Besser hören durch Hirnstimulation

Sobald ein Klang – etwa eine Stimme oder ein Lied – auf unser Ohr trifft, wird die Schallwelle in ein elektrisches Signal umgewandelt und an das Gehirn weitergeleitet. Dort werden bestimmte Nervenzellen mit dem elektrischen Signal, das von den Ohren kommt, synchronisiert, sie schalten sich also im Rhythmus der Klänge ein und aus. Die Synchronisierung von Gehirn und Umwelt ist wichtig, damit wir uns einen Reim auf die Geräusche in unserer Umgebung machen können. Je erfolgreicher sich beispielsweise unsere Hirnrhythmen mit den Rhythmen der Sprache synchronisieren, desto besser verstehen wir die sprechende Person, und desto genauer können wir ihre Stimme aus den Hintergrundgeräuschen heraushören. Insbesondere mit zunehmendem Alter fällt es uns schwer, jemandem in einer lauten Geräuschkulisse beim Sprechen zuzuhören. Gerade dieses Problem könnte eventuell gelindert werden, wenn wir einen Weg finden, die Synchronität zwischen Gehirn und Umwelt zu verbessern.

Eine vielversprechende Technik, um das zu erreichen, ist die sogenannte transkranielle Wechselstromstimulation. Bei dieser Technik wird mittels Elektroden ein schwacher elektrischer Strom an die Außenseite des Kopfs angelegt. Die Technik ist vollkommen ungefährlich und die Stimulation in der Regel überhaupt nicht zu spüren. Es hat sich gezeigt, dass sich die elektrische Strömung mit den Hirnrhythmen verknüpfen kann und dadurch das natürliche Timing und die Form der Hirnrhythmen verändert. In einer Reihe von Studien wurde bereits getestet, ob mittels dieser Technik eine bessere Synchronisation von Klangrhythmen und Hirnrhythmen erreicht werden kann. Die bisherigen Ergebnisse sind jedoch inkonsistent. Zwischen den Rhythmen im Gehirn und den Rhythmen in der Umwelt gibt es eine Zeitverzögerung, die für jeden einzelnen Menschen ganz spezifisch ist. Daher müssen wir zunächst die Zeitverzögerung zwischen Gehirn und Klang bei einer Person kennen, um die Stimulation richtig auf ihre Hirnrhythmen ausrichten zu können.

Ein Problem dabei: Die mögliche Verbesserung der Synchronität zwischen Gehirn und Umwelt basierte bisher auf der ungeprüften Annahme, dass die Synchronität zwischen Gehirn und Umwelt von einem Tag auf den anderen gleich bleibt. Tatsächlich wurde bisher nicht experimentell getestet, ob Hirnrhythmen mit Klangrhythmen von einem Tag auf den anderen auf exakt die gleiche Weise synchronisiert sind. Das ist überraschend, da dies eine der wichtigsten Voraussetzungen dafür ist, um die elektrische Stimulation für die Verbesserung der Synchronität zwischen Gehirn und Umwelt nutzen zu können.

Ein vielversprechendes Ergebnis

In unserer Studie luden wir Teilnehmer zu zwei getrennten Sitzungen ein und maßen jeweils die Synchronität von Gehirn und Umwelt mittels Elektroenzephalografie (EEG). Die Zeit zwischen den Sitzungen variierte zwischen zwei und 42 Tagen. Wir maßen die Hirnaktivität der Teilnehmer, während diese Klangrhythmen hörten, und stellten dabei ihre Aufmerksamkeit sicher, indem wir sie baten, auf schwer zu erkennende stille Stellen in den Klängen zu achten, die sie hörten. Zusätzlich zur Quantifizierung der Synchronität zwischen Gehirn und Umwelt testeten wir, welche Gehirnzustände mit guten Leistungen bei der Erkennung der stillen Stellen verbunden waren. Hier verwendeten wir das Erkennen kurzer stiller Stellen als Zielaufgabe. Denn genau das machen Zuhörer, wenn sie zum Beispiel den Unterschied zwischen einem „b“ und einem „p“ erkennen. Wir entdeckten, dass die Synchronität zwischen Gehirn und Umwelt äußerst zuverlässig ist: Die Zeitverzögerung zwischen Hirnrhythmen und Klangrhythmen ist für einen einzelnen Menschen selbst nach einem Monat stabil. Das ist eine vielversprechende Nachricht für den gezielten Einsatz der transkraniellen Wechselstromstimulation zur Verbesserung der Synchronität von Gehirn und Umwelt.

Wir entdeckten außerdem, dass die Hirnzustände, die zur erfolgreichen Erkennung der kurzen stillen Stellen führen, aus zwei verschiedenen Arten von Hirnrhythmen zusammengesetzt sind. Erstens hängt die erfolgreiche Wahrnehmung von den Hirnrhythmen ab, die tatsächlich mit den Klangrhythmen synchronisiert sind (und zwar mit einer Taktung von zwei Zyklen pro Sekunde oder, musikalisch ausgedrückt, 120 Schlägen pro Minute). Zweitens hängt eine erfolgreiche Wahrnehmung auch von einem Hirnrhythmus ab, der nicht mit den Klängen synchronisiert ist – dem sogenannten Alpha-Rhythmus, der mit der Aufmerksamkeit verbunden ist. Die beiden Hirnrhythmen wirken zusammen und bestimmen, wie erfolgreich wir hören. Diese Beobachtung ist ein wichtiger Durchbruch, der darauf hindeutet, dass die Verbesserung der Synchronität von Gehirn und Umwelt durch die Stimulation möglicherweise nicht ausreicht, um das Hören in lauten Geräuschkulissen zu verbessern.

Den Ansatz wirksamer machen Das Projekt ist noch nicht abgeschlossen. Wir verwenden derzeit funktionelle Magnetresonanztomografie (fMRI), ein bildgebendes Verfahren zur Untersuchung des Gehirns, um Informationen über die Hirnanatomie einzelner Menschen zu sammeln. Mithilfe dieser Kenntnisse wollen wir dann genauer bestimmen, wo wir Elektroden auf der Kopfhaut anbringen sollten, damit die Stimulation ihr neurales Ziel erreicht. Wir sind überzeugt, dass sich durch einen individualisierten Ansatz die Wirksamkeit der transkraniellen Wechselstromstimulation steigern lässt. Damit könnten wir eine Möglichkeit schaffen, die Reaktion des Gehirns auf Klänge zu beeinflussen und damit insbesondere im höheren Alter das Hörvermögen zu verbessern.

Literaturhinweise