Gehirntheorie des Menschen

4.5. Das Phasenmodul  

Das Phasenmodul spielt eine bedeutende Rolle beim räumlichen Hören. Seine Funktion wurde bereits vor längerer Zeit erforscht. Beim räumlichen Hören treffen Schallwellen, die seitlich vom Hörer eintreffen, im linken und im rechten Ohr mit einer Phasenverschiebung ein. Diese Phasenverschiebung kann im Hörsystem erkannt werden.

Hierbei wird die Basilarmembran praktisch in die Ebene abgerollt, so dass ein Streifen von Inputneuronen den Output der Haarzellen empfängt. Da die Lage der Neuronen entlang der Basilarmembran die Schallfrequenz verschlüsselt, sind nun immer die Neuronen des Neuronenstreifens aktiv, deren zugeordnete Frequenz im gehörten Schall enthalten ist.

Wird nun die Basilarmembran des anderen Ohres analog und mit etwas Abstand parallel dazu abgewickelt, so entstehen zwei Streifen von Inputneuronen, die gleichartig nach zugeordneten Frequenzen wohlgeordnet sind. Der linke Streifen empfängt den Input vom linken Ohr, der rechte Streifen den vom rechten Ohr.

Zwischen diesen Inputstreifen befinden sich die Outputneuronen des Phasenmoduls. Deren Anzahl ist im Vergleich zu den Inputneuronen um ein Vielfaches höher. Wenn beispielsweise auf ein Paar Inputneuronen 100 Outputneuronen kommen, die zwischen ihnen etwa mit gleichem Abstand verteilt sind, kann das Phasenmodul 100 verschiedene Schallrichtungen zu dieser Frequenz ermitteln.

Die Richtungsermittlung erfolgt durch den Laufzeitunterschied. Beide Erregungen breiten sich von den zwei außen befindlichen Neuronen zur Mitte hin aus. Das Erregungsmaximum der Haarzelle ist direkt an die Wellenberge der Schallwelle gekoppelt. Zwischen der linken und rechten Schallwelle existiert meist einen Phasenunterschied, der direkt an die Schallrichtung gekoppelt ist.

Die Synapsen der Outputneuronen sind speziell dafür ausgelegt, gleichzeitig eintreffende Signale von links und rechts zu erkennen. Nur wenn von links und von rechts ein Aktionspotential gleichzeitig eintrifft, generiert das Outputneuron ein eigenes Aktionspotential. Seine Synapsen sind sehr groß und speziell aufgebaut. Sie werden als Held`sche Calyx bezeichnet.

Der Signalweg des linken Signals besitzt zum Signalweg des rechten Signale einen Wegunterschied, wenn sich das Outputneuron nicht in der Mitte zwischen den zwei Inputneuronen befindet. Je weiter ein Outputneuron von der Mitte entfernt ist, umso größer ist der Wegunterschied, der dem linken und das rechte Signal aufgezwungen wird.

Da das linke und rechte Inputsignal jedoch bereits einen Laufzeitunterschied besitzen, wird er von genau einem der vielen Outputneuronen durch den Wegunterschied rückgängig gemacht. Dieses Outputneuron generiert ein Outputsignal, währen die übrigen Outputneuronen zu dieser Frequenz schweigen.

Denn die Signalausbreitung auf den Axonen erfolgt mit einer endlichen Geschwindigkeit. Je länger der Weg ist, umso mehr Zeit braucht das Signal für diesen Weg. Sind die Wege links und rechts verschieden, entsteht dadurch ein Laufzeitunterschied, der den Laufzeitunterschied der Inputsignale aufhebt,

So erzeugen die Outputneuronen zu einer Frequenz ein maximumcodiertes Signal, welches die Schallrichtung verschlüsselt. Grundlage für dieses Phasenmodul ist die Phasenverschiebung der Schallwellen zwischen dem linken und dem rechten Ohr.