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Seitliches Richtungshören über Koinzidenzdetektoren in der oberen Olive (Nucleus olivaris superior)

Wissenschaftsfilm – Nummer 1

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Unser Ohr ist ein sehr intelligentes Sinnesorgan. Es ermöglicht uns nicht nur das bloße auditive Wahrnehmen von unserer Umwelt; wir können Geräusche sogar lokalisieren. Mithilfe des Richtungshörens sind Lage, Entfernung und (im Falle eines sich bewegenden Objektes) Geschwindigkeit abschätzbar. Hinter dieser Fähigkeit verbirgt sich ein ausgeklügeltes System. In unserem heutigen Wissenschaftsfilm wird die Bestimmung der seitlichen Einfallsrichtung von Geräuschen visuell erläutert.

Das binaurale Hören – also das Hören mit beiden Ohren – ist für diese Funktion zwingend notwendig. Hierbei werden Laufzeit- und Pegeldifferenzen ausgewertet. In unserer Animation wird das Gehör zwei unterschiedlichen Schallquellen ausgesetzt: einer »links« und einer »rechts« liegenden. Je nach Herkunft trifft der Schall auf das eine Ohr etwas früher als auf das andere. Dabei treten Laufzeitunterschiede von weniger als einer Millisekunde auf. Nun stellt sich natürlich die Frage, wie die Umsetzung im Wahrnehmungssystem erfolgt.

In unseren beiden Innenohren wird der Schall zunächst in ein elektrisches Signal umgewandelt. Nervenzellen leiten dann über ihre Axone diesen Impuls (in der Animation grün dargestellt) in die obere Olive (Nucleus olivaris superior) in beide Hirnhälften. Dort sind sie mit ganz speziellen Neuronen verschaltet, die immer nur dann aktiviert werden, wenn sie von beiden Quellen gleichzeitig einen synaptischen Input bekommen. Solche Neurone heißen »Koinzidenz-Detektoren«, typische Vertreter dieser langgezogenen Zellen sind in der Mitte der Animation dargestellt.

Der Trick ist nun, dass die Endabschnitte der Axone der Nervenzellen vom nahegelegenen und vom abgewandten Ohr gegenläufig (über eine zusätzliche Schleife) an den in Reihen angeordneten Zielzellen entlang geleitet werden. Je nach Lage der Schallquelle treffen die beiden elektrischen Signale an ganz bestimmten Stellen aufeinander, das heißt die Laufzeitdifferenz wird in eine Ortsinformation umgewandelt. Auf diese Weise kann die Erregung definierter Nervenzellen in der oberen Olive für die Richtungsbestimmung genutzt werden.