Die perfekte Schallwelle

Der Weg zum Herzen führt über das Ohr“, besagt ein arabisches Sprichwort. Und für den römischen Redner Cicero (106 bis 43 vor Christus) war Hören gleichbedeutend mit dem Streben nach Wahrheit. Neben den anderen Sinnen liefert uns das Gehör Eindrücke von unserer Umwelt – und durch diese können wir lernen.

Um die Höreindrücke jedoch verarbeiten zu können, müssen zunächst Schallwellen in elektrische Impulse umgewandelt werden, mit denen das Gehirn etwas anfangen kann. Ohrmuschel und Gehörgang nehmen den Schall auf. Sie leiten die akustischen Signale an das Mittelohr weiter. Diesen Vorgang bildeten bereits die alten Ägypter ab: Wandmalereien zeigen Frauen, die ihre Hand an die Ohrmuschel halten, um besser zu hören.
Im Mittelohr treffen die Signale auf das Trommelfell, eine durchsichtige Membran, die äußerst stabil und gleichzeitig hoch sensibel ist. Manche Menschen werden sogar ohnmächtig, wenn man ihr Trommelfell berührt. Die Nervenfasern auf der mit 0,1 Millimeter hauchdünnen Zellschicht reagieren auf jeden Reiz. Winzige Bindegewebsfasern sind gegen den Druck ausgerichtet – eine Anordnung, nach der Physiker und Ingenieure Brücken konstruieren: Sie garantiert ein Höchstmaß an Stabilität.

Hinter der Membran liegen in der luftgefüllten Paukenhöhle die Gehörknöchelchen – gemäß ihrem Aussehen heißen sie Hammer, Amboss und Steigbügel. Wie auch das Trommelfell sollen sie die Schalldruckwellen verstärken. Alle gemeinsam schaffen eine bis zu 20-fache Verstärkung, indem das Trommelfell in Schwingung versetzt wird und diese Bewegung auf die Gehörknöchelchen überträgt.

Der Steigbügel spielt eine wichtige Rolle – auch abgesehen davon, dass er oft in Quizsendungen vorkommt, weil er der kleinste Knochen im menschlichen Körper ist. Darüberhinaus verbindet er das Mittelohr mit der Gehörschnecke (lateinisch Cochlea) im Innenohr. Seine Fußplatte ist beweglich in ihr „ovales Fenster“ eingesetzt und überträgt die Schwingungen des Trommelfells auf die Flüssigkeit in der Schnecke. Zu den Aufgaben des Steigbügels gehört aber nicht nur die Schallübertragung, er hat auch eine Schutzfunktion: Einer seiner Muskeln spannt sich reflexartig an, wenn hohe Schalldrücke auf das Ohr einwirken. Dadurch versteift sich die Gehörknöchelchenkette – der Weg ist blockiert.

Die Cochlea windet sich mit ihren drei flüssigkeitsgefüllten, übereinander liegenden Kanälen wie das Gehäuse einer Schnecke in das Innenohr. Sie ist etwa 33 Millimeter lang. Am Boden des mittleren Kanals recken sich auf der „Basilarmembran“ feine Haarzellen in die Höhe. In einem menschlichen Ohr sind etwa 20 000 davon in vier Reihen angeordnet. Trifft nun der Schall vom Mittelohr im Innenohr ein, so erzeugt er dort eine Welle. Man spricht auch von der „Wanderwelle“, weil diese weiter durch das Innenohr wandert.

Während die Welle durch das Innenohr läuft wird mechanisch auf ausgeklügelte Weise die Frequenz des Geräusches analysiert: Weil die Cochlea mit steigendem Abstand vom ovalen Fenster schmaler und die Basilarmembran breiter und fester wird, ändern sich ihre mechanischen Eigenschaften – damit besteht die Möglichkeit, unterschiedliche Frequenzen unterschiedlich wahrzunehmen. Je nachdem, an welcher Stelle der Basilarmembran die Schwingung ihr Maximum erreicht, nimmt der Besitzer des Ohrs unterschiedliche Tonhöhen wahr.
Sehr hohe Töne schwingen in der Nähe des ovalen Fensters der Cochlea maximal aus, tiefere Töne lassen dagegen vor allem ihren oberen Teil am stärksten vibrieren. Für diese Erkenntnisse erhielt Georg von Békésy 1961 den Nobelpreis. Ein gesunder Mensch kann Frequenzen von 20 bis 18 000 Hertz wahrnehmen. Der Frequenzumfang nimmt mit dem Alter ab. Besonders tiefe Schallfrequenzen dringen nicht nur durch den Gehörgang ins Innenohr, sondern auch direkt durch den Schädelknochen. Auch beim Sprechen gelangen über diese „Knochenleitung“ die tiefen Anteile der Stimme überproportional stark ans Innenohr. Elektronisch aufgezeichnet klingt die eigene Stimme daher höher und fremd.

Bevor aber überhaupt ein Höreindruck entstehen kann, müssen die Schwingungen noch von der Cochlea zum Gehirn weitergegeben werden: Die Haarzellen auf der Basilarmembran werden in innere und äußere Haarzellen unterschieden. Während die äußeren Haarzellen als akustische Vorfilter dienen, übersetzen die inneren Haarzellen die Vibration in Nervenimpulse. Sie leiten die Reizinformationen an etwa 20 Nervenzellen weiter. Deren Fortsätze bilden den Hörnerv, der wiederum ins Gehirn führt. Dort laufen die Fasern über eine Reihe komplexer Umschaltstationen zur Hörrinde. Erst dort nehmen wir Töne bewusst wahr. Die Hörrinde analysiert auch Klangmischungen – vor allem die Sprache.

Logisch ist, dass die Fähigkeit zu Hören auch Voraussetzung für die Entwicklung von Sprache ist. Die entsprechenden Gehirnzellen sind bei Säuglingen angelegt. „Nur die Verknüpfungen müssen sich noch bilden“, erläutert Prof. Thomas Lenarz, Leiter der HNO-Klinik der Medizinischen Hochschule Hannover (MHH). Sprache, Geräusche oder Musik bahnen sich also selbst ihren Weg ins Gehirn. Schon Ungeborene hören die Atemgeräusche und Herzschläge ihrer Mutter – wenn ihr Gehör in Ordnung ist. “Ärzte sind in der Lage, bereits am vierten Tag nach der Geburt festzustellen, ob das Gehör des Babys gestört ist“, sagt Lenarz. „Um fatale Folgen zu vermeiden, sollte frühestmöglich ein Neugeborenen-Screening veranlasst werden.“ Wenn etwa die Hörschnecke nicht richtig funktioniert, können Ärzte sie mit Implantaten ersetzen – und die Hörbahn, der Weg vom Innenohr zur Hörrinde, reift wie vorgesehen. Doch nach sechs bis acht Jahren können selbst Spezialisten tauben Kindern nicht mehr helfen: Ihr Hörnerv ist verkümmert.