Illinois Science Council

Es ist Montagmorgen und Sie sind dabei, Ihren Bus zur Arbeit zu nehmen. Du hast es ein bisschen eilig, denn als du dich anziehtest, konntest du keine zwei passenden Socken finden und musstest durch die saubere Wäsche graben, die noch in deinem Trockner saß, um ein passendes Paar zu finden. Wenn Sie sich der Tür nähern, klopfen Sie reflexartig in die Taschen und suchen nach allem, was Sie mitbringen müssen. Schlüssel? Check. Brieftasche? Check. Handy? Dein Telefon ist nicht da. Dein Herz beginnt zu rasen und ein Tropfen Schweiß beginnt sich unter deinem Haaransatz zu bilden. „Wo habe ich es letzte Nacht hingelegt??“ Sie haben nur ein paar Minuten Zeit, um den Bus zu nehmen, sonst kommen Sie zu spät zu Ihrem morgendlichen Meeting. Sie rascheln durch Ihre Sachen. Es ist nicht in Ihrem Nachttisch, auf der Badezimmertheke oder auf Ihrem Couchtisch. Ein Gefühl der Hoffnungslosigkeit schleicht sich ein, aber dann erinnern Sie sich plötzlich daran, dass Sie Ihr Telefon mithilfe einer App auf Ihrem Computer finden können.

Sie rennen zu Ihrem Computer und öffnen die App. Der Punkt auf der Karte befindet sich direkt über Ihrer Wohnung, sodass Sie wissen, dass sich Ihr Telefon irgendwo befindet. Du bist auf halbem Weg. Der GPS-Tracker kann Ihnen jedoch nicht sagen, wo sich Ihr Telefon in Ihrer Wohnung befindet. Sie senden also ein Signal an Ihr Telefon, damit es piept.

Sie hören ein leises Klingeln von irgendwo in Ihrer Wohnung. Du stehst auf. Es klingelt wieder. Sie drehen Ihren Kopf dorthin, wo der Ton herkommt – in Ihr Schlafzimmer. Ein weiterer Piepton. Sie huschen in Ihr Schlafzimmer und folgen den Pieptönen, bis Sie Ihr Handy auf dem Boden unter einem Haufen Kleidung finden. Sieg!

Ihr Gedächtnis hat Sie an diesem Tag im Stich gelassen, ebenso wie die meisten Ihrer sensorischen Systeme, die Ihnen helfen, Dinge in Ihrer Umgebung zu finden. Was hat dir geholfen, dein Handy zu finden? Die unheimliche Fähigkeit Ihres Gehirns, die Quelle von Geräuschen zu lokalisieren.

Wir haben dieses Phänomen kurz zuvor diskutiert, aber es ist nur ein wichtiger Teil unseres täglichen Lebens, dass wir es erneut betrachten mussten.

Wie hat Ihr Gehirn Ihr Handy lokalisiert?

Wenn Sie ein Ohr auf beiden Seiten Ihres Kopfes haben, können Sie nicht nur Ihr Gesicht ausbalancieren. Da Ihre Ohren voneinander getrennt sind, erreichen Geräusche Ihre Ohren zu leicht unterschiedlichen Zeiten und mit leicht unterschiedlicher Lautstärke, und dies hilft Ihrem Gehirn zu berechnen, woher Geräusche kommen.

Wenn zum Beispiel jemand in dein linkes Ohr spricht, wird dieses Ohr den Klang seiner Stimme aufnehmen, bevor es dein rechtes Ohr tut, und dein linkes Ohr wird den Klang auch ein kleines bisschen lauter finden als dein rechtes Ohr. Ihr Gehirn kann diese winzigen Unterschiede in Timing und Lautstärke erkennen und anhand dieser Informationen berechnen, dass der Klang der Stimme der Person von links kommt.

Ihr Gehirn berechnet diese Informationen in Ihrem Hirnstamm, einem Bereich, der direkt über Ihrem Hals liegt. Insbesondere besteht der Rechner aus einer Gruppe von Zellen, einer Gruppe von Zellen, die als Superior Olive bezeichnet werden (weil sie wie eine Olive aussieht). Diese Region enthält eine zweidimensionale Weltkarte, die von Ihrem Kopf ausstrahlt, als wäre die Karte auf die Krempe eines Hutes gezeichnet.

Wenn ein Ton auf Ihre Ohren trifft, wandern die Signale von jedem direkt zu den höheren Nerven und treffen sich. Tun wir so, als wären es für eine Sekunde keine Geräusche, sondern Autos. Wenn die beiden Autos das Tempolimit überschreiten und gleichzeitig abfahren, treffen sie sich in der Mitte. Aber wenn ein Auto einen Vorsprung hat, passiert es den Mittelpunkt, bevor es das andere Auto sieht. Wenn Sie wirklich wollten, könnten Sie die Stelle zwischen dem Ort, an dem sich die Autos treffen sollten, und dem Ort, an dem sie sich tatsächlich trafen, messen und berechnen, wie viel früher ein Auto vor dem anderen zu fahren begann. Ihre überlegene Olive tut dies mit Klang.

Wenn ein Ton von Ihrer linken Seite kommt, erhält das Signal von Ihrem linken Ohr einen Vorsprung und trifft sich mit dem Signal von Ihrem rechten Ohr näher an der rechten Seite Ihres oberen Ohrs. Umgekehrt, wenn der Ton von rechts kommt, treffen sich die Signale Ihrer beiden Ohren zur linken Seite Ihrer oberen Olive. Wenn ein Ton von geradeaus kommt, treffen sich die beiden Signale in der Mitte. Je nachdem, wo sich die Signale treffen, erregen sie einen bestimmten Satz von Neuronen in Ihrem übergeordneten Gehirn, die dem bewussten Teil Ihres Gehirns mitteilen, woher der Klang stammt. Und voilà, du hast dein Handy gefunden!

Die besten Sound-Locators der Welt

Wenn Sie sich im Tierreich umsehen, werden Sie schnell feststellen, dass der Mensch bei der Klanglokalisierung nicht wirklich am besten ist. Diese Krone gehört der Schleiereule.

Eulen sind nachtaktiv, also jagen sie nachts, typischerweise in völliger Dunkelheit. Daher können sie sich im Gegensatz zu den meisten Tieren nicht auf ihre Augen verlassen, um Beute zu finden. Außerdem nutzen sie weder Hitze noch Geruch, um Beute zu entdecken – sie verlassen sich ganz auf ihren Gehörsinn. Bei lebender Beute, die überall fliegt und springt, müssen die Fähigkeiten der Schleiereulen zur Geräuschlokalisierung genau stimmen, sonst verpassen sie ihr Abendessen (buchstäblich).

Schleiereulen können Geräusche aus mehreren Gründen besser lokalisieren als Menschen. Erstens sind ihre Ohren asymmetrisch. Während unsere Ohren auf beiden Seiten unseres Kopfes an derselben Stelle sitzen, ist das linke Ohr einer Schleiereule etwas höher als das rechte Ohr und zeigt nach unten, während das rechte Ohr nach oben zeigt. Dies erleichtert es Schleiereulen, Geräusche nicht nur in horizontaler Richtung (Azimut genannt) wie unsere überlegene Olive zu lokalisieren, sondern auch in vertikaler Richtung (Elevation genannt).

Wie Menschen Höhen erkennen

Nur weil wir Menschen Höhenunterschiede nicht so gut erkennen können wie Schleiereulen, können wir es trotzdem tun. Wir verwenden nur eine andere Methode. Schließlich konnten Sie feststellen, dass sich Ihr Telefon auf dem Boden und nicht auf dem Boden im Raum über Ihnen befand.

Wir Menschen erkennen die Höhe mit unseren äußeren Ohren – dem Teil, den Sie sehen können, der Ohrmuschel genannt wird. Wenn hohe Töne Ihr Außenohr erreichen, hüpfen sie für eine Weile um die Kurven in Ihren Kiefern herum, wie ein Basketball, der auf einem Rand hüpft, und gelangen schließlich in Ihr Mittelohr (das „Netz“, in dem Ihr Trommelfell sitzt). Dies allein gibt Ihrem Gehirn jedoch nicht genügend Informationen, um die Höhe eines Geräusches zu berechnen.

Das liegt daran, dass die reale Welt etwas komplizierter ist als ein einzelner Shooter mit einem Basketball. Es stehen mehr Spieler auf dem Platz. Wenn mehrere Personen gleichzeitig einen Basketball auf ein Netz geschossen haben, werden sie alle auf unterschiedliche Weise auf den Rand springen und sich gegenseitig stoßen oder stören, und wenn sie es ins Netz schaffen, Sie werden es zu verschiedenen Zeiten erreichen. Wie Basketbälle hüpfen Schallwellen überall und stören sich auch gegenseitig. In diesem Fall stören bestimmte Schallwellen mit hoher Tonhöhe die Schallwellen mit niedrigerer Tonhöhe, wodurch die Lautstärke der Wellen mit hoher Tonhöhe abnimmt.

Geräusche, die sich Ihren Ohren nähern, treffen je nach Höhe in unterschiedlichen Winkeln auf Ihre Ohren, was sich auf die Interferenz auswirkt. Und dies wiederum beeinflusst die Lautstärke, die Ihr Trommelfell wahrnimmt. Ihr Gehirn nimmt diese Lautstärkeänderungen auf und arbeitet rückwärts, um festzustellen, aus welcher Höhe diese Geräusche kommen.

Wir nähern uns hier dem Rand des Wissens, und niemand weiß genau, wie dieser Prozess funktioniert. In der Tat ist es kompliziert, aber das zeigt nur, wie unglaublich mächtig unser Gehirn ist. Da unser Gehirn gesund ist, müssen wir nicht daran denken, Geräusche zu lokalisieren – es passiert einfach!

Die Herausforderung der Schalllokalisierung

Im Vergleich zur Abhängigkeit von unserem Hörsinn, um Objekte zu lokalisieren, scheint es einfach zu sein, dies mit unseren Sinnen des Sehens und Tastens zu tun. Aber nehmen Sie Ihren Hörsinn nicht als selbstverständlich hin. Wenn Sie das nächste Mal jemanden sagen hören: „PASS AUF!!“ und du drehst dich instinktiv zu ihnen um, siehst, wie sie auf einen Baseball zeigen, der sich deinem Kopf nähert, und du duckst dich aus dem Weg, danke nicht deinen Reflexen – danke deinem Gehirn, das dir geholfen hat, die Quelle dieser Stimme zu finden, die dir letztendlich geholfen hat, ein Clonk auf den Kopf zu vermeiden.