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StartseiteForschung aktuellFrosch-Gehör als Modell für bessere Hörgeräte?*05.03.2021

Entwicklung von GeräuschfilternFrosch-Gehör als Modell für bessere Hörgeräte?*

Einzelne Stimmen aus einem Teppich von Hintergrundgeräuschen herauszufiltern – das ist besonders für Träger von Hörgeräten oder Cochlea-Implantaten schwierig. Ein US-amerikanisches Forschungsteam arbeitet an einer technischen Lösung. Dabei spielen Karolina-Laubfroschweibchen eine wichtige Rolle.

Von Magdalena Schmude

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Ein grüner Frosch (amerikanischer Laubfrosch, Carolina-Laubfrosch, Hyla cinerea, sitzt auf einem grünen Blatt. (imago / Blickwinkel)
Sinfonie in Grün: Karolina-Laubfrösche sind nicht nur hübsch, sondern haben auch erstaunliche akustische Fähigkeiten (imago / Blickwinkel)
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Hellgrün, sechs bis sieben Zentimeter groß und mit einem durchdringenden Organ ausgestattet: Das ist der Karolina-Laubfrosch, mit dessen Gehör sich Mark Bee beschäftigt. An der University of Minnesota untersucht der Wissenschaftler die akustische Kommunikation dieser und anderer Froscharten.

"Für mich als Biologe sind sie interessant, weil sie im Lauf ihrer Evolution Probleme gelöst haben, die auch wir Menschen lösen müssen. Zum Beispiel in einer lauten sozialen Situation Informationen aus einem bestimmten Stimmsignal zu entnehmen."

Das Cocktail-Party-Problem am Froschweiher

Eines der wichtigsten Signale für die Frösche ist der Paarungsruf der Männchen, mit dem sie ein Weibchen auf sich aufmerksam machen wollen. Beim Karolina-Laubfrosch kann der Ruf bis zu 100 Dezibel laut sein. Das entspricht in etwa der Lautstärke einer Kreissäge.

"In einem typischen Brutgewässer können ein- oder zweihundert rufenden Männchen sitzen. In manchen Fällen können außerdem bis zu einem Dutzend verschiedene Arten darunter sein. Und die alle rufen zur gleichen Zeit am gleichen Ort, um Weibchen der eigenen Art anzulocken. Wenn es je eine biologische Analogie zum Cocktail-Party-Problem gegeben hat- das ist sie."

Ein Mitarbeiter hält am 19.12.2014 bei einem Hörgeräteakustiker in Stuttgart zur Demonstration ein Hörgerät vor sein Ohr.  (dpa / Bernd Weißbrod) (dpa / Bernd Weißbrod)Forschung - Labor-Klangwelten für bessere Hörgeräte
In der U-Bahn, beim Autofahren oder im Restaurant: Fast immer sind wir von vielen Hintergrundgeräuschen umgeben. Für Menschen, die auf Hörgeräte angewiesen sind, wird das schnell zum Problem.

Wie im Chor des Quakens den richtigen Lover heraushören?

Bee und sein Team fragten sich, wie es den Froschweibchen gelingt, aus diesem Chor die Rufe von Männchen der eigenen Art herauszufiltern. Daraus kann ein Weibchen nicht nur Rückschlüsse auf die Qualitäten des Männchens ziehen, sie helfen ihm auch, einen potentiellen Partner der eigenen Art zu orten, um sich dann auf den Weg zu ihm zu machen. Keine leichte Aufgabe, bei der den Fröschen nicht nur die Ohren helfen. Denn die Amphibien können Töne auch über eine Verbindung zwischen Lunge und Innenohr wahrnehmen. Dabei werden Schwingungen aus der luftgefüllten Lunge über die Stimmritze, und die Eustachischen Röhren zwischen Mundhöhle und Ohr ins Innenohr weitergegeben. Bisher gab es die Vermutung, dass diese Verbindung den Fröschen vor allem beim Richtungshören hilft, also dabei, durch den Abgleich der Eindrücke beider Ohren die Quelle eines Geräusches zu lokalisieren. Doch als Mark Bee und sein Team diese Theorie genauer untersuchten, stießen sie auf eine anderes Phänomen.

"Und das war die Entdeckung, dass es dabei eine deutliche Abschwächung bestimmter Frequenzen gibt, die in einem schmalen Bereich zwischen 1400 und 2200 Hertz liegen. Es wurde sehr schnell sehr klar, dass dieser Bereich, in dem Geräusche unterdrückt werden, genau zwischen den Frequenzspitzen des Werberufs der Froschmännchen ihrer eigenen Art liegt.

Weibchen können gezielt Geräusche unterdrücken

Die Weibchen können also gezielt Geräusche unterdrücken, deren Schallfrequenz zu nah an denen der Paarungsrufe liegt. So werden die für sie interessanten Signale klarer. Wie das genau funktioniert, kann Mark Bee bisher nur vermuten.

"Wenn die Lunge mit Luft gefüllt ist, versetzen Töne von außen sie in Schwingungen, die eine bestimmte Frequenz haben. Und die liegt genau im Bereich zwischen 1400 und 2200 Hertz. Wir vermuten deshalb, dass die Lunge eine Art Phasenverschiebung erzeugt. Laute in diesem Frequenzbereich erreichen dann mit dieser Verschiebung von Innen das Trommelfell. Wenn ein entsprechender Laut von außen ankommt, drückt der eine von innen und der andere von außen. Daraus ergibt sich eine destruktive Interferenz, bei der die beiden Töne sich gegenseitig aufheben."

Ob diese Vermutung stimmt, wollen Mark Bee und seine Kollegen als nächstes herausfinden. Dann könnten das besondere Gehör der Frösche vielleicht dabei helfen, Geräuschfilter in Hörgeräten oder bei der automatischen Spracherkennung zu verbessern.

*Die frühere Version des Beitrags stand unter einer irreführend Überschrift. Wir habe sie daher geändert.

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