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Grafik einer aufgezeichneten Schallwelle. Bildnachweis: Antje Ihlefeld (CC BY 4.0)
Die Fähigkeit, Geräusche zu lokalisieren, hilft uns, die Welt um uns herum zu verstehen. Das Gehirn berechnet die Schallrichtung, indem es die Zeiten vergleicht, zu denen der Schall das linke und das rechte Ohr erreicht. Dieser Cue wird als interaural Time Difference oder kurz ITD bezeichnet. Aber wie genau das Gehirn diese Informationen entschlüsselt, ist noch unbekannt.
Das Gehirn enthält Nervenzellen, die jeweils maximale Aktivität als Reaktion auf eine bestimmte ITD zeigen. Eine Idee ist, dass diese Nervenzellen im Gehirn wie eine Karte von links nach rechts angeordnet sind und dass das Gehirn diese Karte dann verwendet, um die Schallrichtung abzuschätzen. Dies ist als Jeffress-Modell bekannt, nach dem Wissenschaftler, der es zuerst vorgeschlagen hat. Es gibt einige Hinweise darauf, dass Vögel und Alligatoren tatsächlich ein solches System verwenden, um Geräusche zu lokalisieren, aber bei Säugetieren wurde noch keine solche Karte von Nervenzellen identifiziert. Eine alternative Möglichkeit ist, dass das Gehirn Aktivität über Gruppen von ITD-sensitiven Nervenzellen vergleicht. Eine der ältesten und einfachsten Möglichkeiten, dies zu messen, besteht darin, die Nervenaktivität in der linken und rechten Gehirnhälfte zu vergleichen. Dieses Modell wird als hemisphärisches Differenzmodell bezeichnet.
Durch die Analyse von Daten aus veröffentlichten Studien entdeckten Ihlefeld, Alamatsaz und Shapley, dass diese beiden Modelle entgegengesetzte Vorhersagen über die Auswirkungen des Volumens treffen. Das Jeffress-Modell sagt voraus, dass die Lautstärke eines Tons die Fähigkeit einer Person, ihn zu lokalisieren, nicht beeinflusst. Im Gegensatz dazu sagt das hemisphärische Differenzmodell voraus, dass sehr weiche Töne zu systematischen Fehlern führen, so dass für dieselbe ITD weichere Töne näher nach vorne wahrgenommen werden als lautere Töne. Um dies weiter zu untersuchen, baten Ihlefeld, Alamatsaz und Shapley gesunde Freiwillige, Geräusche unterschiedlicher Lautstärke zu lokalisieren. Die Freiwilligen neigten dazu, leisere Geräusche falsch zu lokalisieren und glaubten, dass sie näher an der Mittellinie des Körpers lagen, als sie tatsächlich waren, was mit den Vorhersagen des Jeffress-Modells nicht vereinbar ist.
Diese neuen Erkenntnisse zeigen auch wichtige Parallelen zur Verarbeitung im visuellen System auf. Visuelle Bereiche des Gehirns schätzen, wie weit ein Objekt entfernt ist, indem Sie die Eingabe vergleichen, die die beiden Augen erreicht. Aber diese Schätzungen sind auch systematisch weniger genau für kontrastarme Reize als für kontrastreiche, ebenso wie die Schalllokalisierung für weichere Töne weniger genau ist als für lautere. Die Idee, dass das Gehirn dieselbe grundlegende Strategie verwendet, um sowohl Sehenswürdigkeiten als auch Geräusche zu lokalisieren, erzeugt eine Reihe von Vorhersagen, die zukünftige Studien testen können.