Schallreizverarbeitung

Jeder Ton ist durch seine Amplitude und durch seine Frequenz charakterisiert. Aus diesem Grund werden diese Eigenschaften eines Tones durch bestimmte Prozesse kodiert und können durch Verarbeitungsprozesse vom Gehirn erkannt werden.

Die Amplitude eines Tones wird durch die Aktionspotenzialfrequenz des ersten Neurons der Hörnervenfaser kodiert. Aus einer großen Amplitude resultiert ein sehr hohes präsynaptisches Rezeptorpotenzial, das zu einer sehr hohen Aktionspotenzialfrequenz führt.

Die Aktionspotenzialfrequenz sättigt jedoch bei mehreren hundert Hertz, so dass auf diese Art und Weise nur Töne mit einem Schalldruckpegel von weniger als 50 Dezibel kodiert werden können. Um jedoch Schallamplituden von bis zu 120 Dezibel verarbeiten zu können, haben die Haarzellen des Corti-Organs Kontakt zu Neuronen mit unterschiedlichen Erregungsschwellen. Die Anzahl der Neurone, die erregt werden, ist abhängig von der Höhe des Schalldruckpegels. Je höher der Schalldruckpegel, desto mehr Neurone werden von den Haarzellen aktiviert.

Das Gehirn wertet die von unterschiedlichen Neuronen kommenden Impulse aus und gewinnt so Informationen über die Amplitude eines Tones.

Ein wichtiger Mechanismus zur Kodierung der Frequenz ist die Tonotopie. Schallwellen bewirken Wanderwellen in der Scala vestibuli, die sich über die Reissner'sche Membran auf die Scala media und schließlich auch auf die Scala tympani übertragen. Diese Wanderwelle hat ihre maximale Amplitude an einem bestimmten Ort der Basilarmembran. Dieser Ort ist von der Frequenz eines Tones abhängig und liegt für hohe Frequenzen nahe am ovalen Fenster und für tiefe Frequenzen in der Nähe des Helicotremas. Tongemische werden an der Basilarmembran aufgespreizt, was auch als Frequenzdispersion bezeichnet wird.

Bei sehr hohen Schalldruckpegeln kommt es jedoch auch zur Erregung von Nervenfasern, die für höhere oder tiefere Frequenzen kodieren. Aus diesem Grund wird bei höheren Intensitäten die sog. Periodizitätsanalyse bzw. Phasenkopplung genutzt. Dies bedeutet, dass die im ersten Neuronen der Hörnervenfaser gebildeten Aktionspotenziale in einem bestimmten Zusammenhang mit den Rezeptorpotenzialen in den Rezeptoren stehen, welche wiederum von der Frequenz eines Tones abhängen. Dies ist möglich, da die Synapse der Haarzellen sehr schnell arbeitet und deshalb die Depolarisation im ersten Neuron auf die Depolarisation der präsynaptischen Membran mit einer bestimmten Verzögerung erfolgt.

Das Gehirn ist in der Lage, die Aktionspotenzialmuster verschiedener Neurone so zu verarbeiten, dass es Rückschlüsse auf die Frequenz eines Tones ziehen kann.