Musikalische Rhythmen im menschlichen Herzschlag

Vortragsmanuskript zum Arbeitstreffen Rhythmusforschung in Öschelbronn
Version 14.10.99
Musikalische Rhythmen
im menschlichen Herzschlag
Ein interdisziplinärer und interkultureller Ansatz
zur Erforschung der Herzrhythmik
Henrik Bettermann
Abteilung für Klinische Forschung
Gemeinschaftskrankenhaus Herdecke
gefördert durch die WELEDA AG
Adresse:
Dr. rer. nat. Henrik Bettermann
Abteilung für Klinische Forschung
Gemeinschaftskrankenhaus Herdecke
Gerhard-Kienle-Weg 4, D-58313 Herdecke
Vortrag: Musikalische Rhythmen im menschlichen Herzschlag
2
Zusammenfassung
Die Wahrnehmung musikalischer Rhythmen und die Wahrnehmung der Zeit stehen in einem
direkten Zusammenhang. Das Erleben musikalischer Rhythmen wird von den Psychologen als
ein unmittelbares und intensives Gegenwartserlebnis gewertet. Durch aktives oder passives
Musizieren von Rhythmen bieten sich dem Menschen Möglichkeiten zum direkten Zugang zu
seiner zeitlichen und rhythmischen Organisation. Insbesondere in Afrika hat ein u.a. polychrones Zeitempfinden eine große Vielfalt polyrhythmischer Musikkompositionen hervorgebracht, bei denen komplexe Melorhythmen vielschichtig miteinander verwoben werden. Musikalische Rhythmen dienen in afrikanischen Gemeinschaften oft zur Kommunikation mit der
geistigen Welt, sie sind die Sprache der Ahnen.
In der Physiologie bilden sich Herzschlag und Atmung auf der musikalischen Zeitskala ab.
Diese beiden elementaren physiologischen Rhythmen aus der rhythmischen Mitte des Menschen rahmen die oben beschriebene psychologische Gegenwart förmlich ein. Musikalische
Rhythmen vermitteln zwischen Vergangenheit und Zukunft, so wie Atmung und Herzschlag
zwischen Körper und Geist (oder auch Gewachsenem und Werdendem) vermitteln. Eine Verbindung beider Funktionen scheint naheliegend. In vielen Kulturen der Welt und insbesondere
in Afrika gilt es als selbstverständlich, daß musikalische Rhythmen ein künstlerischer und
wohltuender Ausdruck von Puls und Atmung sind. Auch in Europa wurde bis in das 19. Jahrhundert hinein eine musikalische Pulsdiagnostik betrieben, die erst durch Aufkommen der
Sphygmographie unpopulär wurde und dadurch schnell in Vergessenheit geriet.
Bis heute wird durch keine wissenschaftliche Studie die Verbindung zwischen den Rhythmen
des Herzens und der Musik nachprüfbar offenbart. Aus diesem Grund wurde in der Forschungsabteilung am Gemeinschaftskrankenhaus Herdecke eine Studie durchgeführt, in der
nach musikalischen Strukturen bzw. Rhythmuspatterns in der zeitlichen Änderung der
menschlichen Herzfrequenz gesucht wurde. Die Analyse geschah auf der Basis der Afrikanischen Musik- bzw. Jazztheorie, der Kombinatorik und der Nichtlinearen Dynamik (Chaostheorie). Eine erstaunliche musikalische Rhythmisierung des Herzschlages konnte vor allen
Dingen während des Nachtschlafes festgestellt werden.
Das entwickelte Verfahren bietet über die mathematische Musteranalyse hinaus die Möglichkeit, die Variationen der Herzfrequenz (Herzfrequenzvariabilität) hörbar und musikalisch erlebbar zu machen. Die Interpretation des Herzfrequenzverhaltens als perkussives oder tonales
Klangereignis stellt außer dem dargebotenen Erlebnis auch eine ganz neue Analysetechnik
dar. Oft hört das Ohr die rhythmischen Strukturen in Zeitreihen besser heraus, als sie das Auge oder aber auch komplizierte mathematische Verfahren erkennen können.
© H. Bettermann 1999
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Vortrag: Musikalische Rhythmen im menschlichen Herzschlag
Einleitung
Ich möchte meinen Vortrag mit einem Zitat von Gunther Hildebrandt einleiten:
"Wenn man bedenkt, daß das Fach Rhythmik mit seiner musikalisch-pädagogischen und musikalisch-therapeutischen Zielrichtung bereits in den ersten Jahren unseres Jahrhunderts begründet wurde, ist es zumindest verwunderlich, daß sich bis zum heutigen Tage keine wesentlichen Berührungen mit den Ergebnissen der modernen biologischen und medizinischen
Rhythmusforschung (Chronobiologie) ergeben haben." [Hildebrandt G. Biologische Rhythmen im Menschen und ihre Entsprechungen in der Musik. In: Berger L. Musik, Magie & Medizin - Neue Wege zu Harmonie und Heilung. Junfermann Verlag, Paderborn 1997]
Gunther Hildebrandt drückt zu Recht seine Verwunderung über diesen Mißstand aus. Ergänzend läßt sich sogar feststellen, daß nicht nur die Chronobiologie von dem Versäumnis betroffen ist, sondern daß auch die moderne Zeitreihenanalysis bis heute musikalisch-rhythmische
Phänomene in lebenden Organismen vollständig ignoriert. Das einleitende Zitat gibt mir darüber hinaus Anlaß zu zwei weiteren Anmerkungen:
1. Die moderne Naturwissenschaft und insbesondere die Physik, als dessen Botschafter wir
uns im Rahmen dieses Arbeitstreffens verstehen, bedient sich seit vielen Jahren einer großen Vielfalt an Methoden, um die komplexen, vielschichtigen und oft chaotischen
Rhythmen der Natur zu erfassen. Diese Methoden sind nur in einem sehr begrenzten Maße in die Chronobiologie eingeflossen. Eine rein chronobiologische Betrachtung von oszillierenden Systemen der Natur ist daher nicht ausreichend. Darüber hinaus bietet die Erforschung lebendiger Rhythmen die Möglichkeit, mehrere wissenschaftliche Disziplinen
miteinander zu verbinden und somit im wahren Sinne interdisziplinär zu arbeiten, wie ich
in diesem Vortrag demonstrieren möchte.
2. Bei der Berücksichtigung der musikalischen Natur des menschlichen Organismus stützt
sich Gunther Hildebrandt im Wesentlichen auf die Gesetzmäßigkeiten der musikalischen
Harmonik (und nicht der Rhythmik). Er kommt auf diesem Wege zu beachtenswerten Ergebnissen, die die harmonikale Funktionsordnung des Menschen von der Phänomenologie
der Musik her beleuchten. Ich verwende den Begriff rhythmische Funktionsordnung absichtlich nicht, denn konkrete musikalisch rhythmische Aspekte tauchen in der mir bekannten Hildebrandt-Literatur nur in Randbemerkungen auf. Dies mag daran liegen, daß
die von Hildebrandt verwendeten musiktheoretischen Rhythmusbegriffe, wie Tempo,
Metrik, Takt und Agogik dem europäischen Kulturraum entspringen und nach meiner
Meinung auch nicht dazu geeignet sind, komplexere rhythmische Vorgänge adäquat abzubilden.
© H. Bettermann 1999
Vortrag: Musikalische Rhythmen im menschlichen Herzschlag
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Musikalischer Rhythmus und Mensch
Musikalische Rhythmen haben eine zentrale, herausragende Bedeutung für den Menschen.
Zwei Gründe sind hierfür maßgeblich:
1. die gemeinsame Zeitbasis mit Herzschlag und Atmung, die mit ihren physiologisch
dominanten Rhythmen eine zentrale Rolle im Gesamtspektrum physiologischer Funktionen spielen und den Bereich der hochfrequenten Oszillationen des neuronalen Informationssystems mit dem Frequenzband der niederfrequenten Schwingungen des Stoffwechselund Bewegungssystems verbinden.
2. der Bezug zur Zeitwahrnehmung des Menschen: Zeiträume bis 4 Sekunden werden insbesondere durch Musik und deren Rhythmen intensiv als Gegenwart erlebt.
Musikalische Rhythmen stehen somit in enger Beziehung zur psychologischen Gegenwart
und versetzen den Menschen unmittelbar in das Jetzt. Sie dienen als Vermittler zwischen
Vergangenheit und Zukunft. Atmung und Herzschlag hingegen vermitteln zwischen Körper
und Geist oder zwischen Gewachsenem und Werdendem. Sie bilden das musikalische Element in der Organisation des Menschen. In vielen Kulturen der Welt und insbesondere in
Afrika werden musikalische Rhythmen als ein künstlerischer und wohltuender Ausdruck von
Puls und Atmung interpretiert. Die Vorliebe für einen komplexe vielschichtige musikalische
Rhythmik (s.u.) basiert möglicherweise u.a. auf einer ausgeprägten Wahrnehmungsfähigkeit
der physiologischen Polyrhythmik; sie wird aber auch als Konsequenz eines polychronen
Zeitempfinden gewertet.
Diese genannten Eigenschaften bzw. Bezüge zum Menschen zeichnen die musikalische
Rhythmik in besonderer Form gegenüber allen anderen Rhythmen der Natur aus.
© H. Bettermann 1999
Vortrag: Musikalische Rhythmen im menschlichen Herzschlag
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Der Rhythmusbegriff
Die Vielfalt der verschiedenen Rhythmusbegriffe in der Literatur erlaubt keine einheitliche
Begriffsbestimmung. Um so wichtiger erscheint es mir, für die eigene Arbeit eine handhabbare und möglichst allgemeingültige Definition zu formulieren (s.u.).
•
Rhythmus (gr. rhythmos) heißt die taktmäßige und abgemessene Bewegung, bei der im
Wechsel miteinander in gleichen Zeitabständen gleiche Zustände oder Vorgänge wiederkehren. [Kirchner F. Wörterbuch der philosophischen Grundbegriffe]
•
Rhythmus (rhythmos, Fließen) ist in einer Fortbewegung (einer materiellen oder einer
Tonbewegung) die regelmäßige Wiederkehr bestimmter, gleichartiger Momente, Phasen,
Zustände. [Eisler R. Wörterbuch der philosophischen Begriffe]
•
Rhythmus ist die sinnfällige Gestaltung des zeitlichen Verlaufs von Klangereignissen.
[Mayers Enzyklopädie]
•
Rhythmus ist die Ordnung in einer zeitlichen Folge (temporal succession). Wahrgenommene Rhythmen (z.B. des Herzens oder des Walzers), in denen die Ordnung als Gestalt
vorliegt, stehen im Gegensatz zu induzierten Rhythmen (z.B. der Gezeiten, des Tages oder
der Jahreszeiten), in denen die Ordnung auf der Basis von Erfahrung und Erinnerung rekonstruiert wird. [Fraisse P Time and rhythm perception, 1978]
•
Rhythmus ist die Architektur des Seins. Er ist die innere Dynamik, die ihm Form gibt, er
ist der reine Ausdruck der Lebenskraft. Rhythmus ist der Impuls, der Bewegung erzeugt,
er ist eine Kraft, die uns durch die Sinne an der Wurzel unseres Seins erfaßt. Rhythmus ist
Stofflichstes und Ideellstes zugleich: Linie, Fläche, Form und Farbe in Architektur, Plastik
und Malerei; Akzent in Dichtung und Musik; Bewegung im Tanz. Im selben Maße, wie er
sich durch unsere Sinne verkörpert, erleuchtet er den Geist. [Senghor L. L'esprit de la civilisation ou les lois de la culture Négro-Africaine, 1956]
Die Spannbreite in Form und Inhalt ist groß. Sie reicht von der starren und naturfernen Einengung des Begriffs durch Kirchner bis hin zu der allgemeinen und auf afrikanischer Lebensphilosophie beruhenden Begriffsbeschreibung durch Senghor, dem Philosophen und ersten Präsidenten des Staates Senegal. In den Enzyklopädien wird oft nur auf den musikalischen Rhythmusbegriff eingegangen. Meine pragmatische Begriffsbestimmung lautet wie
folgt:
Rhythmus ist die regelmäßige (quasizyklische) Wiederkehr ähnlicher Strukturen in Zeit oder Raum.
[Bettermann H]
© H. Bettermann 1999
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Vortrag: Musikalische Rhythmen im menschlichen Herzschlag
Das musikalische Rhythmuskonzept auf der Grundlage der Rhythmusperzeption
Die elaborierteste Form eines Rhythmuskonzeptes bietet die moderne Forschung zur Rhythmusperzeption und -kognition. Sie beschränkt sich zwar auf die systematische Beschreibung
ausschließlich wahrnehmbarer Rhythmen (im Gegensatz zu den induzierten Rhythmen, s.o.),
erhält aber durch die Verwendung allgemeiner Klassifikationsschemata ein großes Maß an
Übertragbarkeit, auch auf den Bereich außerhalb der unmittelbaren Wahrnehmbarkeit. Eine
aus mathematischer, physiologischer und auch interkultureller Sicht sinnvolle Gliederung
ergibt sich durch die basale Unterscheidung von Rhythmusmustern in 'patterns of time' und
'patterns in time'. Das folgende Diagramm veranschaulicht die Systematik auf der Basis des
Patternkonzepts.
Western:
patterns of time
symmetric (regular) patterns,
one rhythmic line,
one stable perceived meter
Non-Western: asymmetric (irregular) patterns,
multiple rhythmic lines
multiple unstable meters (polymeter)
binary patterns
fast rate: perceived as alternative patterns of time
patterns in time
melodic (frequency
or intensity) patterns
inherent patterns (Africa)
melodic meter
?
polyrhythm
patterns of time
and in time:
melorhythm
rhythm variation: swing
melodic rhythm
movement and emotion
'Patterns of time' sind, wie der englische Begriff schon sagt, Strukturen oder Muster aus der
Zeit. Ereignisse immer gleichen Charakters (z.B. nicht akzentuierte Trommelschläge) finden
in ungleichen Zeitabständen statt und formieren eben diese Muster. 'Patterns in time' (Muster
in der Zeit) sind Zeitstrukturen, die durch unterschiedliche Ereignisse (z.B. Töne unterschiedlicher Tonhöhe oder unterschiedlich akzentuierte Trommelschläge) in gleichen Zeitabständen entstehen. Musikalische Rhythmik bedient sich beider Formelemente, wobei in den
verschiedenen Kulturen der Welt unterschiedlich von den einzelnen Elementen Gebrauch
gemacht wird.
© H. Bettermann 1999
Vortrag: Musikalische Rhythmen im menschlichen Herzschlag
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Interessant erscheint mir außerdem, daß die Rhythmusperzeptologie drei verschiedene Dimensionen des Rhythmuserlebens beschreibt, jede mit einer eigenen 'rating scale' versehen,
um das Erleben im musikalisch/rhythmischen Experiment zu quantifizieren:
Kognition:
z.B. einfach – komplex
Emotion:
z.B. erregend – beruhigend
Bewegung:
z.B. antreibend – zurückhaltend
(z.B. durch Antizipation oder Verzögerung)
© H. Bettermann 1999
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Vortrag: Musikalische Rhythmen im menschlichen Herzschlag
Zeitsignaturen – Notationsformen und Beispiele
Zeitreihenanalysis, Elektrophysiologie, Musiktheorie und Musikpsychologie verwenden vergleichbare Formen zur schriftlichen Fixierung zeitlicher Strukturen oder Signaturen, und sie
unterscheiden alle zwischen den oben beschriebenen 'patterns of time' und 'patterns in time'.
Das folgende Schema der unterschiedlichen 'Notationsformen' veranschaulicht das große Maß
an Gemeinsamkeit.
1. patterns of time
•
Ereignis-Zeitreihe (event time series)
X.X.X..X.X..
101010010100
1 3 5 8 10
Positionsdarstellung
binäre Positionsdarstellung
Positionsphasendarstellung (im Zyklus)
¦M¦M¦L ¦M¦
Impaktnotation
R-Zacken im EKG
•
Ereignisdistanz-Zeitreihe (post-event or inter-event time series)
22323
Distanzdarstellung
¤ ¤ ¤˜ ¤ ¤˜
Gestaltnotation
900
RR-Tachogramm (in msec)
850
800
0
2
4
6
8
10
2. patterns in time
•
Zeitreihe
12345566665
symbolische Zeitreihe
¤¤¤¤¤¤¤
isochrone Melodie
Potentialverlauf des EKG
© H. Bettermann 1999
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Vortrag: Musikalische Rhythmen im menschlichen Herzschlag
Afrikanische Musik
Warum ist das afrikanische Musikkonzept zur Schaffung eines musikalischen Verständnisses
rhythmischer Phänomene im lebenden Organismus besser geeignet als das europäische?
Die Antwort ergibt sich aus der Tatsache, daß in den meisten afrikanischen Musikstilen die
rhythmische Komplexität einen höheren Stellenwert hat als die melodische. Melorhythmische
Vielschichtigkeit, rhythmischer Kontrast und die Möglichkeit der Kommunikation durch musikalische Rhythmen stehen im Vordergrund der afrikanischen musikalischen Komposition.
Durch das Heranziehen der afrikanischen Musiktradition kann deswegen ohne Umweg (über
die Harmonik) eine musikalische Interpretation komplexer rhythmischer Lebensprozesse gelingen.
Ohne auf die umfangreiche Theorie zur afrikanischen Musik eingehen zu können, seien die
wichtigsten Elemente und Begriffe dieser Theorie kurz genannt:
•
•
•
Kompositionsprinzipien: melorhythmische Komplexität, rhythmischer Kontrast und
strenge Zyklizität
Kompositionstechnik: polyrhythmisches Weben
Musiktheoretische Begriffe: Elementarpulsation, Zyklus, Formzahl (Pulszahl), Impulszahl, Pattern, Timeline Pattern (s.u.), Beat, Offbeat-Phrasierung, Kreuzrhythmus, Interlocking, inhärente Rhythmen
Greift das Konzept der klassischen und zeitgenössischen europäischen Musik im Wesentlichen auf Techniken der Rhythmik zurück, um mit den Gesetzen von Harmonik und Metrik
eine anspruchsvolle Melodik zu entwickeln, so kann man in der afrikanischen Musik als wesentliches Element das melorhythmische Pattern ausmachen, welches mit dem Werkzeug des
polyrhythmischen zyklischen Webens in eine anspruchsvolle Poly-Melorhythmik verarbeitet
wird (siehe Schaubild). Musikalische Rhythmen erhalten in afrikanischen Gemeinschaften
sogar oft spirituelle Bedeutung, denn sie dienen zur Kommunikation mit der geistigen Welt,
und sie sind die Sprache der Ahnen.
Europa:
Harmonik
Metrik
Rhythmik
Afrika:
Elementarpulsation
Patterns
Zyklen
Weben
Melodik
PolyMelorhythmik
© H. Bettermann 1999
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Vortrag: Musikalische Rhythmen im menschlichen Herzschlag
Timelines in Afrikanischer Musik – Omele und Inyimbo
Ein wesentliches Element der afrikanischer Musik sind die 'Timeline Patterns' oder kurz 'Timelines'. Dies sind fast immer Patterns mit geradzahliger Formzahl (Anzahl der Elementarpulse in einem Zyklus). Häufige Formzahlen sind 8, 12, 16, 24, 32 und 36. Timelines erfüllen
eine ähnliche Funktion wie der Takt in der europäischen Musik, sie sind die Richtschnur anhand derer sich das musikalische Ensemble orientiert. Sie werden oft auf einem hellen Gegenstand gespielt (z.B. auf einer Glocke, deswegen manchmal auch der Name Glockenmuster)
und dienen vom Anfang bis zum Ende eines Musikstückes durch strenge zyklische Wiederholung allen am Musikgeschehen Beteiligten (Tänzern und Musikern) als zusammenhaltendes
Orientierungsmuster. Timelines sind die klassischen 'patterns of time'.
Das folgende Beispiel zeigt die beiden wohl häufigsten Timelines afrikanischer Musik. Es
handelt sich um zwei komplementäre 12-Puls-Muster. Das eine mit 5 und das andere mit 7
Schlägen (Impulsen). Die Darstellung in der europäischen Notationsform verdeutlicht, daß
der Zeitwert eines Elementarpulses in diesem Fall einer 16tel Note entspricht. Die Besonderheiten der beiden Muster sind 1. deren Komplementarität (die Pausen des einen Musters fallen
auf die Schläge des anderen Musters und umgekehrt) und 2. eine versteckte mathematische
Eigenschaft, die beide Muster als die jeweils komplexesten 12:x-Muster im Rahmen einer auf
der Kombinatorik basierenden Rhythmusklasifizierung auszeichnet, auf die ich aber aus zeitlichen Gründen nicht näher eingehen kann.
Abb. 1
¤
12:5
12:7
:
¤
¤
¤
¤˜
¦ ¤
¤
¤
¤˜
Inyimbo
¦ ¤
X
.
X
.
X
.
.
X
.
X
.
.
1
0
1
0
1
0
0
1
0
1
0
0
:
Omele
Im nächsten Schritt soll das Klassifikationsschema aller 'patterns of time' (mit Formzahlen
von 3 bis 8) vorgestellt werden. Es wurde die binäre Positionsdarstellung gewählt. Im Sinne
der Nichtlinearen Physik handelt es sich dabei um eine 2-komponentige symbolische Dynamik.
© H. Bettermann 1999
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Vortrag: Musikalische Rhythmen im menschlichen Herzschlag
Rhythmusklassifikationsschema
In Tab. 1 finden sich alle binären Muster oder Patterns mit den Formzahlen 3 bis 8 wieder.
Die Klassifikation ist eng verwandt mit der Rhythmusklassifikation von Rudolf Derler, die
von Alfons Dauer weiterentwickelt und 1988 in Jazzforschung – Jazz Research veröffentlicht
wurde. Die insgesamt 8+16+32+64+128+256 = 504 Kombinationsmöglichkeiten der Symbole 0 und 1 (musikalisch z.B. als Pause und Schlag zu interpretieren) wurden auf 42 rhythmisch relevante Äquivalenzklassen reduziert. Dies geschah nach den folgenden Redundanzprinzipien (Originalzitat aus der im November erscheinenden Publikation):
"The first step was to exclude patterns containing only beats or rests (altogether
12). The remaining patterns were combined according to the following two redundancy principles: All patterns, which are identical after rotation
(= transposition [Derler]), were merged to pattern classes. µ(class) is the number
patterns belonging to one pattern class (= rhythm amount [Derler]): e.g.
class(011) = class(110) = class(101); µ(011) = 3. In Table 1 all pattern classes are
listed in the order of their decimal code of their smallest binary representative
(= basic pattern [Derler]). Additionally, complementary pattern classes resulting
from the permutation of 1s and 0s were merged to one class. In Table 1 complementary classes (also with their smallest binary representative) are in the same
line and have the same class number except for the sign."
Als erstes fallen Muster aus dem Rhythmusschema heraus, die nur aus Schlägen oder Pausen
bestehen (insgesamt 12). Dann werden alle Muster zu einer Klasse zusammengefaßt, die
durch Rotation (Transposition: z.B. 011 → 101 → 110) auseinander hervorgehen. Die Anzahl
der Muster einer Klasse wird durch die Größe µ(class) angegeben. Im dritten Schritt können
die Mustermengen vereint werden, deren Muster komplementär zueinander sind (z.B. 011 →
100). In der Tabelle sind komplementäre Klassen in den Zeilen gegenübergestellt und haben
bis auf das Vorzeichen die gleiche Klassennummer. In der Tabelle wurden alle Musterklassen
in der Reihenfolge ihres Dezimalwertes (code) des kleinstmöglichen binären Repräsentanten
(Grundmuster) aufgeführt.
Das vorgestellte Rhythmusschema soll nun im Folgenden zur Klassifikation von Herzschlagrhythmen dienen. Diese Art der musikalischen Pulsklassifikation hat eine lange Tradition
(vgl. Abb. 2, Klassifikationsschema des Jesuiten A. Kircher von 1650) und reicht bis in das 3.
Jahrhundert v. Chr. zurück. Erst im 19. Jahrhundert wurde sie durch die damals aufkommende
sphygmographische Pulsdiagnostik, die den gemessenen exakten Zahlenwert des Pulses in
den Vordergrund stellte, vollständig abgelöst und bis heute nicht wieder aufgegriffen.
© H. Bettermann 1999
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Vortrag: Musikalische Rhythmen im menschlichen Herzschlag
Tab. 1
class
code
µ
pattern
class
code
µ
pattern
f Gauss
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
36
37
38
39
40
41
42
1
1
3
5
1
3
5
1
3
5
7
9
11
21
1
3
5
7
9
11
13
19
21
1
3
5
7
9
11
13
15
17
19
21
23
25
27
37
43
45
51
85
3
4
4
2
5
5
5
6
6
6
6
3
6
2
7
7
7
7
7
7
7
7
7
8
8
8
8
8
8
8
8
4
8
8
8
8
8
8
8
8
4
2
001
0001
0011
0101
00001
00011
00101
000001
000011
000101
000111
001001
001011
010101
0000001
0000011
0000101
0000111
0001001
0001011
0001101
0010011
0010101
00000001
00000011
00000101
00000111
00001001
00001011
00001101
00001111
00010001
00010011
00010101
00010111
00011001
00011011
00100101
00101011
00101101
00110011
01010101
-1
-2
-3
-4
-5
-6
-7
-8
-9
-10
-11
-12
-13
-14
-15
-16
-17
-18
-19
-20
-21
-22
-23
-24
-25
-26
-27
-28
-29
-30
-31
-32
-33
-34
-35
-36
-37
-38
-39
-40
-41
-42
3
7
(3)
(5)
15
7
11
31
15
23
(7)
27
13
(21)
63
31
47
15
55
29
23
27
43
127
63
95
31
111
61
47
(15)
119
59
87
29
55
39
91
53
(45)
(51)
(85)
3
4
0
0
5
5
5
6
6
6
0
3
6
0
7
7
7
7
7
7
7
7
7
8
8
8
8
8
8
8
0
4
8
8
8
8
8
8
8
0
0
0
011
0111
0011
0101
01111
00111
01011
011111
001111
010111
000111
011011
001101
010101
0111111
0011111
0101111
0001111
0110111
0011101
0010111
0011011
0101011
01111111
00111111
01011111
00011111
01101111
00111101
00101111
00001111
01110111
00111011
01010111
00011101
00110111
00100111
01011011
00110101
00101101
00110011
01010101
1.22
0.88
1.12
2.12
0.52
0.81
1.86
0.26
0.49
1.28
0.56
1.55
1.68
3.41
0.11
0.26
0.74
0.32
1.01
1.15
1.14
1.48
2.94
0.04
0.13
0.36
0.17
0.54
0.62
0.65
0.16
0.64
1.02
1.94
0.76
0.96
1.03
2.47
2.58
2.53
1.46
5.60
© H. Bettermann 1999
Vortrag: Musikalische Rhythmen im menschlichen Herzschlag
13
Abb. 2: Musikalische Pulsklassifikation um 1650
(aus Kümmel WF. Musik und Medizin. Verlag Karl Alber 1977)
© H. Bettermann 1999
14
Vortrag: Musikalische Rhythmen im menschlichen Herzschlag
Rekonstruktion und Klassifikation binärer Herzschlagrhythmen
Im nächsten Schritt soll demonstriert werden, wie der Puls, d.h. insbesondere die Veränderung des Pulses, in eine binäre Form und damit in eine musikalisch interpretierbare Rhythmik
übertragen werden kann. Um Mißverständnissen vorzubeugen: nicht der einzelne Herzschlag
wird musikalisch interpretiert, sondern die Veränderung der Schlagdauer über 3 – 8 Herzschläge. Die binäre Kodierung geschieht auf einfachem Wege in der folgenden Form:
bei Pulsbeschleunigung wird der Herzschlag mit einer 1 kodiert
bei Pulsverlangsamung wird der Herzschlag mit einer 0 kodiert
Dies sei an dem folgenden Beispiel inklusive Bestimmung der Rhythmusklasse für verschiedene Fenstergrößen demonstriert:
Abb. 3
m=3
m=4
m=5
m=6
m=7
m=8
100
Class 1
1001
Class 3
10011
Class 6
100110 Class 13
1001100 Class 22
10011001 Class 41
m=3
m=4
m=5
m=6
m=7
m=8
001
Class 1
0011
Class 3
00110
Class 6
001100 Class 9
0011001 Class 22
00110010 Class 36
symbolic sequence
1
0
0
1
1
0
0
1
0
differential RR tachogram
-11
15
9
-42 -22
19
19
-38
10
RR tachogram (ms)
851 840 855 864 822 800 819 838 800 810
R trigger











Eine detailliertere Beschreibung der gesamten Methodik findet der Leser/Hörer in der im
Druck befindlichen Publikation.
© H. Bettermann 1999
15
Vortrag: Musikalische Rhythmen im menschlichen Herzschlag
Tagesverlauf der Rhythmusausprägung
Zunächst möchte ich die Ausprägung rhythmischer Herzschlagmuster an einem Einzelbeispiel
(Probandin 23 aus der Cardiodoronstudie) demonstrieren. Das unten abgebildete Diagramm
gibt die Häufigkeit (h) wieder, mit der die Muster der einzelnen Musterklassen (insgesamt 42)
im Tagesverlauf auftreten. Ein Grauskalenwert von 2 z.B. bedeutet, daß die zugehörigen Muster doppelt so häufig auftreten, wie für normalverteilte binäre Zufallswerte zu erwarten wäre.
Weiterhin wurde die Rhythmusausprägung (Pattern Predominance PP) berechnet. Grob gesagt entspricht diese dem Kontrast des unten abgebildeten Graustufen-Häufigkeitsdiagramm
im vertikalen Schnitt (näheres dazu in der Publikation).
Abb. 4
CZ023B
3
001
0001
0011
0101
00001
00011
00101
000001
000011
000101
000111
001001
001011
010101
0000001
0000011
0000101
0000111
0001001
0001011
0001101
0010011
0010101
00000001
00000011
00000101
00000111
00001001
00001011
00001101
00001111
00010001
00010011
00010101
00010111
00011001
00011011
00100101
00101011
00101101
00110011
01010101
2.5
2
1.5
1
0.5
0
12
15
18
21
0
3
6
12
15
18
21
0
3
6
10
8
PP
6
4
2
0
© H. Bettermann 1999
16
Vortrag: Musikalische Rhythmen im menschlichen Herzschlag
Probandin 23 gab während der EKG-Aufzeichnung zu Protokoll, daß sie zwischen 15.15 Uhr
und 16.00 Uhr sowie zwischen 21.30 Uhr und 5.32 Uhr geschlafen habe. Beide Schlafzeiträume sind in der Abb. 4 durch den Kontrastwechsel der Häufigkeiten deutlich zu erkennen.
Tagsüber sind alle Muster eher gleich häufig, nachts und in Ruhe hingegen treten einige Muster bei ihr mit einer Ausprägung von PP = 8.2 sehr deutlich hervor. Den größten Kontrast
weist das Muster 41 (00110011) auf. Es schwankt in seiner relativen normierten Häufigkeit
zwischen h = 0.28 (19-20 Uhr) und h = 16.3 (0-1 Uhr). Der letzte Wert weist auf eine überhäufige 4:1-Kopplung zwischen Puls und Atmung im Nachtschlaf hin (s.u.).
Rhythmik durch Phasenkopplung
Einige der in Tab. 1 zusammengestellten Rhythmusmuster können auftreten, wenn eine der
Herzperiodendynamik modulierend überlagerte harmonische Schwingung mit dem Herzschlag phasenkoppelt. Abb. 5 veranschaulicht diesen Vorgang anhand einer 7:2-Kopplung. In
Tab. 2 sind die den Kopplungsverhältnissen zuordbaren Musterklassen zusammengestellt.
Die stärkste Modulation erfährt der Herzschlag bekanntlich durch die Atmung, deren Frequenz in Ruhe beim erwachsenen Menschen im Mittel in einem Verhältnis von 1:4 zur Herzfrequenz steht. Da auch die Phasenkopplung zwischen Herzschlag und Atmung beim ruhenden Menschen mehrfach nachgewiesen wurde, war zu erwarten, daß gerade die Muster mit
Kopplungsverhältnissen nahe 4:1 (z.B. 1:3, 1:5, 7:2, 9:2) vermehrt auftreten. Um diese Hypothese zu überprüfen, wurden die Musterklassen noch einmal neu gruppiert (s. Tab. 3).
Abb. 5

←

0
→

1
→

1
←

0
←

0
→

1

1/0
© H. Bettermann 1999
17
Vortrag: Musikalische Rhythmen im menschlichen Herzschlag
Tab. 2
3:1
3:2
3:3
3:4
3:5
→
→
→
→
→
101
011
111
101
011
4:1
4:2
4:3
4:4
4:5
→
→
→
→
→
1001
0101
0011
1111
1001
5:1
5:2
5:3
5:4
5:5
→
→
→
→
→
11001
10101
01011
00111
11111
7:1
7:2
7:3
7:4
7:5
→
→
→
→
→
1110001
1001101
1010101
0101011
0110011
8:1
8:2
8:3
8:4
8:5
→
→
→
→
→
11100001
10011001
10100101
01010101
01001011
9:1
9:2
9:3
9:4
9:5
→
→
→
→
→
111100001
110011001
101101101
101010101
010101011
6:1
6:2
6:3
6:4
6:5
→
→
→
→
→
110001
101101
010101
011011
000111
10:1
10:2
10:3
10:4
10:5
→
→
→
→
→
1111000001
1100111001
1001001101
1010110101
0101010101
Tab. 3
class
physiological
phase locking
4, 14, 42
1, 12
3, 41
6
7
11
22
23
40
2, 32
38
10
2:1
3:1
4:1
5:1
5:2
6:1
7:2
7:3
8:3
musical
rhythms
3/4 meter
4/4 meter
AS8
2×3 polyrhythm
AS8: asymmetric 8-pulse pattern
© H. Bettermann 1999
18
Vortrag: Musikalische Rhythmen im menschlichen Herzschlag
Ergebnisse
Mit der oben beschriebenen Methode wurden 192 24h-EKGs aus der Cardiodoron II-Studie
retrospektiv ausgewertet (jeweils 2 aufeinander folgende Baseline-EKGs von 96 Probanden).
Ziel war es herauszufinden, 1. welche rhythmischen Musterklassen in einem Kollektiv gesunder Probanden in Ruhe bevorzugt auftreten und 2. ob die Bevorzugung einzelner Musterklassen eine individuum-spezifische Eigenschaft ist. Zur Beantwortung der Fragen wurde die
nächtliche Schlafphase von 1 bis 5 Uhr ausgewertet. Bei den Probanden, die zu dieser Zeit
nicht geschlafen haben, wurde das Auswertungsintervall entsprechend korrigiert.
1. überrepräsentierte Rhythmen
Die erste Fragestellung wird durch Tab. 4 beantwortet. In ihr ist für jede Musterklasse aus
Tab.3 die Gesamtzahl der registrierten nächtlichen Stundenintervalle mit erhöhter Häufigkeit
und erhöhter Musterstabilität (s. Publikation) angegeben. Bei 5 Probanden konnten weder bei
Aufzeichnung A noch bei Aufzeichnung B entsprechende Muster registriert werden. In den
Herzschlagfolgen der verbleibenden 91 Probanden bilden sich gemäß Tab. 4 die 4:1Kopplungsmuster mit einem Anteil von 35% bevorzugt aus, gefolgt von den 7:2- (19%), 3:1(17%), 5:1- (15%), 6:1- (12%) und 8:3-Kopplungsmustern (5%). Aber auch das 4/4-TaktMuster, welches sich nicht durch Kopplung erklären läßt, ist in 41 Stundenintervallen überrepräsentiert. Alle anderen Muster sind seltener zu finden, sie können aber im Einzelfall trotzdem eine größere Bedeutung haben.
2. individuelle Reproduzierbarkeit von Rhythmen
Zur Beantwortung der zweiten Frage wurde in Abb. 6 die individuelle Anzahl der nächtlichen
Stundenintervalle mit ausgeprägter musikalischer Herzrhythmik für Tag A gegen Tag B aufgetragen. Der Zahlenwert im Diagramm entspricht der Anzahl der Probanden bei denen die
durch den Zahlenwert markierte Kombination auftrat. Rechts oben befindet sich der Korrelationskoeffizient, der ein Maß für die intraindividuelle Reproduzierbarkeit ist. Alle Muster bis
auf das 2:1- und das 4/4-Takt-Muster sind mit Korrelationskoeffizienten > 0.6 in hohem Maße
reproduzierbar. Dies deutet auf eine recht große individuum-spezifische Häufung dieser Muster in der Herzrhythmik hin.
Tab. 4
2:1
originals
8
surrogates 179
3:1
total
analyzed
5:1
5:2
6:1
7:2
7:3
8:3
4/4 AS8 other
130 275 121
14
96
145
2
37
41
9
138
784
0
0
0
0
0
0
0
0
784
0
4:1
0
0
© H. Bettermann 1999
19
Vortrag: Musikalische Rhythmen im menschlichen Herzschlag
Abb. 6
2:1
3:1
r = -0.027
4
4
3
3
2
2
1
3
0
86
0
1
1
1
2
3
5:1
4
1
3
2
1
2
1
3
1
1
0
62
4
1
0
1
2
1
2
1
0
80
2
1
0
1
2
1
2
1
2
3
1
1
2
2
4
1
2
2
2
2
1
1
3
1
1
5
1
2
1
1
0
34
3
3
1
0
1
2
3
1
1
2
1
2
3
6:1
4
4
2
4
1
3
1
3
3
1
r = 0.6
4
1
3
1
2
4
1
2
1
1
3
1
2
2
5
2
0
69
1
3
0
52
3
3
1
1
0
1
2
0
1
2
3
4
3
4/4
4
2
AS8
r = 0.29
4
r = 0.76
4
1
3
3
1
2
2
1
3
1
0
73
5
0
1
4
4
1
4
1
7:2
r = 0.89
3
2
3
10
0
1
1
5
1
r = 0.84
2
2
4
2
3
1
63
2
1
2
0
3
8:3
4
4
1
3
3
5
2
2
1
1
1
4
r = 0.7
1
1
1
r = 0.83
1
1
4:1
r = 0.82
1
1
3
1
1
2
3
1
2
1
4
1
1
0
87
0
1
1
1
2
3
4
ECG A
Publikation
BETTERMANN H; AMPONSAH D; CYSARZ D; VAN LEEUWEN P
Musical rhythms in heart period dynamics - A cross-cultural and interdisciplinary
approach to cardiac rhythms.
Am J Physiol 1999, in press
Download
demnächst unter www.scientific-african.de
© H. Bettermann 1999