Biopsychologie 2 Vorlesung 4

Definiere Schall

Physikalisch gesehen ist Schall eine als mechanische Welle fortschreitende Deformation in einem Medium. In ruhenden Gasen und Flüssigkeiten ist Schall immer eine Longitudinalwelle, also näherungsweise auch in Luft.

Erkläre, was eine Longitudinalwelle ist. Wo liegt der Unterschied zur Transversalwelle?

- bei einer Longitudinalwelle sind die Schwingungsrichtung und die Ausbreitungsrichtung identisch --> Verdichtung findet entlang einer Achse statt

- bei der Transversalwelle bewegen sich Teilchen aus einer Ebene heraus --> Bsp. Stein, den man ins Wasser wirft erzeugt Wellen in alle Richtungen

Definiere Schwingung

Als Schwingungen oder Oszillationen werden wiederholte zeitliche Schwankungen von Zustandsgrössen eines Systems bezeichnet. Die räumliche Ausbreitung einer Störung oder Schwingung ist eine Welle.

--> y(t) = y0 sin(2πft+φ0)

--> y0 --> Amplitude

--> 2πft --> Frequenz

--> φ0 --> Phase --> wo in dieser Schwingung wir starten

Gibt es weitere, für Psychologen interessante Signale, die als Schwingungen beschrieben werden können? --> wo haben wir es mit Schwingungen zu tun?

- EEG als Schwingung

- Schwingung als Stimulus --> Bewegung, Gabor Patches

Explain Fourier analysis

this is the mathematical procedure for breaking down complex waves into their component sine waves

Explain fundamental frequency

the frequency that is the highest common divisor (a number that divides another number) for the various component frequencies

--> For example, a sound that is a mixture of 100, 200, and 300 Hz frequencies normally has a pitch related to 100 Hz because 100 Hz is the highest common divisor of the three components

What is an extremely important characteristic of pitch perception?

the fact that the pitch of a complex sound may not be directly related to the frequency of any of the sound's components

--> For example, a mixture of pure tones with frequencies of 200, 300, and 400 Hz would be perceived as having the same pitch as a pure tone of 100 Hz—because 100 Hz is the fundamental frequency (i.e., the highest common divisor) of 200, 300, and 400 Hz. This important aspect of pitch perception is referred to as the missing fundamental --> wenn man die richtigen Töne kombiniert, erklingt für uns ein tiefer Ton --> eigentlich ist dieser gar nicht da

Warum haben missing fundamentals heute noch relevant? --> was ist das Interessante an denen?

Im Prinzip die gleiche Idee, die wir auch im visuellen System haben --> es wird immer dann spannend, wenn Leute auf einmal Dinge sehen, die nicht da sind, Dinge sich verändern, die da sind, oder Dinge nicht sehe, die da sind --> genau so ist es hier auch --> kommt ein niedriger Ton, der aber physikalisch nicht da ist --> erlaubt uns, etwas über das Gehirn zu lernen --> in diesem Fall kann man mit den Tönen den Unterschied herausfinden, wo im Gehirn die Frequenz bzw. der Pitch von Tönen verarbeitet wird, weil sie hier nicht korreliert sind

Was geschieht, wenn die Amplitude vergrössert wird?

Wellen werden höher --> Ton wird lauter

Was geschieht, wenn die Frequenz von niedrig nach hoch geändert wird?

Ton wird höher

Was geschieht, wenn die Phase geändert wird?

man hört es eigentlich nicht, zumindest nicht dann, wenn das Audio ausreichend lang ist

Erläutere den Zusammenhang zwischen der physikalischen und der perzeptuellen Dimension

1. Physikalische Dimension: Amplitude (stark-schwach) --> Perzeptuelle Dimension: Lautstärke

2. Physikalische Dimension: Frequenz (tief-hoch) --> Perzeptuelle Dimension: Tonhöhe

3. Physikalische Dimension: Komplexität (rein (beginnt als reine Sinuswelle)-reich) --> Perzeptuelle Dimension: Klangfarbe

Erkläre Hörschwelle

leiseste Lautstärke bei dieser Frequenz, die wir grundsätzlich mal wahrnehmen können, ist nicht konstant, sondern hängt von der Frequenz ab --> am Besten hören wir den Frequenzbereich zwischen 1'000 und 5'000 Hz --> für die ganz niedrigen oder ganz hohen Frequenzen brauchen wir deutlich stärkere Intensitäten, damit wir sie überhaupt wahrnehmen können

Erkläre Schmerzensgrenze

nicht ganz so frequenzabhängig --> irgendwann wir es zu laut, dann wird es schmerzhaft

Wie wird Schall in den verschiedenen Strukturen des menschlichen Ohrs verarbeitet?

- sound waves travel from the outer ear down the auditory canal and cause the tympanic membrane (Trommelfell) to vibrate

- these vibrations are then transferred to the three ossicles (Gehörknöchelchen) --> Hammer, Amboss und Steigbügel

- the vibrations on the Steigbügel trigger vibrations of the membrane called das Ovale Fenster, which in turn transfers the vibrations to the fluid of the snail-shaped Cochlea --> long, coiled tube with an internal structure running almost to its tip

- this internal structure is the auditory receptor organ --> Corti-Organ

- each pressure change am Ovalen Fenster travels along the Corti-Organ as a wave

- the Corti-Organ is composed of several membranes --> Basilarmembran und Tektoriale Membran

- the auditory receptors, Haarzellen, are mounted in the Basilarmembran, and the Tektoriale Membrane rests on the hair cells

- a deflection of the Corti-Organ at any point along its length produces a shearing force on the hair cells at some point --> this force stimulates the Haarzellen, which in turn increase firing in axons of the auditory nerve

- the vibrations of the cochlear fluid are ultimately dissipated by the Rundes Fenster, an elastic membrane in the cochlear wall

- The Cochlea is remarkably sensitive

- the major major principle of cochlear coding is that different frequencies produce maximal stimulation of hair cells at different points along the basilar membrane—with higher frequencies producing greater activation closer to the windows and lower frequen cies producing greater activation at the tip of the basilar membrane

- the organization of the auditory system is largely tonotopic

- the vestibular system carries information about the direction and intensity of head movements, which helps us maintain balance

Beschreibe die wichtigsten Bahnen, die vom Ohr zum primären auditorischen Kortex führen

- Es gibt keinen einzelnen Pfad, der die Cochlea mit dem primären auditorischen Kortex verbindet, sondern es gibt eine ganze Reihe von Pfaden und Trakten

- Gibt bestimmte Zentren, die sehr stark mit der auditorischen Verarbeitung zu tun haben --> Cochlearen Nuklei (Gehörkerne) im Gehirnstamm und die obere Olive

- das Axon jeder Hörnervsynapse in den ipsilateralen Cochlea-Kernen, von dem viele Vorsprünge zu den oberen Oliven auf beiden Seiten des Hirnstamms auf gleicher Höhe führen (Hirnstamm)

- Die Acons der Olivenneuronen projizieren über den lateralen Lemniscus zu den Colliculi inferior, wo sie eine Synapse mit Neuronen verbinden, die zu den medialen Genikularkernen des Thalamus projizieren, die wiederum zum primären auditorischen Kortex projizieren (Mittelhirn und danach Neokortex und Thalamus).

--> Signale von jedem Ohr werden auf einem sehr niedrigen Niveau (in den oberen Oliven) kombiniert und übertragen zum ipsilateralen und kontralateralen auditorischen Kortex.

Die subkortikalen Bahnen des auditorischen Systems sind von Natur aus komplex und weisen deutlich mehr Synapsen auf als die anderen Sinne.

Was für eine Einteilung gibt es?

Gibt grundsätzlich die Einteilung in kontralaterale Bahn und Ipsilaterale Bahn

--> das bedeutet, die Information, die vom rechten Hörorgan aufgenommen wird, landet auch in der linken Hirnhälfte

--> auf der kontralateralen Seite, aber auch auf der gleichen, der ipsilateralen Seite

Was sind typische Eigenschaften von primären sensorischen Arealen?

- Primäres sensorisches Areal enthält Informationen aus genau einem Sinnesorgan oder genau einer Gruppe von Sinnesorganen

- Haben noch die Struktur, analog zu den peripheren Organen

Where is the primary auditory cortex, which receives the majority of its input form the medial geniculate nucleus, in primates located?

in the temporal lobe, hidden from view withen the lateral fissure

--> pirmary auditory cortex compromises three areas

--> core region

What surrounds the core region?

a band (belt) of areas of secondary auditory cortex --> areas of secondary auditory cortex outside the belt are called parabelt areas

Was sind die Organisationsprinzipen des auditorischen Kortex?

1. Aufbau in funktionelle Säulen, analog zum visuellen System: all of the neurons encountered during a vertical microelectrode penetration of primary auditory cortex (z.B. a penetration at right angles to the cortical layers) tend to respond optimally to sounds in the same frequency range

2. Tonotopie: each area of auditory cortex appears to have a gradient of frequencies from low to high along its length --> Benachbarte Orte/Frequenzen in der Cochlea sind auch im auditorischen Kortex benachbart

3. Periodotopie (Frequenzspezifische zeitliche Modulation): Wenn Gitarrensaite gezupft wird, ist der Ton zuerst laut und nimmt dann ab

What analyses does the auditory cortex perform?

auditory cortex intigrate information about the current perceptions and behaviors of an animal in order to produce auditory signals that are relevant to the animal's current situation

Was für Pathways gibt es im auditorischen Kortex?

1. anterior auditory pathway: more involved in identifiying sounds --> Was höre ich --> versucht zu interpretieren, ob es gefährlich ist oder nicht

2. posterior auditory pathway: more involved in locating sounds --> woher kommt das Signal

What is widely used to investigate sensory system interactions? What is an advantage of this?

- functional brain imaging

- advantage: it does not focus on any one part of the brain --> it records activity throughout the brain

Wie denken wir über die Interaktion sensorischer Systeme?

Die Interaktion sensorischer Systeme wird nicht einfach nach Abschluss unimodaler (ein System betreffende) Analysen angehängt; Interaktionen sensorischer Systeme scheinen ein früher und integraler Bestandteil der sensorischen Verarbeitung zu sein.

Where does the perception of pitch occur?

one small area just anterior to primary auditory cortex that contained many neurons that responded to pitch rather than frequency, regardless of the quality of the sound

--> the same small area also contained neurons that responded to frequency

--> this area is likely the plave where frequencies of sound are converted to the perception of pitch

Woher bekommt the secondary auditory cortex seine Signale? Was geschieht im secondary auditory cortex?

- hauptsächlich aus den primären Arealen

- findet höhere Verarbeitung statt --> Richtung Interpretation des Signals

Woher wissen wir, wo der primäre auditorische Kortex (A1) liegt?

Bildgebende Methoden --> MRT, CT

Wie kann man die tonotopische Organisation in A1 sichtbar machen?

Man kann Töne abspielen und währenddessen Bilder vom Gehirn machen und danach keine Töne abspielen und schauen, wann wo was aktiv war

Why is the study of damage to the auditory system important?

1. it provides information about how the auditory system works

2. it can serve as a source of information about the causes and treatment of clinical deafness

What problems do people with damage to the anterior auditory cortex pathway have?

have trouble identifying sounds --> the what pathway

What problems do people with damage to the posterior auditory cortex pathway have?

have difficulty localizing sounds --> the where pathway --> wo kommt dieser Ton her

What is one of the most prevalent human disabilities?

deafness

What does hearing impairment affect?

- one's ability to detect sounds

- can lead to feelings of social isolation

- has been associated with an increased risk for dementia

Woher kommen schwere Hörprobleme?

typically result from damage to the inner ear or the middle ear or to the nerves leading from them rather than from more central damage

What are the two common classes of hearing impairments?

1. those associated with damage to the ossicles (conductive deafness)

2. those associated with damage to the cochlea or auditory nerve (nerve deafness) --> major cause of nerve deafness is a loss of hair cell receptors

What happens If only part of the cochlea is damaged?

individuals may have nerve deafness for some frequencies but not others

What could be the cause of tinnitus?

neuroplastic changes to the auditory system resulting from deafness --> When only one ear is damaged, the ringing is perceived as coming from that ear; how ever, cutting the nerve from the ringing ear has no effect on the ringing

What can help people with nerve deafness? --> How does it work?

cochlear implant --> Cochlear implants bypass damage to the auditory hair cells by converting sounds picked up by a microphone on the patient's ear to elec trical signals, which are then carried into the cochlea by a bundle of electrodes. These signals excite the auditory nerve. Although cochlear implants can provide major ben efits, they do not restore normal hearing. The sooner a person receives a cochlear implant after becoming deaf, the more likely they are to benefit, because disuse leads to alterations of the auditory neural pathways

--> Scan your brain in OneNote