Studie: Das Gehirn verfolgt beim Wechsel kurz zwei Gespräche

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

In einem Zeitfenster von etwa ein bis zwei Sekunden steigen die neuronalen Signale für die neue Stimme bereits an, bevor jene der vorherigen Stimme abklingen. Dadurch entsteht eine kurze Überschneidung, in der beide Sprachströme in der Großhirnrinde abgebildet werden.

Das Ergebnis liefert eine Erklärung dafür, warum manche Menschen sich in lauten Restaurants und auf gut besuchten Partys besser zurechtfinden als andere. Zudem deutet es darauf hin, dass das Gehirn ein Gespräch nicht vollständig loslässt, bevor es sich dem nächsten zuwendet. Die vorherige sprechende Person bleibt kurz verfügbar, falls Zuhörende wieder zu ihr zurückkehren möchten.

Einblick in das Experiment

Die Untersuchung wurde von Dr. Sara Carta am Trinity College Dublin (TCD) geleitet. Ihr Team setzte 24 junge Erwachsene mit normalem Hörvermögen in die Mitte einer kreisförmigen Anordnung aus sechs Lautsprechern.

Zwei Lautsprecher standen vor den Teilnehmenden und waren in einem Winkel von 60 Grad voneinander getrennt. Sie spielten gleichzeitig unterschiedliche TED-Vorträge ab. Aus den vier hinter den Teilnehmenden aufgestellten Lautsprechern kam das Summen von 16 gemischten Stimmen – das akustische Gegenstück zu einem vollen Raum.

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

Die Teilnehmenden bewerteten den Wechsel mit etwa drei von fünf Punkten als schwierig. Trotzdem beantworteten sie Fragen zum Inhalt des beachteten Vortrags mit einer Genauigkeit von 86 %.

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

Aufmerksamkeitswechsel zwischen konkurrierenden Stimmen

Selektives Zuhören in Lärmumgebungen wird untersucht, seit Colin Cherry das „Cocktailparty-Problem“ 1953 in einer Facharbeit benannte. Spätere Studien zeigten, dass das Gehirn einen großen Teil dessen unterdrückt, was eine ignorierte Person sagt – allerdings nicht alles.

Die meisten früheren Untersuchungen ließen Zuhörende bei einem einzigen Zielsprecher bleiben. Nur wenige befassten sich damit, wie Menschen in Echtzeit zwischen Stimmen wechseln, obwohl dies dem tatsächlichen Verlauf von Gesprächen näherkommt.

Cartas Team zerlegte jede Aufmerksamkeitsverlagerung in zwei Vorgänge. Als Loslösen definierten die Forschenden den Rückgang der Hirnverfolgung der vorherigen Stimme, während Andocken den Anstieg der Verfolgung der neuen Stimme bezeichnete. Würden beide Prozesse parallel ablaufen, wäre der Wechsel ein sauberer Austausch.

Genau das ergaben die Daten jedoch nicht. Das Andocken setzte vor dem Loslösen ein und war auch früher abgeschlossen. Die Hirnreaktion auf die neue Stimme nahm zu, obwohl die Reaktion auf die alte noch aktiv war. Für kurze Zeit erschienen beide Sprachströme gleichzeitig in der Großhirnrinde.

Das Gehirn verfolgt kurzzeitig beide Stimmen

Die Überschneidung bedeutet nicht zwangsläufig, dass Zuhörende beide Personen gleichzeitig verstehen.

Auf die Frage von Earth.com, ob eine Person, die quer durch einen Raum nur halb zuhört, das Gehörte tatsächlich aufnimmt, gab Professor Giovanni Di Liberto vom Trinity College Dublin, einer der leitenden Autoren der Studie, eine mögliche Erklärung.

„Eine Möglichkeit ist, dass wir beim Wechsel zu Sprecher B Sprecher A noch kurz überwachen, ohne ihn wirklich zu verstehen. Dieses Verständnis könnte jedoch entstehen, wenn es nötig ist“, sagte er.

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

Das neue Ergebnis ergänzt eine zeitliche Besonderheit. Die doppelte Kodierung während eines Wechsels ist nicht bloß Hintergrundüberwachung. Vielmehr scheint sie Teil des Mechanismus zu sein, mit dem das Gehirn die Aufmerksamkeit von einer Stimme an die nächste übergibt.

Aufmerksamkeitswechsel erfordern 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 im hinteren Bereich des Kopfes typischerweise ab.

Dieses Muster zeigte sich auch hier, wobei der Zeitpunkt aufschlussreich war. Der Tiefpunkt der Alphaleistung wurde etwa 4,5 Sekunden nach dem Umspringen des Pfeils erreicht – deutlich später als der Moment, zu dem die Sprachverfolgung des Gehirns bereits zur neuen Stimme übergegangen war.

Nachdem sich das Gehirn an die neue sprechende Person geheftet hatte, blieb der Aufwand hoch, während es die vorherige Stimme endgültig losließ. Diese Verzögerung legt nahe, dass ein Aufmerksamkeitswechsel mehr mentale Anstrengung verlangt als bei derselben Stimme zu bleiben.

Eine verwandte Studie nutzte Pupillenerweiterung und Alpha-Aktivität, um zu zeigen, dass wechselnde Zuhörende stärker arbeiten als Menschen, die bei einer Stimme konzentriert bleiben. Die neue Untersuchung verortet diese zusätzliche Belastung am Ende des Wechsels, wenn das Loslösen noch aufholt.

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 nur, Klänge nachzuverfolgen. Zuhörende verwenden bereits gehörte Wörter, um vorherzusagen, was als Nächstes folgt, und die Sprachzentren des Gehirns zeigen deutliche Signaturen dieser Vorhersage.

Die Forschenden wollten herausfinden, was mit diesen Erwartungen geschieht, wenn eine Person plötzlich die sprechende Person wechselt.

Zur Prüfung entwickelten sie mithilfe eines großen Sprachmodells namens Mistral-7B vier mögliche Strategien. Bei einer davon nutzte das Gehirn den gesamten vorherigen Kontext der neuen Stimme aus dem früheren Verlauf des Versuchs. Eine weitere bezog alles ein, worauf die Zuhörenden bei beiden Stimmen geachtet hatten.

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

Der Reset-Ansatz passte besser zu den neuronalen Daten als die anderen Varianten. Verglichen mit der lexikalischen Entropie – einer fortlaufenden Schätzung, wie unsicher das Gehirn beim nächsten Wort ist – sagte er die EEG-Aktivität genauer voraus als die Alternativen, die Kontext weitertrugen.

Mit diesem Ergebnis hatte das Team nicht gerechnet. Es passt zu Gedächtnisforschung, wonach das Gehirn abrupte Veränderungen in einer Szene als Ereignisgrenzen behandelt und für das Folgende neu beginnt.

Wechselt eine Person die sprechende Person, verwirft das Gehirn möglicherweise den vorherigen Kontext, anstatt ihn mitzunehmen.

Warum laute Gespräche schwieriger werden

Gesprächen in einem lauten Raum zu folgen, fällt Menschen mit Hörverlust häufig schwer. 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 ausgeprägt ist, könnte sich von Person zu Person unterscheiden.

„Die von uns abgeleitete objektive Messgröße könnte genutzt werden, um verschiedene Dimensionen zu untersuchen, darunter frühe Entwicklung, Hördefizite und Alterung“, 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 nur das neue Ziel erkennt, könnte die vorherige sprechende Person noch ein oder zwei Sekunden einbeziehen, während das Gehirn sie erst vollständig loslässt.

Das Gehirn beginnt von vorn

Die Ergebnisse zeigen zugleich, wie begrenzt die Menge an Informationen ist, die das Gehirn beim Wechsel zwischen Gesprächen weiterträgt.

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

Das erklärt, warum die Erinnerung an ein nur halb gehörtes Gespräch oft so lückenhaft wirkt. Der Kontext, der die einzelnen Wörter miteinander verbunden hätte, wurde beim Wechsel nie übertragen.