Musik im Kopf - Michael Gilles

Die Biologie der Musik - Neurologische Grundlagen
Für den Physiker ist Musik nichts weiter als die periodische
Schwingung der einzelnen Luftmoleküle in einem Raum. Doch was ist
das Besondere an dieser schwingenden Luft, dass kein Werbespot, kein
Kino- oder Fernsehfilm und noch nicht einmal Kaufhäuser darauf
verzichten wollen?
Und das ist nicht erst seit kurzem so. Es ist bekannt, dass Menschen aller Kulturen seit
zehntausenden von Jahren Musik machen. Sie benutzten Klanghölzer, bespannten Trommeln mit
Tierleder, bauten Knochenflöten, spannten Tiersehnen auf. Diese Gegenstände hatten nur einen
Zweck, die Luft in Schwingungen zu versetzen. Die Liebe zur Musik ist uns wahrscheinlich
angeboren, schließlich können bereits zwei Monate alte Säuglinge Wohl- und Missklänge
unterscheiden. Wenn uns Musik ergreift, erregt dies im Gehirn die gleichen Lustzentren wie beim
Konsum von Schokolade, von Kokain oder beim Sex. Aber was passiert nun in unserem Kopf,
wenn Luftdruckschwankungen auf unser Ohr treffen?
Vom Ohr zum Gehirn – Die Digitalisierung von Schall
Beginnen wir ganz vorne. Der Schall trifft in Form von Luftdruckschwankungen von außen auf
unser Ohr, wird durch die Ohrmuschel, wie durch einen Trichter, konzentriert und muss
anschließend den ca. 2,5 cm langen Gehörkanal passieren. Dieser ist evolutiv darauf optimiert
Frequenzen zwischen 2000 und 5500 Hz um das Fünf- bis Zehnfache zu verstärken. Dieser
Frequenzbereich ist besonders für das Verständnis der menschlichen Sprache wichtig. Am Ende des
Gehörgangs trifft der Schall auf das Trommelfell, wo die Bewegung der Luftmoleküle in eine
mechanische Bewegung des Trommelfells
umgewandelt wird. Im Mittelohr befinden sich
die drei Gehörknöchelchen (Hammer, Amboss,
Steigbügel). Diese leiten die mechanische
Bewegung des Trommelfells weiter auf das ovale
Fenster, welches die Schwingung auf das
Innenohr überträgt. Durch die Übertragung über
die Gehörknöchelchen wird das Gehörte noch
mal verstärkt.
Diese Verstärkung ist notwendig, da das Innenohr
mit Wasser gefüllt ist. Die Kraftübertragung von
einem gasförmigen in ein wässriges Medium
benötigt viel Energie. Wer schon einmal im
Schwimmbad mit der flachen Hand aufs Wasser geschlagen hat, wird diesen Widerstand kennen.
Das Innenohr wird wegen ihrem schneckenförmigen Aufbau auch Cochlea ("Schnecke") genannt.
In der Cochlea werden die mechanischen Schwingungen in elektrische Nervenimpulse
umgewandelt. Das Ohr benötigt nur 3500 Sinneszellen um das gesamte Frequenzband des
menschlichen Hörvermögens (20 - 20.000Hz) abzubilden.
Damit kommt der Hörsinn, im Vergleich zu den anderen menschlichen Sinnen, mit den wenigsten
Sinneszellen aus, um die Umwelt abzubilden. Um die visuelle Umwelt zu erfassen benötigt ein
Auge bereits 100 Millionen Lichtrezeptoren, vom Tastsinn, der über den ganzen Körper verteilt ist,
ganz zu schweigen.
Im Innenohr findet die Umwandlung von der mechanischen Bewegung in elektrische
Nervenimpulse statt. Die Haarsinneszellen in der Cochlea liegen auf einer Membran hintereinander,
wobei einzelne Bereiche der Membran und damit einzelne Haarzellen nur auf bestimmte
Frequenzen reagieren. Eine Haarsinneszelle generiert also nur Nervenimpulse (Aktionspotentiale),
wenn "ihr" Ton im Ohr ankommt.
Hohe Frequenzen liegen dabei am Anfang der Schnecke (diese werden bei hohen Schalldruckpegeln
zuerst irreversibel geschädigt), tiefe am Ende der Schnecke. In der Schnecke wird also eine
Frequenzanalyse des eintreffenden Schalls durchgeführt.
Von hier läuft dann der Nervus cochlearis (acusticus), der Hörnerv, zum Gehirn. Die
Übertragungsgeschwindigkeit liegt bei ca. 50-100m/sek. Hierbei ist erstaunlich, dass sich
Nervenimpulse, die vom Ohr kommen, von solchen, die von anderen Sinnen kommen in ihren
Eigenschaften nicht mehr voneinander unterscheiden lassen.
Eine Nervenzelle kennt ausschließlich zwei Zustände. Im angeregten Zustand leitet eine
Nervenzelle einen ankommenden Nervenimpuls weiter, wird die Nervenzelle nicht durch einen
Nervenimpuls erregt bleibt sie in Wartestellung. Daher wird das Gehirn oft mit einem Computer
verglichen, dessen Datenverarbeitung erstaunliche Parallelen hierzu aufweißt.
Bis heute ist jedoch nicht geklärt, wie unser Gehirn Informationen aus den verschiedenen Sinnen
trennen kann, schließlich ist es etwas ganz anderes eine herzhafte Torte zu "Schmecken" als eine
große Sinfonie zu hören. Trotzdem lässt sich mit dieser Tatsache erklären wie es zu dem Phänomen
der Synästhesie kommt, bei dem Menschen Farben hören, oder Töne schmecken können.
Die Hörbahn - mehr als ein Datenkabel
Der Weg, den die akustische Information über die Neuronen vom Ohr bis zum Gehirn nimmt, wird
als Hörbahn bezeichnet. Diese ist jedoch keine passive Bahn, die ausschließlich alle Informationen
vom Ohr zum Gehirn weitergeleitet. Auf dem Weg über die Hörbahn werden die Informationen
bereits vielfältig analysiert, modifiziert und gefiltert.
Die eingehenden Daten von den 3500 Hörzellen pro Ohr werden in der Hörbahn aufgespalten bis
sie am primären auditorischen Kortex von insgesamt ca. 100 Millionen Neuronen verarbeitet wird.
Der auditorische Kortex ist eine Tonlandkarte.
Dieses Phänomen kann am visuellen Kortex besser beschrieben werden. Hier wird das Bild, was
das Auge sieht noch einmal originalgetreu abgebildet. Dem Kortex sind dann weitere assoziative
Felder nachgeschaltet, die der Verarbeitung von Teilaspekten der Informationen dienen.
Der Hirnstamm und die Gänsehaut
Auf dem Weg ins Gehirn passiert die Information aus dem
Ohr
immer
höhere
und
komplexere
Verschaltungsebenen.
Der Hirnstamm, die erste Station der Hörbahn, ist die
Verlängerung des Rückenmarks und ist für ganz
lebensnotwendige Funktionen wie den Herzschlag,
Atmung, Blutkreislauf und Erbrechen zuständig.
In der Medulla oblongata (Verlängertes Rückenmark), die
zum Hirnstamm gehört, überkreuzen sich die
Nervenbahnen des Hörsinns (sowie aller anderen Sinne),
sodass die Informationen des rechten Ohres von der
linken Gehirnseite verarbeitet werden und umgekehrt.
Nach dem Hirnstamm gelangen die
Nervenimpulse ins limbische System, wo
unter anderem der Hypothalamus sitzt.
Dieser ist für den Hormonhaushalt des
Körpers zuständig und reguliert unser
Gefühlsleben.
Musik durchdringt also, noch bevor es in
die höheren Gehirnareale kommt, die für
höhere kognitive Aufgaben zuständig
sind, Gehirnregionen die für unbewusste
Reaktionen, Stimmungen und Gemüts-zustände verantwortlich sind. Dies könnte eine Erklärung
dafür sein, das Musik so fundamental in unser Gefühlsleben Einfluss nimmt, und wir diese
Reaktionen nicht beeinflussen können. Ein Krimi ohne Musik ist nur halb so gut wie mit Musik,
genauso kennt jeder das Gefühl der Gänsehaut bei bestimmten Passagen der Lieblingsmusik.
Assoziative Felder – Das ganze Gehirn arbeitet
Das Großhirn ist in mehrere Bereiche untergliedert. Dazu gehören unter anderem der
Temporallappen an den Flanken des Gehirns („Schläfenlappen“) und der Frontallappen hinter der
Stirn.
Vom limbischen System gelangen die Informationen erst zu den primären Arealen im
Temporallappen. Im primären sensorischen Kortex werden die Eingänge auf ihren biologischen
Stellenwert hin überprüft. Von hier werden die Informationen weiter auf sekundäre Areale im
Frontallappen verteilt. So gelangen vom primären auditorischen Kortex Informationen in
Gehirnareale die zur Verarbeitung von Rhythmen, Klangfarben, Tonhöhen, sowie in Areale die zur
Planung und Verstehen von Musik benutzt werden, oder in Areale, wo der private Musikgeschmack,
und kulturelle Besonderheiten, kodiert sind.
Dabei fällt auf, dass Gehirnregionen die bei Rhythmuserkennung aktiv sind, mit denen, die für die
Spracherkennung (Sprachrhythmus) zuständig, sind teilweise überlappen. Weiterhin konnte man
zeigen, dass bei Pianisten Areale, die für die Motorik der Hände zuständig sind, aktiv werden,
sobald sie das Musikstück, dass sie hören, schön einmal gespielt hatten. Neueste Studien zur
Repräsentation von Musik im Gehirn ergaben, dass praktisch das gesamte Gehirn zur
Musikverarbeitung beiträgt.
Die zwei Gehirnhälften – Überblick und Genauigkeit
Das Gehirn ist in zwei Gehirnhälften unterteilt. Diese werden rechte und linke Hemisphäre genannt.
Die linke Gehirnhälfte ist in der Regel die dominante, was auch erklärt, dass die meisten Menschen
Rechtshänder sind (Überkreuzung der Nervenbahnen).
Durch Untersuchungen fand man heraus, dass die beiden Gehirnhälften unterschiedliche Aufgaben
der Informationsverarbeitung erfüllen.
Die linke Hemisphäre ist beispielsweise für das Verständnis der Sprache, mathematische Aufgaben,
und detaillierte Informationen aus den sensorischen Eingängen optimiert. Die rechte Gehirnhälfte
verarbeitet vor allem Muster- und Gesichtserkennung, Erkennung, räumliche und emotionale
Zusammenhänge, nonverbales Verständnis und Emotionalität.
Die rechte Gehirnhälfte ist also für das ganzheitliche Erleben der Umwelt zuständig, die Linke
dagegen eher für Aufgaben, die detaillierte Genauigkeit benötigen. Diese Funktionsteilung ist bei
Linkshändern teilweise vertauscht.
Mit der Bildgebenden Kernspintomographie können Wissenschaftler heute einem lebenden Gehirn
beim Arbeiten zusehen.
Untersuchungen haben gezeigt, dass Nichtmusiker Musik meist mit der rechten Gehirnhälfte
verarbeiten. Wie oben bereits beschrieben, liegen dort das ganzheitliche Erleben der Umwelt und
die Verarbeitung der Emotionalität.
Musiker dagegen verarbeiten Musik zudem auch mit der linken Gehirnhälfte die für eine detaillierte
Betrachtung der Umwelt, sowie mathematischer Aufgaben, genutzt wird. Zudem wurde festgestellt
das vor allem Pianisten, die eine besondere Feinmechanik und Koordination der Hände über Jahre
trainieren, damit die Verbindung, den so genannten Balken (Corpus callosum), zwischen den
Gehirnhälften beeinflussen. Dieser vergrößert sich bei Musikern und sorgt so für eine bessere und
schnellere Abstimmung der beiden Gehirnhälften untereinander.
Neuroplastizität – Veränderung durch Erfahrung
Die Anzahl der Neuronen im Gehirn steht mit der Geburt weitgehend fest. Nach der Geburt werden,
bis auf wenige Ausnahmen, keine neuen Nervenzellen mehr gebildet.
Trotzdem ist das Gehirn kein statisches Organ. Die Forschungen im vergangenen Jahrzehnt haben
gezeigt, dass das Gehirn im Gegenteil sehr plastisch auf seine Umwelt reagiert. Es passt sich
zeitlebens an seine Umgebung an. So stehen im Gehirn eines Blinden viel mehr Neuronen für die
Verarbeitung der auditorischen Eingänge zur Verfügung
als bei einem Menschen der sehen kann.
Das Lippen lesen ist ein gutes Beispiel dafür, dass
Menschen mit einem Hörschaden hingegen ihre Umwelt
viel detaillierter mit den Augen wahrnehmen können.
Die Anpassungsvorgänge im Zentralnervensystem an
die Lebenserfahrung eines Organismus nennt man
Neuroplastizität.
Lernt beispielsweise jemand Geige spielen, wächst das
Areal zur Bedienung der linken Hand von ca. 1,5 auf
3,5cm an (letzteres nur bei frühkindlichem Beginn der
Übungsstunden). Auch der umgekehrte Weg ist denkbar,
so erlebt ein Armamputierter seinen nicht mehr
vorhandenen Arm mit der Zeit schrumpfend und am
Schluss nur noch Briefmarkengroß.
Diese Veränderung beruht hauptsächlich darauf, dass
zwischen Neuronen, die für das Lösen einer Aufgabe gleichzeitig aktiv sind, neue Verbindungen
geknüpft werden. Die Anzahl der Verbindungen zwischen Neuronen in einem menschlichen Gehirn
liegt im Billiardenbereich (10hoch15). Zudem werden häufig benutzte Neuronen stärker isoliert
(ummantelt) und können damit Informationen schneller weiterleiten.
Wie man heute weiß ist die Lebenserfahrung eines jeden Einzelnen in dessen Gehirn in Form von
Verknüpfungen zwischen Nervenzellen kodiert und macht dessen Gehirn (und damit jeden
Menschen) zu etwas Einmaligem.
Musiker haben mehr Platz für Töne
Fachleute zeichnen sich dadurch aus, dass sie eingehende Informationen automatisch mit bereits
vorhandenen Informationen verknüpfen können. Der Wald, der für den Laien nur ein Wald ist, ist
für den Maler ein Kunstwerk und für den Botaniker ein Lebensraum. Wie verändert sich das Gehirn
eines Experten? Man untersuchte den Zusammenhang zwischen Raumvergrößerung im Gehirn und
dem Erlernen eines Instruments. Es stellte sich heraus, dass Musiker weit mehr Platz im Gehirn für
die auditorische Klanganalyse beanspruchen als Nichtmusiker. Weiterhin konnte festgestellt
werden, dass dieses Phänomen instrumentenspezifisch ist.
Ein Trompeter stellt mehr Areale für die Unterscheidung von Trompetentönen bereit als ein Geiger
für Trompetentöne. Ein Geigenton wird umgekehrt im Gehirn eines Geigers mit mehr Neuronen
verarbeitet als im Gehirn eines Trompeters.
Beide benutzen, auch wenn sie ein fremdes Instrument hören, trotzdem mehr Neuronen zur
Schallanalyse als ein Nichtmusiker.
Universalien – oder jedes Gehirn ist anders
Es gibt im Gehirn nicht „das Sprachzentrum“ oder „das Musikzentrum“. Es gibt ausschließlich
Areale, die von einzelnen Eingängen eher angesprochen werden als andere.
Für Sprache sind diese Areale bei allen Menschen ähnlicher als bei Musik. Das hängt mit der
Vorbildung zusammen. Sprache lernt jeder Mensch ungefähr in einem ähnlichen Lebensalter,
Zeitraster und auf ungefähr gleiche Weise.
Im Gegensatz dazu ist die Vorbildung, wie, wann und wo jemand mit Musik in Berührung kommt
sehr verschieden. So entwickelt sich auch das Gehirn anders, je nachdem ob ein Kind von den
Eltern vorgesungen bekommen hat, früh mit Geige spielen beginnt, oder die ersten Musikerfahrung
durch den Fernseher bekommen hat.
In den letzten Jahrzehnten hat die Hirnforschung große Fortschritte gemacht, jedoch ist sie noch
Meilenweit von einem umfassenden Bild der Funktion des Gehirns entfernt. Ein bekannter
Neurologe beschreibt diese Tatsache so. „Das Einzige, was sich an allgemeinen Aussagen zur
Lokalisation von Musik im Gehirn von Musikern sagen kann, ist, dass es keine allgemeinen
Aussagen gibt“ (Gordon 1996)
Michael Gilles
Literaturangaben
ALTENMÜLLER Eckart: Klavierspielen macht klug - Über die Wirkung von Musik. In:
SWR2 Aula vom 14.12.2008
SPITZER, Manfred: Musik im Kopf, Schattauer-Verlag, Stuttgart 2007
WINBERGER, Norman M.: Wie Musik im Gehirn spielt. In: Spektrum Wissenschaft Juni
2005
Bildnachweise:
http://www.musik.uni-osnabrueck.de/lehrende/enders/lehre/App_Musik_I/ohr.jpg
(Stand: 04.01.2009).
http://www.goethe.lb.bw.schule.de/faecher/biologie/biologie/mensch2/hirn.gif
(Stand: 05.01.2009).
http://arbeitsblaetter.stangl-taller.at/GEHIRN/gehirn.gif
(Stand: 20.12.2008).
http://www.musik.uni-osnabrueck.de/lehrende/enders/lehre/App_Musik_I/Musik_Gehirn.jpg
(Stand: 02.01.2009).
http://www.mpg.de/bilderBerichteDokumente/multimedial/bilderWissenschaft/2003/05/nerv
enzellenEmAufnahme/Web_Zoom.jpeg (Stand: 29.12.2008).