9. Vorlesung (ChatGPT): Sinnesphysiologie: Grundlagen: Akustik

Schall entsteht, wenn Luft in Schwingungen versetzt wird.

Quellen:

• Stimmbewegungen (Lippen, Vokaltrakt) bei Mensch & Tier

• Objekte, z. B. • Blätter im Wind • angestoßene Stimmgabel

• Frequenz = Zahl der Zyklen pro Sekunde

• Einheit: Hz (Hertz) → 1 Hz = 1 Zyklus/Sekunde

Physikalische Lautstärke = Schalldruckpegel (SPL) in dB (Dezibel)

• dB = logarithmisches Verhältnis der Druckänderung (Amplitude) zur Referenz

• Referenz: 20 µPa (entspricht Stille)

Beispiel:

Wenn Schall 100× stärker als Referenz:

→ 10 log (100/1) = 20 dB

Weil Lautheit nicht nur von dB abhängt, sondern auch von der Frequenz (Hz).

→ Isophone: Kurven gleicher wahrgenommener Lautstärke, trotz unterschiedlicher Intensität.

Beispiel: Ton C1 ≈ Ton C2 in wahrgenommener Lautstärke.

• Hörschwellenkurve = gerade noch hörbar

• Fühlschwelle = schmerzhaft laut

1. Schall versetzt Trommelfell in Schwingung (Außenohr)

2. Übertragung auf Mittelohr-Knöchelchen: Hammer → Amboss → Steigbügel

3. Steigbügel schlägt gegen das ovale Fenster der Cochlea

4. Basilarmembran in der Cochlea wird in Bewegung versetzt

• Fläche des Steigbügels ≪ Fläche des Trommelfells → Kraft konzentriert sich auf kleinere Fläche

• Ergebnis: ca. 20-fache Verstärkung der Schwingungen am ovalen Fenster

1. Scala vestibuli – mit Perilymphe → erhält Druckwellen vom Steigbügel am ovalen Fenster

2. Scala media – mit Endolymphe → enthält Cortisches Organ (Haarzellen auf Basilarmembran)

3. Scala tympani – mit Perilymphe → Druckausgleich, endet am runden Fenster

• Liegt auf der Basilarmembran in der Scala media

• Bestandteile:

  • innere Haarzellen (afferent, sensorisch)

  • äußere Haarzellen (efferent, motorisch)

  • Stützzellen

• Umgeben von:

  • Tektorialmembran (oben)

  • Basilarmembran (unten)

• Haarzellen sitzen fest in der Basilarmembran

• Ihre Spitzen ragen in die Tektorialmembran hinein

• Stereocilien: Bündel aus Actinfilamenten, durch tip-links verbunden, K⁺-Kanäle enthalten

• Kinocilium: längste Stereocilie

• Funktionelle Unterschiede:

  • Innere Haarzellen = afferent (sensorisch)

  • Äußere Haarzellen = efferent (motorisch)

• Basilarmembran bewegt sich gegen Tektorialmembran → Scherkraft

• Folge: Auslenkung der Cilien

  • Zur Kinocilie → Kanäle öffnen → Erregung (Depolarisation)

  • Von der Kinocilie weg → Kanäle schließen → Hemmung (Hyperpolarisation)

1. Auslenkung zur Kinocilie

2. K⁺-Einstrom → Depolarisation

3. Ca²⁺-Einstrom in den Zellkörper

4. Ausschüttung von Glutamat in synaptischen Spalt

5. Erregung der Folgezelle (EPSP)

→ Bewegung weg von der Kinocilie: Kanäle schließen, Hyperpolarisation

• Jede innere Haarzelle reagiert auf eine bestimmte Frequenz

• Ort auf der Basilarmembran bestimmt Empfindlichkeit:

  • Basis (Beginn): hohe Frequenzen

  • Helicotrema (Spitze): tiefe Frequenzen

• Sind elektromotil: ändern Zelllänge bei Potentialänderung

• Wirkung auf Basilarmembran:

  • lange Zellen → Membran straff → schwache Schwingung (Dämpfung)

  • kurze Zellen → Membran locker → starke Schwingung (Verstärkung)

• Kontrolle durch efferente Fasern aus oberer Olive

• Zerstörung der sensiblen Haarzellen durch zu starke Schallbelastung

• Folge: dauerhafte Hörschädigung, da Haarzellen sich nicht regenerieren

• Elektroden ersetzen die Haarzellen

• Sie stimulieren direkt den Hörnerv in der Cochlea

• Einsatz: wenn Haarzellen zerstört, Nerv aber funktionsfähig

• Hörbahn: bilateral (2-seitig) → Signal wird in beiden Hemisphären verarbeitet

  • stärkere kontralaterale (gegenseitige) Verarbeitung

  • schwächere ipsilaterale (gleichseitige) Verarbeitung

• Sehbahn: eindeutig kontralateral

1. Innere Haarzellen (Cochlea)

2. Hörnerv → Axone enden im Nucleus cochlearis (Pons)

3. Superiorer Olivenkern (Pons) → Beginn bilateraler Verarbeitung

4. Colliculus inferior (Mesencephalon)

5. Corpus geniculatum mediale (Thalamus)

6. Primärer auditorischer Cortex (Telencephalon)

• Lage: Heschl‘scher Gyrus im Temporallappen

• Organisation: tonotopisch → nach Frequenzen (wie schon in der Cochlea)

• Analyse komplexer Laute: Tierstimmen, Sprache, Geräusche

• Verarbeitung von Lautlokalisation

• Wichtig: Sprachverständnis im posterioren Teil

• Wernicke-Aphasie:

  • Sprachverständnis gestört → Fragen werden nicht verstanden

  • Sprachproduktion erhalten, aber sinnlose, verschachtelte Sätze

  • Auch Schreiben/Lesen: Paraphasien (Wortverwechslungen)

• ITD = Zeitunterschied, mit dem ein Schall beide Ohren erreicht

• Beispiel: Schallquelle rechts → erreicht rechtes Ohr zuerst

• Maximalwert: ca. 0,6 ms bei 90° rechts/links

• Vorne: Schall trifft gleichzeitig auf beide Ohren (ITD = 0 ms)

• ILD = Lautstärkeunterschied zwischen beiden Ohren

• Grund: Kopf wirft Schallschatten → abgewandtes Ohr hört den Ton leiser

• Je weiter die Schallquelle in der Mitte liegt → desto kleiner ILD

• Vorne: keine Abschwächung, ILD = 0

• Wo-Pfad (dorsal): Lokalisation → „Wo befindet sich ein Objekt?“

• Was-Pfad (ventral): Objekterkennung → „Was für ein Objekt ist es?“

• Dorsaler Pfad („Wo?“): Lokalisation von Lautquellen (links/rechts)

• Ventraler Pfad („Was?“): Erkennen von Laut-Objekten (z. B. Sprache, Alltagsgeräusche, Akkorde)

• Nachweis: fMRT-Studien → unterschiedliche Aktivierungen bei Lokalisations- vs. Objektaufgaben

• Ventrale Läsion:

  • schlechte Objekterkennung (z. B. Hundebellen, Motorgeräusch)

• Dorsale Läsion:

  • schlechte Lokalisationsleistung von Geräuschen

• Visuell-auditive Illusion: Lippenbewegungen können die Wahrnehmung von Sprachlauten verändern

• Demonstriert: Sehen beeinflusst Hören → auditive Verarbeitung ist multisensorisch

• Gehirn konstruiert eine neue, dritte Silbe

• Beispiel: gehört „ba“ + gesehen „ga“ → wahrgenommen „da“

• Nein → individuelle Unterschiede in der Sensibilität

• Messung: Anteil der „neuen“ Silben aus 100 McGurk-Reizen

• STS (Sulcus temporalis superior)

• Korrelation: höhere Sensibilität = stärkere STS-Aktivierung