Studie: Das Gehirn verfolgt beim Wechsel zwischen Gesprächen kurz zwei Stimmen

Eine neue Studie zeigt: Wenn das Gehirn in einem lauten Raum seine Aufmerksamkeit von einer sprechenden Person auf eine andere verlagert, verfolgt es für kurze Zeit zwei Gespräche gleichzeitig.

In einem Zeitraum von etwa ein bis zwei Sekunden steigen die neuronalen Signale für die neue Stimme bereits an, bevor jene für die vorherige Stimme abklingen. Dadurch entsteht eine kurze Überlappung, in der beide Sprachströme in der Großhirnrinde repräsentiert sind.

Das Ergebnis liefert eine Erklärung dafür, weshalb manche Menschen sich in lauten Restaurants und auf vollen Feiern besser zurechtfinden als andere. Zugleich deutet es darauf hin, dass das Gehirn ein Gespräch nicht vollständig loslässt, bevor es sich dem nächsten zuwendet. Die frühere Stimme bleibt kurz verfügbar, falls die hörende Person wieder zu ihr zurückkehren möchte.

Einblick in das Experiment

Geleitet wurde die Untersuchung von Dr. Sara Carta vom Trinity College Dublin (TCD). Ihr Team platzierte 24 junge Erwachsene mit normalem Hörvermögen in der Mitte einer kreisförmigen Anordnung aus sechs Lautsprechern.

Zwei Lautsprecher standen vor den Teilnehmenden und waren um 60 Grad voneinander getrennt. Sie spielten gleichzeitig unterschiedliche TED-Vorträge ab. Die vier weiteren Lautsprecher befanden sich hinter den Teilnehmenden und erzeugten mit 16 vermischten Stimmen ein Stimmgemurmel – das akustische Pendant zu einem vollen Raum.

Ein kleiner Pfeil auf einem Bildschirm zeigte jeweils an, welchem der beiden vorderen Lautsprecher die Teilnehmenden folgen sollten. Alle 15 bis 30 Sekunden wechselte der Pfeil auf die andere Seite. Während des gesamten Tests erfasste eine EEG-Haube mit 64 Elektroden die Hirnreaktionen.

Die Teilnehmenden bewerteten das Umschalten auf einer Schwierigkeitsskala mit etwa drei von fünf Punkten. Dennoch beantworteten sie Fragen zum Inhalt des beachteten Vortrags mit einer Trefferquote von 86%.

Um Aufmerksamkeit zu messen, nutzten die Forschenden eine Methode namens zeitliche Antwortfunktion. Dieser mathematische Filter schätzt, wie eng die EEG-Aktivität den Schwankungen eines bestimmten Sprachsignals folgt. Eine starke Korrelation bedeutet daher, dass das Gehirn diese Stimme verfolgt.

Aufmerksamkeitswechsel zwischen konkurrierenden Stimmen

Selektives Hören bei Lärm wird erforscht, seit Colin Cherry in einer Veröffentlichung von 1953 das „Cocktailparty-Problem“ benannte. Spätere Studien zeigten, dass das Gehirn einen großen Teil dessen unterdrückt, was eine ignorierte Person sagt – allerdings nicht alles.

In den meisten früheren Untersuchungen blieben die Zuhörenden bei einer einzigen Zielstimme. Nur wenige Studien befassten sich damit, wie Menschen in Echtzeit zwischen Stimmen wechseln, obwohl dies der tatsächlichen Gesprächssituation näherkommt.

Cartas Team unterteilte jeden Aufmerksamkeitswechsel in zwei getrennte Vorgänge. Als Entkopplung bezeichneten die Forschenden den Rückgang der Hirnverfolgung für die vorherige Stimme, als Kopplung den Anstieg der Verfolgung für die neue Stimme. Würden beide Prozesse parallel ablaufen, wäre der Wechsel ein sauberer Tausch.

Genau das zeigten die Daten jedoch nicht. Die Kopplung begann vor der Entkopplung und endete auch früher. Die Reaktion des Gehirns auf die neue Stimme wurde stärker, während die Reaktion auf die alte Stimme noch aktiv war. Kurzzeitig waren beide Sprachströme gleichzeitig in der Großhirnrinde erkennbar.

Das Gehirn verfolgt kurzzeitig beide Stimmen

Die Überschneidung bedeutet nicht zwangsläufig, dass die zuhörende Person beide Sprechenden zur selben Zeit versteht.

Auf die Frage von Earth.com, ob jemand, der einer Unterhaltung am anderen Ende des Raums nur halb zuhört, das Gehörte tatsächlich aufnimmt, gab Professor Giovanni Di Liberto vom Trinity College Dublin, einer der leitenden Studienautoren, eine mögliche Erklärung.

„Eine Möglichkeit ist, dass wir Sprecher A noch für kurze Zeit überwachen, während wir zu Sprecher B wechseln, ohne ihn wirklich zu verstehen. Dieses Verständnis kann jedoch tatsächlich entstehen, falls es nötig wird“, sagte er.

Frühere Arbeiten hatten bereits belegt, dass unbeachtete Stimmen nicht vollständig verstummen. Selbst eine Person, die Zuhörende eigentlich ignorieren sollen, hinterlässt messbare akustische und sogar sprachliche Spuren in der Großhirnrinde.

Das neue Ergebnis ergänzt eine zeitliche Nuance. Die doppelte Kodierung während eines Wechsels ist nicht bloß eine Überwachung im Hintergrund. Vielmehr scheint sie Teil des Mechanismus zu sein, mit dem das Gehirn die Aufmerksamkeit von einer Stimme zur anderen weitergibt.

Umschalten erfordert Anstrengung

Alphawellen sind Oszillationen im Bereich von acht bis 12 Hertz. Beim Zuhören signalisieren sie mentale Anstrengung. Konzentrieren sich Menschen in einer lauten Umgebung auf eine Zielstimme, nimmt die Alphaleistung über dem hinteren Kopfbereich meist ab.

Dieses Muster zeigte sich auch hier, und der Zeitpunkt war aufschlussreich. Der niedrigste Wert der Alphaleistung trat ungefähr 4,5 Sekunden nach dem Wechsel des Pfeils auf – deutlich später als der Moment, zu dem die Sprachverfolgung des Gehirns bereits auf die neue Stimme übergegangen war.

Nachdem sich das Gehirn an die neue sprechende Person geheftet hatte, blieb der Aufwand hoch, während es die vorherige Stimme noch vollständig loszulassen versuchte. Diese Verzögerung legt nahe, dass ein Aufmerksamkeitswechsel mehr mentale Anstrengung kostet als das Verbleiben bei derselben Stimme.

Eine verwandte Studie nutzte Pupillenerweiterung und Alpha-Aktivität, um zu zeigen, dass wechselnde Zuhörende stärker arbeiten als Personen, die auf eine Stimme fokussiert bleiben. Die aktuelle Untersuchung ordnet diese zusätzliche Belastung dem Ende des Wechsels zu, wenn die Entkopplung noch aufholen muss.

Ob sich diese Lücke unter schwierigeren Hörbedingungen vergrößert, will Di Liberto als Nächstes prüfen. Im Gespräch mit Earth.com sagte er voraus: „Ich würde erwarten, dass schwierigere Aufgaben, die mehr kognitive Ressourcen beanspruchen, die Zeitspanne verkürzen, in der beide Sprecher verarbeitet werden können.“

Jeder Gesprächswechsel beginnt neu

Sprache zu verstehen bedeutet nicht allein, Klängen zu folgen. Zuhörende verwenden bereits gehörte Wörter, um vorherzusagen, was als Nächstes kommt, und die Sprachzentren des Gehirns zeigen deutliche Signaturen dieser Vorhersage.

Die Forschenden wollten herausfinden, was mit diesen Vorhersagen geschieht, wenn eine Person plötzlich zu einer anderen Stimme wechselt.

Dafür entwickelten sie mit einem großen Sprachmodell namens Mistral-7B vier mögliche Strategien. Bei einer nutzte das Gehirn den gesamten vorherigen Kontext der neuen Stimme aus dem früheren Verlauf des Tests. Eine andere berücksichtigte alles, dem die zuhörende Person bei beiden Stimmen Aufmerksamkeit geschenkt hatte.

Eine dritte Strategie verwendete ausschließlich den gerade verfolgten Sprachstrom. Die vierte verwarf bei jedem Wechsel sämtlichen vorherigen Kontext und begann neu – ein „Reset“-Ansatz.

Die Reset-Strategie stimmte mit den neuronalen Daten besser überein als die anderen Ansätze. Gemessen an der lexikalischen Entropie – einer fortlaufenden Schätzung dafür, wie unsicher das Gehirn hinsichtlich des nächsten Wortes ist – sagte sie die EEG-Aktivität präziser voraus als die Alternativen, die Kontext mitführten.

Dieses Resultat hatte das Team nicht erwartet. Es passt zu Gedächtnisforschung, wonach das Gehirn abrupte Veränderungen einer Szene als Ereignisgrenzen behandelt und für das Folgende gewissermaßen neu beginnt.

Wechselt eine hörende Person den Sprecher, könnte das Gehirn den vorherigen Kontext verwerfen, statt ihn weiterzutragen.

Warum Gespräche in Lärm schwieriger werden

Einem Gespräch in einer lauten Umgebung zu folgen, ist für Menschen mit Hörverlust ein häufiges Problem. Außerdem gehört dies zu den ersten kognitiven Veränderungen, die mit zunehmendem Alter auftreten.

Herkömmliche Hörgeräte verstärken Schall. Sie helfen jedoch kaum Menschen, die zwischen verschiedenen Personen an einem Tisch wechseln möchten.

Wie stark diese kurze doppelte Verfolgung ausfällt, könnte von Mensch zu Mensch unterschiedlich sein.

„Die von uns abgeleitete objektive Messgröße könnte genutzt werden, um unter anderem verschiedene Dimensionen wie frühe Entwicklung, Hördefizite und Alterung zu untersuchen“, sagte Di Liberto.

Geräte, die die Aufmerksamkeit ihrer Trägerinnen und Träger anhand von EEG- oder ähnlichen Signalen erfassen, sind ein aktives Forschungsfeld. Ein System, das ausschließlich das neue Ziel erkennt, könnte die vorherige Stimme für ein oder zwei Sekunden unberücksichtigt lassen, während das Gehirn sie noch vollständig loslässt.

Das Gehirn beginnt von vorn

Die Ergebnisse zeigen zudem eine Grenze dafür auf, wie viele Informationen das Gehirn beim Wechsel zwischen Gesprächen mitnimmt.

Statt das, was jemand vor wenigen Augenblicken gesagt hat, mit den Worten der nächsten sprechenden Person zu verknüpfen, scheint das Gehirn von vorn anzufangen.

Das erklärt, weshalb die Erinnerung an ein nur halb gehörtes Gespräch oft so lückenhaft wirkt. Der Kontext, der die Wörter miteinander hätte verbinden können, wurde beim Wechsel nie übernommen.