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Entwicklung und Adaptation der Räumlichen Hörverarbeitung

Development and Adaptation of Auditory Spatial Processing

Robert Baumgartner (ORCID: 0000-0003-0899-4903)
  • Grant-DOI 10.55776/I4294
  • Förderprogramm Einzelprojekte International
  • Status beendet
  • Projektbeginn 16.03.2020
  • Projektende 15.09.2025
  • Bewilligungssumme 390.366 €

Bilaterale Ausschreibung: Ungarn

Wissenschaftsdisziplinen

Klinische Medizin (10%); Physik, Astronomie (30%); Psychologie (60%)

Keywords

    Electroencephalography, Development, Auditory Plasticity, Spatial Hearing, Perceptual Learning, Aging

Abstract Endbericht

Unser Gehör überwacht ständig die Umgebung, um uns vor gefährlichen Ereignissen wie Kollisionen mit sich nähernden Objekten zu schützen. Der sogenannte Auditory Looming Bias ist eine erstaunlich effiziente Verzerrung der Hörwahrnehmung, welche sich annähernde Ereignisse gegenüber sich entfernenden Ereignissen begünstigt und selbst bei Säuglingen im Alter von vier Monaten nachgewiesen wurde. Die Rolle des Lernens bei der Entwicklung dieser Wahrnehmungsverzerrung und seine zugrunde liegenden Mechanismen müssen noch untersucht werden. In der Kognitionsforschung wird zwischen zwei Lernmechanismen unterschieden: überwachtes Lernen und statistisches Lernen. Angewandt auf den Hörsinn bezieht sich statistisches Lernen auf die Fähigkeit, Regelmäßigkeiten, wie häufig auftretende Lautmuster oder häufige akustische Übergänge, mit oder ohne gezielte Aufmerksamkeit zu extrahieren und darzustellen, während sich das überwachte Lernen auf die Fähigkeit bezieht, Hörereignisse auf der Grundlage von Rückmeldungen und gezielter Aufmerksamkeit einzuordnen. Es ist derzeit unklar, wie diese beiden Mechanismen beim Erlernen von räumlicher Informationsauswertung aus dem Gehörten in verschiedenen Lebensphasen beteiligt sind. Während Neugeborene bereits über Grundfertigkeiten des räumlichen Hörens verfügen, können sich Erwachsene immer noch an sich ändernde Umstände anpassen, wie z. B. Änderungen des Klangspektrums, wenn sich die komplexe Geometrie der menschlichen Ohrmuschel mit dem Alter verändert. Hörereignisse, die keine vertrauten Klangspektren aufweisen, werden von Hörern oft so wahrgenommen als stammen sie aus dem Inneren des Kopfes anstatt von einer natürlichen externen Position. Gezielte Änderungen des Klangspektrums können folglich dazu verwendet werden sich annähernde Hörereignisse zu generieren und den Auditory Looming Bias zu untersuchen. Die gleichzeitige Bedeutung dieser Klangspektren sowohl für den Auditory Looming Bias als auch für die neuronale Anpassungsfähigkeit durch Lernen ermöglicht es beide Aspekte gemeinsam zu untersuchen. Born2Hear wird psychoakustische und neurophysiologische Messmethoden kombinieren, um 1) kognitive Teilsysteme zu identifizieren, die dem Auditory Looming Bias zugrunde liegen, 2) grundlegende kognitive Mechanismen für statistisches und überwachtes Lernen von räumlicher Information zu untersuchen und 3) offen zu legen wie sich diese Mechanismen und ihre neuronale Repräsentation über die menschliche Lebensdauer verändern. Diese allgemeinen Forschungsfragen werden in drei Studien behandelt. In Studie 1 werden wir funktionale Wechselwirkungen zwischen Hirnregionen in jungen Erwachsenen analysieren um zu untersuchen, inwiefern Auditory Looming Bias auf Unterschiede in der aufsteigenden sensorischen Verarbeitung und auf absteigenden Einflüsse durch Aufmerksamkeit zurückzuführen ist. Anschließend werden wir bei Neugeborenen testen, ob diese funktionalen Wechselwirkungen angeboren sind. Studie 2 untersucht die kognitiven und neuronalen Mechanismen des überwachten Lernens von spektralen Formelementen bei jungen und älteren Erwachsenen auf der Grundlage eines individualisierten Wahrnehmungstrainings zur Lokalisierung von Schallquellen. Studie 3 wird sich auf die kognitiven und neuronalen Mechanismen des statistischen Lernens von Klangspektren bei Säuglingen sowie jungen und älteren Erwachsenen konzentrieren.

Stellen Sie sich vor, Sie gehen eine Straße entlang: Selbst ohne hinzusehen bemerken Sie, wenn sich etwas auf Sie zubewegt - ein Fahrrad, ein Auto oder eine Person. Diese instinktive Empfindlichkeit für näherkommende Geräusche wird als Auditory Looming Bias bezeichnet. Sie ermöglicht es uns, potenzielle Gefahren frühzeitig wahrzunehmen, lange bevor wir bewusst erkennen, was den Schall verursacht. Ziel unseres Born2Hear-Projekts war zu verstehen, wie sich diese Fähigkeit entwickelt, wie das Gehirn sie verarbeitet und inwieweit sie durch Erfahrung geprägt werden kann. Zunächst untersuchten wir, wie früh im Leben dieser Bias auftritt. Dazu verglichen wir Neugeborene - bis zu vier Tage alt - mit erwachsenen Personen. Beide Gruppen hörten Geräusche, die entweder näherkamen oder sich entfernten. Die Neugeborenen zeigten bereits stärkere Gehirnreaktionen auf näherkommende Geräusche, allerdings nur dann, wenn diese einfach lauter wurden. Erwachsene reagierten hingegen auch auf komplexere Veränderungen in der Klangstruktur, die von der Form der Ohrmuschel abhängen. Das deutet darauf hin, dass ein Teil des Bias angeboren ist, während ein anderer Teil sich im Laufe des Lebens entwickelt, wenn wir lernen, die vielfältigen räumlichen Hörhinweise unserer Umgebung zu nutzen. Als Nächstes wollten wir verstehen, warum das Gehirn näherkommende Geräusche so anders behandelt. Unsere Messungen zeigten, dass Hirnregionen, die häufig mit der Einschätzung von Bedrohungen und schnellen Reaktionen verbunden werden, bei näherkommenden Geräuschen stärker aktiviert wurden. Dies geschah selbst dann, wenn die Teilnehmenden mit einer anderen Aufgabe beschäftigt waren. Das weist darauf hin, dass sich der Looming Bias vermutlich als automatisches Warnsystem entwickelt hat - eines, das uns hilft, auf mögliche Gefahren zu reagieren, ohne bewusst darüber nachzudenken. Wir gingen dann der Frage nach, ob dieser Bias davon abhängt, wie genau wir Geräusche im Raum verorten können. Um dies zu testen, veränderten wir in einer virtuellen Hörumgebung die Art und Weise, wie die Teilnehmenden die Geräusche wahrnahmen, indem wir ihnen "virtuelle" Ohren gaben, die normale räumliche Hinweise verfälschten. Mit diesen künstlichen Hinweisen konnten die Menschen zwar noch Klangänderungen erkennen, aber nicht mehr zuverlässig bestimmen, woher das Geräusch kam. Unter diesen Bedingungen schwächte sich der Looming Bias deutlich ab. Dies zeigt, dass die Fähigkeit des Gehirns, näherkommende Geräusche zu erkennen, eng mit präzisem räumlichen Hören verknüpft ist. Abschließend untersuchten wir, ob ein Training zur besseren räumlichen Ortung den Looming Bias beeinflussen kann. Die Teilnehmenden verbesserten nach dem Training tatsächlich ihre Fähigkeit, Geräusche zu orten. Allerdings fanden wir keine Hinweise darauf, dass sich die automatischen Gehirnreaktionen auf näherkommende Geräusche entsprechend veränderten. Dies deutet darauf hin, dass der Bias als tief verankertes Frühwarnsystem funktioniert, das sich durch bewusste Lernprozesse nur wenig beeinflussen lässt. Insgesamt zeigt unsere Forschung, dass der Auditory Looming Bias teilweise angeboren, durch Erfahrung geformt, eng mit dem räumlichen Hören verknüpft und tief im Bedrohungsdetektionssystem des Gehirns verankert ist.

Forschungsstätte(n)
  • Österreichische Akademie der Wissenschaften - 100%
Internationale Projektbeteiligte
  • Norbert Kopco, Safarik University Kosice - Slowakei
  • Brigitta Toth, HUN-REN Hungarian Research Network - Ungarn
  • Barbara Shinn-Cunningham, Boston University - Vereinigte Staaten von Amerika
  • Frederick J. Gallun, Oregon Health & Science University - Vereinigte Staaten von Amerika
  • Aaron Seitz, University of California at Riverside - Vereinigte Staaten von Amerika

Research Output

  • 79 Zitationen
  • 14 Publikationen
  • 1 Datasets & Models
  • 3 Disseminationen
  • 4 Wissenschaftliche Auszeichnungen
  • 2 Weitere Förderungen
Publikationen
  • 2025
    Titel Threat-related corticocortical connectivity elicited by rapid auditory looms.
    DOI 10.1038/s41598-025-30552-x
    Typ Journal Article
    Autor Barumerli R
    Journal Scientific reports
    Seiten 834
  • 2025
    Titel The role of spatial perception in auditory looming bias: neurobehavioral evidence from impossible ears.
    DOI 10.3389/fnins.2025.1645936
    Typ Journal Article
    Autor Barumerli R
    Journal Frontiers in neuroscience
    Seiten 1645936
  • 2024
    Titel Threat-Related Corticocortical Connectivity Elicited by Rapid Auditory Looms
    DOI 10.1101/2024.06.21.600106
    Typ Preprint
    Autor Barumerli R
  • 2024
    Titel Temporal expectations modulate coupling between frontal and sensory brain areas
    DOI 10.1101/2024.11.19.624242
    Typ Preprint
    Autor Kovács P
  • 2024
    Titel Cortical signatures of auditory looming bias show cue-specific adaptation between newborns and young adults
    DOI 10.1038/s44271-024-00105-5
    Typ Journal Article
    Autor Baier D
    Journal Communications Psychology
  • 2024
    Titel From Sound Localization to Hazard Detection: Adaptation to Novel Spectral Cues
    Typ Other
    Autor Karolina Ignatiadis
    Link Publikation
  • 2024
    Titel Neural Correlates of the Auditory Looming Bias
    Typ PhD Thesis
    Autor Karolina Ignatiadis
  • 2024
    Titel Pre-attentive biases in the early cortical processing of looming sounds
    DOI 10.5281/zenodo.12621904
    Typ Preprint
    Autor Baier D
    Link Publikation
  • 2024
    Titel Predicting the effect of headphones on the time to localize a target in an auditory-guided visual search task
    DOI 10.3389/frvir.2024.1359987
    Typ Journal Article
    Autor Barumerli R
    Journal Frontiers in Virtual Reality
  • 2021
    Titel Neural Mechanisms Underlying the Auditory Looming Bias
    DOI 10.1080/25742442.2021.1977582
    Typ Journal Article
    Autor Ignatiadis K
    Journal Auditory Perception & Cognition
    Seiten 60-73
    Link Publikation
  • 2020
    Titel Sound Externalization: A Review of Recent Research
    DOI 10.1177/2331216520948390
    Typ Journal Article
    Autor Best V
    Journal Trends in Hearing
    Seiten 2331216520948390
    Link Publikation
  • 2022
    Titel Attentional modulation and cue-specificity of cortical biases in favour of looming sounds
    DOI 10.5281/zenodo.6576881
    Typ Preprint
    Autor Baier D
    Link Publikation
  • 2022
    Titel Benefits of individualized brain anatomies and EEG electrode positions for auditory cortex localization
    DOI 10.1101/2022.06.15.496307
    Typ Preprint
    Autor Ignatiadis K
    Seiten 2022.06.15.496307
    Link Publikation
  • 2020
    Titel Behavioral and neural peculiarities of auditory looming perception in humans
    DOI 10.48465/fa.2020.0292
    Typ Other
    Autor Ignatiadis K
    Link Publikation
Datasets & Models
  • 2021 Link
    Titel Born2Hear data repository
    Typ Database/Collection of data
    Öffentlich zugänglich
    Link Link
Disseminationen
  • 2022 Link
    Titel International Noise Awareness Day
    Typ Participation in an open day or visit at my research institution
    Link Link
  • 2022 Link
    Titel Long Night of Research
    Typ Participation in an open day or visit at my research institution
    Link Link
  • 2020 Link
    Titel ÖAW ScienceBites YouTube video
    Typ A broadcast e.g. TV/radio/film/podcast (other than news/press)
    Link Link
Wissenschaftliche Auszeichnungen
  • 2025
    Titel Guest Editor for Trends in Hearing
    Typ Appointed as the editor/advisor to a journal or book series
    Bekanntheitsgrad Continental/International
  • 2024
    Titel Invited speakers: DAGA 2024 - 50th Annual Meeting for Acoustics
    Typ Personally asked as a key note speaker to a conference
    Bekanntheitsgrad Continental/International
  • 2024
    Titel Invited speaker at the 5th workshop and lecture series on cognitive neuroscience of auditory and cross-modal perception, Košice, Slovakia
    Typ Personally asked as a key note speaker to a conference
    Bekanntheitsgrad Continental/International
  • 2022
    Titel Invited speaker: Symposium on Experimental Audiology
    Typ Personally asked as a key note speaker to a conference
    Bekanntheitsgrad Continental/International
Weitere Förderungen
  • 2024
    Titel CherISH - Cochlear implants and spatial hearing: Enabling access to the next dimension of hearing
    Typ Research grant (including intramural programme)
    DOI 10.3030/101120054
    Förderbeginn 2024
    Geldgeber European Commission H2020
  • 2023
    Titel Spatial Audio Virtualization and Gamification for Hearing Assessment and Enhancement
    Typ Research grant (including intramural programme)
    DOI 10.3030/101129903
    Förderbeginn 2023
    Geldgeber European Commission

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