Verwerking muziek en taal in ons brein nog complexer dan gedacht

10 december 2015

Sommige delen van onze hersenen die geluid verwerken hebben voor elke toonhoogte een opeenvolgend plekje, net als het toetsenbord van een piano. Eén deeltje – het auditieve deel van de thalamus – verwerkt elke klank zelfs op twee ‘toetsenborden’ naast elkaar. Dat is een van de ontdekkingen van hersenonderzoeker Michelle Moerel, die met Rubicon-financiering van NWO-MaGW in het Center for Magnetic Resonance Research (CMRR) in Minneapolis (USA) metingen verrichtte naar klankverwerking door mensen. Haar bevindingen zijn recent gepubliceerd in Scientific Reports.

Man luistert naar muziek via hoofdtelefoonFoto: Shutterstock

Ultra-sterk magnetisch veld

Michelle Moerel onderzocht in twee kleine subcorticale – onder de hersenschors gelegen – gebieden in het menselijke brein hoe mensen geluiden verwerken. Deze zogeheten inferieure colliculi, waarvan iedereen er twee heeft, en het auditieve deel van de thalamus, maken deel uit van het gehoorsysteem in de hersenen. Omdat het gebiedjes zijn van slechts enkele kubieke millimeters in omvang, maakte Moerel gebruik van MRI-scanners met een ultra-sterk magnetisch veld met een vermogen van 7 Tesla. Daardoor konden de onderzoekers de hersenen en hersenprocessen met een veel hogere resolutie zien dan met conventionele MRI-scanners mogelijk is.

Moerel: ‘In ons land zijn ook zulke krachtige scanners, maar bij CMRR kon ik leren van experts op dit gebied. We weten nog zo weinig over de menselijke hersengebieden die zich met geluid bezighouden. Bij dieren is al meer bekend. Maar wat zich in een mensenhoofd afspeelt is veel complexer. Wij verwerken immers ingewikkelde geluiden als gesproken taal en muziek. Hoe wij daar precies toe in staat zijn is voor een groot deel nog onduidelijk.’

Tijdens het experiment kregen proefpersonen in de MRI-scanner allerlei geluiden te horen, zoals muziek, diergeluiden en spraak. Deze geluiden kwamen van verschillende locaties ten opzichte van de participant. Het onderzoek leverde op dat geluid dat van links komt, in de rechter inferieure colliculus en thalamus verwerkt wordt. En andersom. Dit resultaat verraste niet, omdat dit ook uit eerder dierenonderzoek gebleken was.

Twee toetsenborden

Maar de onderzoekers vonden nóg iets. In zowel de inferieure colliculi als in de thalamus is geluidsverwerking ‘tonotopisch’ georganiseerd, oftewel per toonhoogte. Elk stukje in de onderzochte gebieden reageerde het beste op een bepaalde geluidsfrequentie. Dat konden de onderzoekers zien omdat dat deel op zo´n moment het meeste zuurstof verbruikt. Opeenvolgende toonhoogtes blijken naast elkaar te worden verwerkt, te vergelijken met de toetsen op een piano. En nog opmerkelijker: in de inferieure colliculi is sprake van één representatie (‘volledig toetsenbord’) van alle toonhoogtes, in het auditieve deel van de thalamus zijn dat twee van die ´toetsenborden´. Waarom juist daar die dubbele verwerking van alle toonhoogtes is onduidelijk.

Het is de eerste keer dat geluidsverwerking in de auditieve thalamus is onderzocht. Van oudsher houden hersenonderzoekers zich meer bezig met visuele verwerking in het brein en veel minder met die van geluid.

Meer informatie

Michelle Moerel (1985) startte in 2013 haar onderzoeksproject ‘Singing birds and human voices: Processing of natural sounds by the human brain’ aan de University of Minnesota, Center for Magnetic Resonance Research – CMRR Medical School met Rubicon-financiering.

Moerel is inmiddels aan de Maastricht University, Faculty of Psychology and Neuroscience, Cognitive Neuroscience en het Maastricht Centre for Systems Biology (MaCSBio) met Veni-financiering begonnen aan het project ‘Whose phone is that? An ultra-high field fMRI investigation of attentive listening and auditory cortical plasticity’.

Het programma Rubicon laat recent gepromoveerde wetenschappers ervaring opdoen aan een buitenlands topinstituut. Dat is een belangrijke opstap voor een wetenschappelijke carrière.

Veni biedt persoonsgebonden financiering aan talentvolle, creatieve onderzoekers. Het financieringsinstrument, onderdeel van de Vernieuwingsimpuls, maakt het mogelijk onderzoek naar eigen keuze te doen.

Moerel promoveerde eerder aan Maastricht University met Toptalent-financiering van NWO.


Bron: NWO

Kenmerken

Wetenschapsterrein

Maatschappij- en Gedragswetenschappen Hersenen, Cognitie, Gedrag

Programma

Rubicon

Speerpunt

Investeren in talent en vrij onderzoek (2011-2014)