Wie das Gehirn Töne verarbeitet

Der auditorische Kortex ist das Hörzentrum in unserem Gehirn. Dank ihm können wir akustische Reize verarbeiten und das schrille Heulen einer Polizeisirene vom dumpfen Klang einer Trommel unterscheiden. Doch wie reagieren die einzelnen Nervenzellen in diesem Hirnareal auf verschiedene Töne? Diese Frage hat Forscher zuletzt vor einige Rätsel gestellt, denn mit unterschiedlichen Verfahren kam man hier auch zu ganz unterschiedlichen Antworten.

Studien, die in der Vergangenheit den auditorischen Kortex verschiedener Tiere mit Hilfe von Elektroden untersuchten, kamen zu dem Schluss, dass einzelne Grüppchen von Neuronen jeweils eine spezielle Tonfrequenz haben, bei der sie besonders aktiv sind. Diese Gruppen sind entsprechend ihrer Frequenz räumlich auf der Hörrinde angeordnet, von Zellen mit Präferenzen für ganz hohe Töne bis zu Zellen mit Vorliebe für ganz tiefe Töne – und umgekehrt. Forscher, die modernere Verfahren anwandten, mit denen man einzelne Neurone sehr gezielt beobachten kann, widersprachen dieser These allerdings und fanden Hinweise darauf, dass es in unserem Hörzentrum doch nicht so geordnet aussieht.

Um dieses Problem zu lösen, haben Wissenschaftler von der Johns Hopkins University in Baltimore sich nun mit einer neuen Methode Einblicke in den auditorischen Kortex von Mäusen verschafft. Dabei kombinierten sie zwei bereits bestehende Verfahren miteinander. Zunächst züchteten die Forscher Tiere, deren Zellen ein Molekül produzieren, das in Anwesenheit von Kalzium grün leuchtet. Da die Kalziumkonzentration in Neuronen steigt, wenn diese aktiv werden, färbten sich die Zellen grün, sobald die Nager verschiedene Töne hörten. Unter einem Fluoreszenzmikroskop beobachteten die Forscher zunächst ein mehrere Quadratmillimeter großes Stück der linken primären Hörrinde. Anschließend betrachteten sie mit Hilfe eines Zweiphotonenmikroskops die Aktivität einzelner Nervenzellen im Detail. Beide Verfahren zusammen erlaubten ihnen, im Hörzentrum der Mäuse quasi rein- und rauszuzoomen – und damit sprichwörtlich den ganzen Wald vor lauter Bäumen nicht aus dem Blick zu verlieren.

Die Ergebnisse der Forscher stützen die Erkenntnisse früherer Studien, die gezeigt haben, dass die Neurone im auditiven Kortex ordentlich nach ihren Vorlieben für bestimmte Frequenzbereiche geordnet sind. Diese Ordnung war im primären auditorischen Kortex ausgeprägter als in anderen Bereichen.

Das Bild zeigt eine Aufnahme von einem Zweiphotonenmikroskop. Die fluoreszierenden Moleküle, die Kalzium sichtbar machen, leuchten grün, die Zellkerne der Neurone sind in Rot dargestellt, Astrozyten in Lila.