Tonotopie
Lors de l' écoute , les processus d'analyse des signaux acoustiques se déroulent à plusieurs niveaux dans le cerveau . Ils sont la base du décodage ultérieur, en particulier pour la compréhension humaine du langage . Le terme tonotopia (dérivé du grec ancien a) τόνος tonos , allemand , «celui avec lequel on serre quelque chose» , «ficelle», «corde», «ceinture»; «Tension», «emphase», «force»; «Élévation», «son de la voix» / b) τόπος topos , «lieu» allemand , «lieu», «région», «zone», «localité», «espace») fait référence à la première étape principale de l'analyse sonore .
Dans l'oreille interne ( cochlée ), les vibrations mécaniques provenant de l'extérieur sont converties en impulsions neurales , ordonnées anatomiquement en fonction de la fréquence ( pitch ): hautes fréquences à l'extrémité externe, basses fréquences à l'extrémité interne. D'où le nom "Ton-Ort". Dans le brin principal de la voie auditive dans le cerveau, le tri anatomique en fonction de la fréquence (pitch ) est retenu dans plusieurs zones du cerveau ( cortex auditif ).
Cartographie de la fréquence
Lors de l'écoute de l'enregistrement de l'extérieur sont des ondes sonores par les mouvements de l'étrier (initialement via la fenêtre ovale vers les chambres à liquide scala vestibuli ) dans la cochlée ( transmise cochléaire ). La propagation en forme d'onde d'un déplacement (minimal) de liquide ( onde progressive ) conduit à une déviation errante de la membrane basilaire , qui divise la cochlée en deux chambres remplies de périlymphe , qui sont reliées à la pointe de l'escargot ( hélicotrème ) . L' organe de Corti avec les cellules ciliées est situé sur la membrane basilaire . Ceux-ci sont capables de détecter les cisaillements de la membrane composite via les plus fins «poils». Ce qui suit s'applique: plus la déviation est forte (une forte onde sonore en était la cause), plus l'effet de cisaillement est fort, plus les neurones des cellules ciliées se déclenchent souvent, plus un stimulus ou un bruit est perçu. Cependant, c'est précisément là que réside le point faible du système, qui évolutif biologiquement ne s'est pas adapté aux niveaux sonores élevés du présent et, surtout, peut être endommagé à ce stade: chez les mammifères, les blessures et la perte de poils sont irréversibles, c'est-à-dire incurable.
Pour des raisons anatomiques, le système de cellules ciliées est agencé de manière à ce que chaque fréquence acoustique audible ait son emplacement spécifique de sensibilité maximale. Plus l'emplacement de la déviation maximale est proche de la fenêtre ovale (ici les vibrations mécaniques sont couplées dans le système hydraulique), plus la tonalité est élevée. Plus le maximum se rapproche de l'hélicotrème, plus le ton est bas. Cela signifie qu'une fréquence spécifique est attribuée à chaque emplacement sur la membrane basilaire. La transformation fréquence-emplacement a lieu de manière non linéaire (voir échelle de fréquence). Les fréquences enregistrées sur la membrane basilaire sont cartographiées dans le cerveau sous la forme d'un ruban jusqu'au cortex auditif . Les hautes fréquences jusqu'à 20 000 Hz sont médialement en arrière, les basses fréquences jusqu'à 200 Hz sont représentées latéralement à l'avant. Il y a donc encore des zones où une certaine fréquence est attribuée à chaque emplacement.
La tonotopie est donc également appelée cartographie fréquentielle et représente à cet égard une variante du somatotopique .
Différenciation conceptuelle des somatotopiques
La tonotopie n'est pas une cartographie point à point des régions du corps. Il ne s'agit donc pas d'une somatotopie comme avec le cortex sensori - moteur . Dans le cas de la tonotopie, aucune partie du corps n'est représentée, mais la bande passante d' une grandeur physique (fréquence acoustique).
Si on entend uniquement l'enregistrement physiologiquement mesurable d'une certaine fréquence pure (son monofréquence) en un certain point de la membrane basilaire et non le type de transmission topiquement structuré vers le système nerveux central (SNC), alors on ne parle pas de tonotopie , mais de localisation tonique sur la membrane basilaire.
Ces critères généraux de la figure ont conduit à l'appellation «carte», voir ci-dessous la section Cartes tonotopes . Le terme carte, comme il est d'usage dans le langage des réseaux , désigne la représentation ou la représentation spatialement ordonnée de caractéristiques générales au sens de similitude, de fréquence et d'importance (pertinence). Dans le cas de la tonotopie, c'est la représentation continue des fréquences acoustiques. En anglais, le système nerveux central est appelé organisation topographique selon les critères mentionnés .
Fréquence et hauteur
La hauteur est une perception d'ordre supérieur. Plusieurs étapes de prétraitement sont nécessaires pour extraire et synthétiser les informations du stimulus physique nécessaires à la représentation d'une hauteur perçue. Pour les sons sinusoïdaux simples générés électroniquement (son monofréquence), le lieu d'excitation sur la membrane basilaire est bien corrélé avec la hauteur perçue. Dans la nature, cependant, il n'y a que des tons complexes (son multi-fréquences). Celles-ci génèrent de multiples maxima d'excitation, avec lesquels une corrélation avec la hauteur perçue n'est souvent que faible ou totalement absente. Sans traitement supplémentaire dans le cerveau, les informations tonotopiques dans l'oreille interne seraient insuffisantes pour représenter la hauteur perçue.
Cartes tonotopiques
Des cartes tonotopiques ont été créées à l' aide de méthodes neurophysiologiques . Celles-ci, comme d'autres cartographies neurophysiologiques, ont également servi plus tard de modèles pour des modèles d' auto-organisation dans des réseaux de neurones artificiels ( réseaux de Kohonen ). De telles cartes ont également été créées pour les animaux. Vous avez z. B. Avec une certaine espèce de chauve-souris, il y a une forte propagation exactement dans la zone qui correspond à une bande de fréquence étroite autour de 61 kHz, dans laquelle l'animal est spécialisé pour sa propre orientation et pour la chasse. Pour ce faire, il utilise une analyse neuronale du décalage Doppler de la réflexion des signaux transmis par l'utilisateur.
Comprendre la langue
Les cartes tonotopiques du cerveau forment la base du décodage des plus petites unités de sons de la parole ( téléphone ) et donc de la représentation des plus petites unités sonores abstraites ( phonèmes ). Ceci est particulièrement clair dans le cas des voyelles , où des signaux dans certaines gammes de fréquences ( formants ) permettent le décodage des voyelles et l'enregistrement des caractéristiques vocales personnelles du locuteur.
Voir également
- Rétinotopie , illustration des régions du champ visuel dans le SNC
- Chimiotopie , cartographie par type de récepteurs olfactifs dans l' organe olfactif
Preuve individuelle
- ↑ Peter Duus : Diagnostics neurologiques topiques. Anatomie, physiologie, clinique. Georg Thieme, Stuttgart 5 1990, ISBN 3-13-535805-4 , pages 156, 367, 373.
- ^ Alfred Benninghoff , Kurt Goerttler : Manuel d'anatomie humaine. Montré avec une préférence donnée aux relations fonctionnelles. Volume 3: Système nerveux, peau et organes sensoriels. Urban et Schwarzenberg, Munich 7 1964, p. 510.
- ↑ Manfred Spitzer : Spirit on the Net. Modèles d'apprentissage, de réflexion et d'action. Spektrum Akademischer Verlag, Heidelberg 1996, ISBN 3-8274-0109-7 , p. 115 s., 121 (a), 231 s. (B)
- ^ CN Woolsey: Cartes auditives multiples . enregistrer 3 : Organisation sensorielle corticale. Humana Press, Clifton (NJ) 1982 (anglais).
- ↑ N. Suga, et al .: Représentation tonotopique disproportionnée pour le traitement des signaux sonar CF-FM dans le cortex auditif de la chauve-souris moustache . Dans: Science . enregistrer 194 , 1976, p. 542-544 (anglais).
- ↑ G. Dehaene-Lambetz, et al.: Vitesse et corrélats cérébraux de la discrimination syllabique chez les nourrissons . Dans: Nature . enregistrer 370 , 1994, pp. 292-295 (anglais).