Hirnaufzeichnungen liefern Einblicke in die Sprachverarbeitung bei Hintergrundgeräuschen – mit Auswirkungen auf Hörgeräte

In einer neuen Studie, die am 6. Juni in der Open-Access-Zeitschrift PLOS Biology veröffentlicht wurde, hat ein Forschungsteam bemerkenswerte Prozesse aufgezeigt, die das menschliche Gehirn zur Verarbeitung von Sprache inmitten einer Kakophonie konkurrierender Stimmen einsetzt, oft als „Cocktail-Effekt“ bezeichnet. Unter der Leitung von Nima Mesgarani, PhD, von Columbia University zeigen ihre Ergebnisse, wie das Gehirn die komplexe Aufgabe bewältigt, Sprache in einem überfüllten Raum zu verstehen, wobei Faktoren wie die akustische Klarheit und der Fokus des Zuhörers berücksichtigt werden – mit möglichen Auswirkungen, die den Weg für Fortschritte bei der Hörgeräteverarbeitung ebnen könnten, um Sprache in Lärm zu isolieren und zu verbessern.

Gespräche in einer lauten Umgebung können erhebliche Herausforderungen darstellen, insbesondere wenn die Lautstärke konkurrierender Stimmen die gewünschten Sprachsignale übertönt. Obwohl Hörgeräte große Fortschritte dabei gemacht haben, Menschen zu helfen, in Lärm besser und angenehmer zu hören, ist ihre Fähigkeit, in solchen Situationen die Sprache eines bestimmten Gesprächspartners zu identifizieren und ihr Aufmerksamkeit zu schenken, noch weitgehend auf Richtmikrofon- oder Beamforming-Technologie beschränkt.

Um die Mechanismen der Sprachwahrnehmung in lauten Umgebungen genauer zu untersuchen, zeichnete das Forschungsteam neuronale Aktivität von Elektroden auf, die in den Gehirnen von Personen mit Epilepsie implantiert waren und sich einer Gehirnoperation unterzogen. Während des gesamten Eingriffs wurden die Patienten angewiesen, sich auf eine einzelne Stimme zu konzentrieren, die im Verhältnis zu anderen Stimmen intermittierend unterschiedlichen Lautstärkegraden ausgesetzt war und jeweils als „kurz wahrnehmbares“ beziehungsweise „maskiertes“ Gegenstück diente.

Durch die Nutzung der neuronalen Aufzeichnungen konstruierte das Forschungsteam Vorhersagemodelle der Gehirnaktivität. Die Modelle zeigten, dass phonetische Informationen von „durchscheinender“ Sprache sowohl im primären als auch im sekundären auditorischen Kortex des Gehirns kodiert wurden und dass die Kodierung der beachteten Sprache im sekundären Kortex verstärkt war. Im Gegensatz dazu wurden phonetische Informationen von „maskierter“ Sprache nur dann kodiert, wenn es sich um die beachtete Stimme handelte. Sie stellten außerdem fest, dass ein bestimmter Signal-Rausch-Verhältnis-Schwellenwert (SNR) für durchscheinende Signale (−4 dB) die Vorhersagen neuronaler Reaktionen optimierte.

Darüber hinaus zeigte die Studie eine zeitliche Diskrepanz zwischen der Kodierung von „durchscheinender“ und „maskierter“ Sprache, wobei Letztere eine verzögerte Reaktion aufwies. Die getrennte Kodierung phonetischer Informationen aus „durchscheinender“ und „maskierter“ Sprache deutet darauf hin, dass die Konzentration auf die Entschlüsselung allein des „maskierten“ Anteils der beachteten Sprache zu verbesserten Systemen zur Dekodierung auditorischer Aufmerksamkeit für gehirngesteuerte Hörgeräte führen könnte.

„Wenn Sie jemandem an einem lauten Ort zuhören, rekonstruiert Ihr Gehirn das, was Sie verpasst haben, wenn das Störgeräusch zu laut ist“, sagt der Hauptautor der Studie Vinay Raghavan. „Ihr Gehirn kann auch Teile von Sprache erfassen, auf die Sie nicht fokussiert sind, aber nur, wenn die Person, der Sie zuhören, im Vergleich leise ist.“

Es besteht die Hoffnung, dass die Arbeit dazu beitragen könnte, die komplexe Natur von Sprache in Lärm zu entschlüsseln und vielversprechende Wege für künftige Fortschritte in der Hörgerätetechnologie zu eröffnen.

Quelle: EurekAlert