslenkung einer harmonischen Schwingung aus der Lage des arithmetischen Mittelwertes.
- Amplitude: je höher, desto lauter
Was ist eine Frequenz?
Die Frequenz (von lateinisch frequentia ‚Häufigkeit‘; auch Schwingungszahl genannt) ist in Physik und Technik ein Maß dafür, wie schnell bei einem periodischen Vorgang die Wiederholungen aufeinander folgen, z. B. bei einer fortdauernden Schwingung. Die Frequenz ist der Kehrwert der Periodendauer.
- Frequenz: je schneller die Veränderung, desto höher
-> (ein reiner Sinuston kommt so nicht in der Natur vor)
Was versteht man in der Akustik unter Komplexität?
Überlagerung der Schallwellen -> die Summe der Schallwellen kommt im Ohr an
Haarsinneszellen im Innenohr
- Haarsinneszellen sind Mechanosensoren -> Schallwellen sind mechanische Reize
- Transduktion: aus der mechanischen Information wird ein Sensorpotenzial erzeugt
Das auditive System
Anatomie des Ohrs
Funktion Bogengänge
(Vestibularsystem, lateinisch vestibularis, „zum Vorhof gehörend“, von lateinisch Vestibulum, „Vorhof, Eingang, Vorraum“)
Wahrnehmung von Veränderungen des Körpers (Beschleunigungs- und Bewegungsdetektor -> nur die Veränderung des Körpers wird detektiert)
Funktion des Designs des Außenohrs
- das Außenohr ist wie ein Parabolspiegel designt -> Funktion: Schallwellen effektiv auffangen und in den Gehörkanal spiegeln
Aufgabe der Knochen im Mittelohr
Übertragung der mechanischen Druckveränderung vom Trommelfell auf die zweite zweite Membran, welche an die Cochlea angeschlossen ist
Funktion der eustachschen Röhre
gr. „gut“ (eu) und „stehen“ (stathios) enthalten sind. Der Name kann also als „gut aufgestellt, stabil“ „der Standfeste“ gedeutet werden.
- die eustachsche Röhre stellt eine Verbindung des Mittelohrs zum Rachenraum her
Aufbau des Corti-Organs
Haarsinneszellen sind sekundäre Sinneszellen -> wichtig für Transduktion
äußere Haarsinneszellen
- 3 Reihen äußere Haarsinneszellen
- die äußeren Haarsinneszellen sind efferent innerviert (top-down angesteuert) -> bekommen Information vom ZNS
-> modulieren Aktivität des Corti-Organs
-> können die Bewegung modulieren
-> bei starker Bewegung dagegen steuern, damit Haarsinneszellen nicht kaputtgehen bzw. Veränderung verstärken bei kleinem Reiz
Schwerhörigkeit: Verlust der äußeren Haarsinneszellen
innerer Haarzellen
- 1 Reihe innerer Haarzellen -> wichtiger -> das eigentliche Hören
-> afferente Innervation -> transportieren die Information ins ZNS
- die Tektorialmembran wird nicht bewegt -> die durch eine Welle bewegte Basilarmembran bewegt sich relativ zur Tektorialmembran
- auf der Basilarmembran sitzen die Haarzellen
- die Skalen sind flüssigkeitsgefüllt
-> Endolymphe (trägere Flüssigkeit als Wasser) -> Alkohol verdünnt diese Flüssigkeit -> kleine Veränderungen in der Bewegung werden schon als große wahrgenommen
Verarbeitung von Schallwellen
- Rückbewegung der Druckbewegung: Druckausgleich
- je nach Frequenz werden verschiedene Orte auf der Basilarmembran bewegt/verarbeitet
-> spezifische Bereiche erzeugen dann am Ende Aktionspotenziale
-> je höher die Frequenz, desto näher am ovalen Fenster ist die Auslenkung -> je tiefer desto näher am Ende -> Ortskodierung -> diese Prozesse laufen sehr schnell hintereinander ab
-> je höher die Frequenz, desto näher am ovalen Fenster ist die Auslenkung -> Tonotopie (räumliche Kodierung der Tonhöhe)
Auditive Bahnen
- die Cochlea liegt in der Körperperipherie
- kontralaterale und ipsilaterale Verschaltung
- hier: medialer Kniehöcker des Thalamus
Auditive Bahnen im Detail
- oberer Olivenkern: Vorverarbeitung der Richtungsinformation
-> Extraktion von Ortsinformationen -> schon vor dem Neokortex
- cochlear nucleus: reflexhafte Augenbewegungen, die auf einen Ton folgen (automatische/autonome Steuerung)
Richtungshören
- Laufzeitunterschiede (der Schallwellen)
- Jeffress‘ Model: Verschiebung der Koinzidenz: Zusammenhang mit Ort
-> auf der Ebene des Rautenhirns sitzen Koinzidenzdetektoren, welche detektieren, auf welcher Ebene (wann) ein bestimmtes Ereignis gleichzeitig auftritt
-> bereits auf der ersten Ebene im ZNS findet Informationsverarbeitung statt
-> hier: Koinzidenz auf Ebene 3
Kortikale Repräsentation & Pfad
Auditiver Kortex und Projektionen
- Was- und Wo-Pfad fließen am Ende zusammen
Tonotope Organisation (Tonotopie)
- Core (der primäre auditive Kortex) und Belt (der sekundäre auditive Kortex) sind voneinander abgegrenzt
- tonotope Organisation
-> anterior nach posterior
-> die Frequenz ist räumlich repräsentiert
-> spiegelt die Organisationslogik der Basilarmembran wider
Leistungen des auditiven Kortex
Sensorische EKPs bilden die Periodizität ab
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