Hören – mehr als nur Schall und Schwingung

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Hören ist der schnellste Sinn und funktioniert mit wenig Input. Aus Schwingungen der Trommelfelle konstruiert das Gehirn eine reichhaltige akustische Welt. Geräusche, Sprache oder Musik verarbeitet es dabei unterschiedlich.

Wissenschaftliche Betreuung: Manfred Kössl

Veröffentlicht: 27.07.2012

Das Wichtigste in Kürze
  • Das Gehör konstruiert aus minimalem mechanischen Input die komplexe Welt des Akustischen.
  • Die Ohrmuschel sammelt Schallschwingungen, die vom Außenohr ins Mittelohr gelangen. Schallwellen lenken am Ende des Gehörgangs das Trommelfell aus, das wiederum Gehörknöchelchen in Schwingung versetzt. Die Hörschnecke im Innenohr wandelt dieses mechanische Ereignis in neuronale Impulse um, die dann die Hörbahn entlangrasen und letztlich in die Hörrinde gelangen
  • Unterschiedliche Gruppen von Neuronen verarbeiten hohe und tiefe Frequenzen und so können bloße Geräusche, Musik und Sprache unterschieden werden.

Mittelohrraum

Mittelohr/Auris media/middle ear

Mit dem Trommelfell beginnt das Mittelohr. Dort übertragen die Gehörknöchelchen Hammer, Amboss und Steigbügel die Vibration der Schallwelle über das runde Fenster an das Innenohr. Das Mittelohr ist luftgefüllt.

Trommelfell

Trommelfell/Membrana tympani/eardrum

Eine dünne Membran am Ende des Gehörgangs, die durch Schallwellen in Vibration versetzt wird. Das Trommelfell bildet den Übergang vom Außenohr zum Mittelohr, es ist ca 0,1 mm dick und maximal 10 mm im Durchmesser. Anders als der Name vermuten lässt, ist es trichterförmig.

Gehörknöchelchen

Gehörknöchelchen/-/ossicles

Die drei sich im Mittelohr befindlichen Knochen Steigbügel (Stapes), Hammer (Malleus) und Amboss (Incus) werden als Gehörknöchelchen bezeichnet. Es handelt sich dabei um die kleinsten Knochen im menschlichen Körper. Sie übertragen mechanisch die Schallwellen vom Trommelfell zur Hörschnecke (Cochlea).

Cochlea

Cochlea/-/cochlea

Die Cochlea (Hörschnecke) ist der Teil des Innenohres, in dem sich das Cortische Organ befindet, welches für die Umwandlung akustischer Signale in Nervenimpulse zuständig ist.

Hörbahn

Hörbahn/-/auditory pathway

Als Hörbahn werden die Nervenfasern bezeichnet, die die akustische Information vom Innenohr zum primären auditorischen Cortex leiten. Beim Menschen besteht die Hörbahn aus fünf Schaltstellen: Spiralganglion, den Hörkernen im Hirnstamm, dem Colliculus inferior, dem Corpus geniculatum mediale des Thalamus und dem primären auditorischen Cortex.

Neuron

Neuron/-/neuron

Das Neuron ist eine Zelle des Körpers, die auf Signalübertragung spezialisiert ist. Sie wird charakterisiert durch den Empfang und die Weiterleitung elektrischer oder chemischer Signale.

Stellen Sie sich folgende Situation vor: Am Ufer eines Sees hat ein Kind vom Wasser her zwei schmale Kanäle gegraben – etwa einen Meter lang und einige Zentimeter breit. Die Wasseradern sind rund einen Meter voneinander entfernt und auf ihrer Oberfläche schwimmt jeweils ein kleines Boot, sanft gewogen von den Wellen des Sees. Sie selbst sitzen in der Mitte zwischen den Kanälen und haben eine Aufgabe: Allein anhand der schwankenden Miniboote sollen sie erschließen, was auf dem See los ist, wie viele Wasserfahrzeuge sich etwa darauf befinden und wo. Völlig unmöglich, werden Sie denken. Und doch halten Sie es für selbstverständlich, dass Sie in einem Raum heraushorchen können, wo sich einzelne Sprecher befinden.

Beide Situationen sind durchaus vergleichbar: Auch beim Hören erhalten wir nur die Informationen der Trommelfelle im linken und rechten Ohr, die durch von menschlichen Stimmen erzeugte Schallwellen schwingen. Aus diesen Schwingungen vermag das Gehirn eine komplexe akustische Welt zu rekonstruieren. Und das Gehör informiert nicht nur darüber, wo sich eine Schallquelle befindet und ob es sich beispielsweise um einen Menschen oder eine laute Verkehrsstraße handelt. Das Gehirn verarbeitet die unterschiedlichsten Schallinformationen, vom Rauschen der Blätter bis zur Stimme eines geliebten Menschen – und verknüpft sie mit Erfahrungswerten und Emotionen oder auch mit anderen Sinneseindrücken.

Beim Schall selbst handelt es sich physikalisch gesehen um nichts anderes als Schwankungen des Luftdrucks. Im Weltall ist es daher mucksmäuschenstill, denn im Vakuum gibt es keine Druckschwankungen. Effektvoll laute Explosionen in Science-​Fiction-​Filmen sind also nur eine Erfindung Hollywoods. Was hört man eigentlich?. Je nachdem, ob sich der Schall in langsamen oder schnellen Wellen bewegt, empfinden wir ihn als tiefen oder hohen Ton. Die Frequenz, ausgedrückt in Hertz (Hz), ist das Maß für die Anzahl der Schwingungen pro Sekunde. Das menschliche Ohr hört Frequenzen zwischen 20 und 20.000 Hz. Die Schreie der Fledermaus beispielsweise sind meist zu hoch, weshalb sie sich unserer Wahrnehmung entziehen.

Emotionen

Emotionen/-/emotions

Unter „Emotionen“ verstehen Neurowissenschaftler psychische Prozesse, die durch äußere Reize ausgelöst werden und eine Handlungsbereitschaft zur Folge haben. Emotionen entstehen im limbischen System, einem stammesgeschichtlich alten Teil des Gehirns. Der Psychologe Paul Ekman hat sechs kulturübergreifende Basisemotionen definiert, die sich in charakteristischen Gesichtsausdrücken widerspiegeln: Freude, Ärger, Angst, Überraschung, Trauer und Ekel.

Ohr

Ohr/Auris/ear

Das Ohr ist nicht nur das Organ des Hörens, sondern auch des Gleichgewichts. Unterschieden werden das äußere Ohr mit Ohrmuschel und äußerem Gehörgang, das Mittelohr mit Trommelfell und den Gehörknöchelchen sowie das eigentliche Hör– und Gleichgewichtsorgan, das Innenohr mit der Gehörschnecke (Cochlea) und den Bogengängen.

Wahrnehmung

Wahrnehmung/Perceptio/perception

Der Begriff beschreibt den komplexen Prozess der Informationsgewinnung und –verarbeitung von Reizen aus der Umwelt sowie von inneren Zuständen eines Lebewesens. Das Gehirn kombiniert die Informationen, die teils bewusst und teils unbewusst wahrgenommen werden, zu einem subjektiv sinnvollen Gesamteindruck. Wenn die Daten, die es von den Sinnesorganen erhält, hierfür nicht ausreichen, ergänzt es diese mit Erfahrungswerten. Dies kann zu Fehlinterpretationen führen und erklärt, warum wir optischen Täuschungen erliegen oder auf Zaubertricks hereinfallen.

Vom Außenohr zum Gehirn

Den Schall zu sammeln ist die Aufgabe der Ohrmuschel des Außenohrs. Sie bildet eine Art Trichter und leitet die Schwingungen in den Gehörgang, von wo aus sie ins Mittelohr gelangen. Hören. Schallwellen treffen am Ende des Gehörgangs auf das Trommelfell und lenken es aus, so dass dieses seinerseits die drei Gehörknöchelchen in Schwingung versetzt. Die Hörschnecke, die Cochlea im Innenohr, wandelt den mechanischen Input schließlich in neuronale Impulse um, die dann die Hörbahn entlangrasen. Vom einfachen Wackeln zur wunderbaren Vielfalt der Klänge. Das Signal wird auf diesem Weg zu verschiedenen Kernen im Hirnstamm geleitet – eine Art Verteilerstation, von der aus parallele Signalwege verlaufen. Ziemlich am Ende der Hörbahn projiziert der Thalamus die Information in die primäre Hörrinde im Schläfenlappen. Diesem „Hörzentrum“ haben wir es vor allem zu verdanken, dass wir die akustische Vielfalt der Welt überhaupt bewusst wahrnehmen.

Doch was macht den kleinen, aber entscheidenden Unterschied aus, ob die Neuronen im Oberstübchen gerade einen Beatles-​Song oder Liebesschwüre des Partners verarbeiten? Jeweils unterschiedliche Gruppen von Neuronen in der Hörrinde sprechen auf verschiedene Frequenzen an. Vom Laut zum Wort. Und Geräusche haben jeweils ein ganz charakteristisches Frequenzspektrum. Die menschliche Sprache beispielsweise bewegt sich im Bereich von 80 Hz bis 12 kHz. Und während Musik oder Hintergrundgeräusche ein Gemisch aus verschiedenen Frequenzen darstellen, besitzt jede Stimme ihre typische Frequenz. Das nutzt die Hörrinde quasi zum Vorsortieren: Sie unterscheidet menschliche Worte von anderen akustischen Quellen und leitet solche Information an andere Neuronengruppen und Hirnareale weiter, als das Dröhnen eines Presslufthammers oder den Klang einer Beethoven-​Sonate.

Gerade das Beispiel Musik zeigt, wie vielfältig unser Denkorgan Töné verarbeitet. Lauschen wir einer Melodie, so stellt der Hörcortex nur die Eingangsstelle für die Informationen dar. Darüber hinaus treten dann viele weitere Gehirnareale in Aktion, die Erfahrungen und Assoziationen verarbeiten. Welche das sind und in welchem Maße, ist individuell verschieden. Lauschen wir etwa einem Streichquartett, verknüpft das Hirn die akustische Information auch mit dem optischen Bild von Geigern und Cellisten, das wir im Gedächtnis gespeichert haben, sowie mit Emotionen und Erinnerungen, die wir mit der Musik verbinden. Kein Wunder also, wenn Musik einem wohlige Schauer über den Rücken laufen lässt oder Tränen in die Augen treibt, oder Teenager beim Konzert ihrer Lieblingsband überschäumen vor Glück.

Doch das Hören ist nicht nur zum Vergnügen da, sondern hat ganz praktische, teilweise überlebenswichtige Bedeutung für Mensch und Tier. Ohne das Knacken eines Asts zu hören, das ein Fressfeind in der Nähe verursacht, würde es so manchem Lebewesen schlecht ergehen. Und auch damit wir nicht buchstäblich unter die Räder eines Autos geraten, müssen wir Schall orten. Hierfür greift das Gehör auf einen Trick zurück: Es wertet bei hohen Tönen die Differenz der Intensität aus, mit der das Geräusch an beiden Ohren ankommt. Bei tiefen Frequenzen kalkuliert es die Zeitdifferenz mit ein, die der Schall beansprucht, um das von der Reizquelle weiter entfernte Ohr zu erreichen. Die erstaunlichen Fähigkeiten unseres Gehörs.

Mittelohrraum

Mittelohr/Auris media/middle ear

Mit dem Trommelfell beginnt das Mittelohr. Dort übertragen die Gehörknöchelchen Hammer, Amboss und Steigbügel die Vibration der Schallwelle über das runde Fenster an das Innenohr. Das Mittelohr ist luftgefüllt.

Trommelfell

Trommelfell/Membrana tympani/eardrum

Eine dünne Membran am Ende des Gehörgangs, die durch Schallwellen in Vibration versetzt wird. Das Trommelfell bildet den Übergang vom Außenohr zum Mittelohr, es ist ca 0,1 mm dick und maximal 10 mm im Durchmesser. Anders als der Name vermuten lässt, ist es trichterförmig.

Gehörknöchelchen

Gehörknöchelchen/-/ossicles

Die drei sich im Mittelohr befindlichen Knochen Steigbügel (Stapes), Hammer (Malleus) und Amboss (Incus) werden als Gehörknöchelchen bezeichnet. Es handelt sich dabei um die kleinsten Knochen im menschlichen Körper. Sie übertragen mechanisch die Schallwellen vom Trommelfell zur Hörschnecke (Cochlea).

Cochlea

Cochlea/-/cochlea

Die Cochlea (Hörschnecke) ist der Teil des Innenohres, in dem sich das Cortische Organ befindet, welches für die Umwandlung akustischer Signale in Nervenimpulse zuständig ist.

Hörbahn

Hörbahn/-/auditory pathway

Als Hörbahn werden die Nervenfasern bezeichnet, die die akustische Information vom Innenohr zum primären auditorischen Cortex leiten. Beim Menschen besteht die Hörbahn aus fünf Schaltstellen: Spiralganglion, den Hörkernen im Hirnstamm, dem Colliculus inferior, dem Corpus geniculatum mediale des Thalamus und dem primären auditorischen Cortex.

Hirnstamm

Hirnstamm/Truncus cerebri/brainstem

Der „Stamm“ des Gehirns, an dem alle anderen Gehirnstrukturen sozusagen „aufgehängt“ sind. Er umfasst – von unten nach oben – die Medulla oblongata, die Pons und das Mesencephalon. Nach unten geht er in das Rückenmark über.

Thalamus dorsalis

Thalamus dorsalis/Thalamus dorsalis/thalamus

Der Thalamus ist die größte Struktur des Zwischenhirns und ist oberhalb des Hypothalamus gelegen. Der Thalamus gilt als „Tor zum Bewusstsein“, da seine Kerne Durchgangstation für sämtliche Information an den Cortex (Großhirnrinde) sind. Gleichzeitig erhalten sie auch viele kortikale Eingänge. Die Kerne des Thalamus werden zu Gruppen zusammengefasst.

Temporallappen

Temporallappen/Lobus temporalis/temporal lobe

Der Temporallappen ist einer der vier großen Lappen des Großhirns. Auf Höhe der Ohren gelegen erfüllt er zahlreiche Aufgaben – zum Temporallappen gehören der auditive Cortex genauso wie der Hippocampus und das Wernicke-​Sprachzentrum.

Neuron

Neuron/-/neuron

Das Neuron ist eine Zelle des Körpers, die auf Signalübertragung spezialisiert ist. Sie wird charakterisiert durch den Empfang und die Weiterleitung elektrischer oder chemischer Signale.

Auditorischer Cortex

Auditorischer Cortex/-/auditory cortex

Der auditorische Cortex ist ein Teil des Temporallappens, der mit der Verarbeitung akustischer Signale befasst ist. Er unterteilt sich in primäre und sekundäre Hörrinde.

Gedächtnis

Gedächtnis/-/memory

Gedächtnis ist ein Oberbegriff für alle Arten von Informationsspeicherung im Organismus. Dazu gehören neben dem reinen Behalten auch die Aufnahme der Information, deren Ordnung und der Abruf.

Emotionen

Emotionen/-/emotions

Unter „Emotionen“ verstehen Neurowissenschaftler psychische Prozesse, die durch äußere Reize ausgelöst werden und eine Handlungsbereitschaft zur Folge haben. Emotionen entstehen im limbischen System, einem stammesgeschichtlich alten Teil des Gehirns. Der Psychologe Paul Ekman hat sechs kulturübergreifende Basisemotionen definiert, die sich in charakteristischen Gesichtsausdrücken widerspiegeln: Freude, Ärger, Angst, Überraschung, Trauer und Ekel.

Auge

Augapfel/Bulbus oculi/eye bulb

Das Auge ist das Sinnesorgan zur Wahrnehmung von Lichtreizen – von elektromagnetischer Strahlung eines bestimmten Frequenzbereiches. Das für den Menschen sichtbare Licht liegt im Bereich zwischen 380 und 780 Nanometer.

Ohr

Ohr/Auris/ear

Das Ohr ist nicht nur das Organ des Hörens, sondern auch des Gleichgewichts. Unterschieden werden das äußere Ohr mit Ohrmuschel und äußerem Gehörgang, das Mittelohr mit Trommelfell und den Gehörknöchelchen sowie das eigentliche Hör– und Gleichgewichtsorgan, das Innenohr mit der Gehörschnecke (Cochlea) und den Bogengängen.

Das Leben beginnt aufzuhorchen

Die überlebenswichtige Fähigkeit, Schall zu verarbeiten, entwickelte sich erst allmählich im Verlauf der Evolution. Frühe Lebewesen, die das Wasser und später auch das Land bewohnten, verfügten noch über kein Gehör. Schall konnten sie nur in Form von Wasser– oder Bodenvibrationen wahrnehmen. Die ersten kieferlosen Fische etwa hatten dafür ein so genanntes Seitenlinienorgan, in dem Haarzellen lokale Wasserbewegungen detektierten und die Fische bei der Orientierung im Wasser unterstützte. Daraus entwickelte sich das Innenohr der Wirbeltiere mit der Hörschnecke und dem Gleichgewichtsorgan. Letzteres ist – wie der Name schon sagt – unverzichtbar, um in verschiedenen Lebenssituationen die Balance zu halten. Ein Labyrinth fürs Gleichgewicht. Bei modernen Knochenfischen hat sich ein Teil des Gleichgewichtssystems zum Hörorgan entwickelt. Es enthält die so genannten Hörsteine, feine Karziumkristalle, die auf Schallvibration reagieren und diese Information an die Haarzellen weiterleiten. Tierisches Gehör.

Gleichzeitig mit der Entwicklung des Gehörs hat bei den Vorfahren der Säugetiere vermutlich das Gehirn stark an Volumen gewonnen. Immerhin musste es nun weit mehr Eindrücke von der Umwelt verarbeiten.

Haarzellen

Haarzellen/-/hair cells

Sinneszellen des Innenohres, die sich im Corti-​Organ und in den Bogengängen befinden. Die Haarzellen sind für die Transduktion (Umwandlung) der Schwingungen in elektrische Potentiale zuständig. Jede dieser Sinneszellen besitzt ca. 100 unterschiedliche lange, haarähnliche Ausstülpungen, die Stereozilien. Diese sind miteinander verbunden. Die Bewegung dieser Stereozilien durch die Schwingungen ist der eigentliche Schlüssel in der Signaltransduktion der Haarsinneszellen.

Cochlea

Cochlea/-/cochlea

Die Cochlea (Hörschnecke) ist der Teil des Innenohres, in dem sich das Cortische Organ befindet, welches für die Umwandlung akustischer Signale in Nervenimpulse zuständig ist.

Vestibularapparat

Vestibularapparat/Organon vestibulare/vestibular organ

Das Gleichgewichtsorgan ist Teil des Innenohres. Es hat seine Sensoren in den Bogengängen. Als Teil des Gleichgewichtssystems spürt er kreisförmige Umdrehungen (Rotationen), Beschleunigung und Schwerkraft (Gravitation) auf.


Schon Föten sperren die Lauscher auf

Ein klein wenig schneller als in den Zeiträumen der Evolution bildet sich das Gehör heutzutage bei neuen Erdenbürgern aus. Ungefähr ab der 23. Schwangerschaftswoche lassen sich erste Reaktionen des Fötus auf akustische Reize feststellen, unter anderem eine erhöhte Pulsfrequenz. Im letzten Schwangerschaftsdrittel können Föten hören – vor allem die Stimme der Mutter. Kein Wunder, dass sie direkt nach der Geburt deren Klang bevorzugen. Besonders im ersten Lebensjahr verläuft die Entwicklung rasant. Sind Neugeborene noch kaum in der Lage, hohe Frequenzen zu hören, nehmen bereits sechs Monate alte Säuglinge fast das gesamte akustische Spektrum des menschlichen Ohrs wahr.

Für hohe Töné haben nicht nur Neugeborene kein allzu offenes Ohr, sondern oft auch Menschen mit einem Tinnitus. Klingeln im Ohr. Statt von außen kommen hier die qualvollen Geräusche von innen – und meist sind sie nicht mal objektiv wahrnehmbar. Seinen Ursprung nimmt der Tinnitus oftmals durch Schäden im Innenohr, etwa durch ein Schalltrauma. Doch wie immer mehr Wissenschaftler glauben, ist für das anhaltende, nervtötende Pfeifen ist nicht das Gehör an sich, sondern vielmehr das Gehirn verantwortlich.

Übermäßiger oder lang anhaltender Lärm kann aber nicht nur Tinnitus auslösen, sondern auch sonst die seelische und körperliche Gesundheit schädigen. Voll auf die Ohren. Es macht also durchaus Sinn, das Gehör ein wenig zu schonen. Denn solange es einwandfrei funktioniert, macht das Gehör aus dem Input simpler Luftdruckschwankungen erstaunlich viel – und bereichert unser Sinneserleben durch die phantastische Vielfalt des Klangs.

Ohr

Ohr/Auris/ear

Das Ohr ist nicht nur das Organ des Hörens, sondern auch des Gleichgewichts. Unterschieden werden das äußere Ohr mit Ohrmuschel und äußerem Gehörgang, das Mittelohr mit Trommelfell und den Gehörknöchelchen sowie das eigentliche Hör– und Gleichgewichtsorgan, das Innenohr mit der Gehörschnecke (Cochlea) und den Bogengängen.

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