Die Existenz von kritischen Bandbreiten ist auf eine fundamentale Eigenschaft des menschlichen Gehörs zurückzuführen. Die experimentell nachgewiesenen Zusammenhänge, z.B. bei Maskierungseffekten, deuten darauf hin, dass kritische Bandbreiten auf der Auflösungsbandbreite der physiologischen Mechanismen des Gehörs beruhen.

Neuronale Erregungsmuster sind ein Modell, dass u.a. Maskierungseffekte und Lautheitssummation auf physiologische Mechanismen zurückführt.

Das Prinzip neuronaler Erregungsmuster

Neuronale Erregungsmuster sind ein Modell der internen Repräsentation des Spektrums eines Stimulus. Sie beruhen auf der Frequenzselektivität einzelner Fasern des Hörnervs sowie auf der Auflösungsbandbreite der Basilarmembranschwingung .

Neuronale Frequenztuningkurven (Frequency Tuning Curves, FTCs) zeigen, dass Neuronen nicht nur auf ihre charakteristische Freuqenz, sondern auf ein schmales Band von Frequenzen in der Nähe dieser Frequenz reagieren [Abb.].

[Abb. 5.6] Neuronale Frequenztuningkurven für drei verschiedene Hörnervenfasern einer Katze. Die Pfeile markieren die jeweilige charakteristische Frequenz.

Ein einzelner Ton löst somit nicht nur die Reaktion eines einzelnen Neurons aus, sondern erzeugt auch Aktivität in Neuronen mit angrenzenden charakteristischen Frequenzen.

Wenn man die Neuronen entsprechend ihrer charakteristischen Frequenz auf einer Achse anordnet und entlang dieser Achse deren Aktivität aufträgt, erhält man Muster der Verteilung neuronaler Aktivität auf der Basilarmembran, sogenannte neuronale Erregungsmuster.

[Abb. 5.7] (a) Spektrum eines einzelnen Sinustons; (b) resultierende Basilarmembranschwingung; (c) resultierendes neuronales Erregungsmuster. (Achtung! Die schematische Darstellung der Basilarmembran ist hier im Gegensatz zur Ausrichtung der Abbildungen im Abschnitt über die Gehörphysiologie wegen der besseren Vereinbarkeit mit der üblichen Ausrichtung der Frequenzskala gespiegelt - Apex und Basis sind vertauscht)

Berechnung neuronaler Erregungsmuster

Da beim Menschen keine direkte Messung neuronaler Aktivität möglich ist, werden Maskierungsmuster aus den einzelnen auditiven Filtern [Abb. 5.8 rechts] abgeleitet.

[Abb. 5.8] Spektrum eines einzelnen Sinustons (links) und verschieden breite, überlappende Filter entlang eines Frequenzbands (rechts)

[Abb. 5.9] Berechnung des neuronalen Erregungsmusters aus den Ausgangsignalen mehrerer auditiver Filter

Die Flanke zu den hohen Frequenzen hin fällt etwas flacher ab als die zu den tiefen Frequenzen. Das liegt an der mit höherer Frequenz zunehmenden Breite der auditiven Filter.