ⓘ Sam Badmaeva via Unsplash
Eine Nahaufnahme eines menschlichen Ohrs.
Durch das Training eines künstlichen neuronalen Netzwerks, das gezielt bestimmte Klangmerkmale hervorhebt, haben Wissenschaftler neue Erkenntnisse gewonnen. So konnten sie die biologischen Mechanismen entschlüsseln, die es uns ermöglichen, uns in einer lauten Umgebung auf ein einzelnes Gespräch zu konzentrieren.
Seit Jahrzehnten beschäftigen sich Neurowissenschaftler mit dem sogenannten „Cocktailparty-Problem“ – der bemerkenswerten Fähigkeit des menschlichen Gehirns, sich inmitten eines lauten Stimmengewirrs gezielt auf eine einzelne Stimme zu konzentrieren. Schon länger ist bekannt, dass das Gehirn diesen Fokus erreicht, indem es die Aktivität von Neuronen verstärkt, die auf bestimmte akustische Merkmale spezialisiert sind. Bislang fehlte jedoch ein funktionierendes Computermodell, das belegen konnte, dass dieser Mechanismus auch unter realen Bedingungen funktioniert.
Kürzlich gelang es einem Forschungsteam des Massachusetts Institute of Technology (MIT), ein künstliches neuronales Netzwerk zu entwickeln, das diese menschliche Hörfähigkeit nachbildet. Die im Fachjournal Nature Human Behaviour veröffentlichte Studie zeigt, dass das Gehirn dafür eine Strategie nutzt, die in der Forschung als „multiplicative feature gains“ bezeichnet wird. Vereinfacht gesagt funktioniert das Gehirn wie ein äußerst präziser Lautstärkeregler. Konzentriert sich eine Person auf eine bestimmte Stimme, verstärkt das Gehirn gezielt jene neuronalen Signale, die mit ihren charakteristischen Merkmalen – etwa der Tonhöhe – verknüpft sind. Gleichzeitig werden konkurrierende Hintergrundgeräusche abgeschwächt.
Um dies zu testen, gab das MIT-Team seinem künstlichen Modell zunächst einen kurzen Audiohinweis auf eine bestimmte Stimme und spielte ihm anschließend eine laute Mischung überlappender Sprecher vor. Das Modell konnte die Zielstimme dabei erfolgreich herausfiltern und erzielte unter verschiedenen Bedingungen eine Leistung, die mit der des Menschen vergleichbar war. Es reproduzierte sogar typische menschliche Hörfehler, etwa die Schwierigkeit, zwei verschiedene Stimmen voneinander zu trennen, wenn sie eine ähnliche Tonhöhe haben.
Keines unserer Modelle besaß bislang die Fähigkeit, die Menschen haben: gezielt auf ein bestimmtes Objekt oder ein bestimmtes Geräusch hingewiesen zu werden und die eigene Reaktion anschließend genau daran auszurichten. Das war eine echte Einschränkung. – Josh H. McDermott, korrespondierender Autor der Studie.
Das Modell ermöglichte es den Forschern außerdem, zu untersuchen, wie sich die räumliche Position von Schallquellen auf das Hören auswirkt. Es sagte voraus, dass sich Stimmen deutlich leichter unterscheiden lassen, wenn die Sprecher horizontal statt vertikal voneinander getrennt sind – ein Effekt, den das Team anschließend auch in Versuchen mit Menschen bestätigen konnte. Die Forscher hoffen, dass das Modell künftig den Weg für fortschrittlichere Cochlea-Implantate ebnen könnte, die Menschen dabei helfen, ihre Aufmerksamkeit in lauten und unübersichtlichen Umgebungen besser auf einzelne Stimmen zu richten.
I have always been fascinated by technology and digital devices my entire life and even got addicted to it. I have always marveled at the intricacy of even the simplest digital devices and systems around us. I have been writing and publishing articles online for about 6 years now, just about a year ago, I found myself lost in the marvel of smartphones and laptops we have in our hands every day. I developed a passion for learning about new devices and technologies that come with them and at some point, I asked myself, „Why not get into writing tech articles?“ It is useless to say I followed up the idea — it is evident. I am an open-minded individual who derives an infinite amount of joy from researching and discovering new information, I believe there is so much to learn and such a short life to live, so I put my time to good use — learning new things. I am a ‚bookworm‘ of the internet and digital devices. When I am not writing, you will find me on my devices still, I do explore and admire the beauty of nature and creatures. I am a fast learner and quickly adapt to changes, always looking forward to new adventures.
Übersetzer: Marius Müller – Tech Writer – 3624 Artikel auf Notebookcheck veröffentlicht seit 2024
Als Kind der 90er war mein Gameboy mein ständiger Begleiter. Nach der Schule wurde die PlayStation angeworfen. Als ich schließlich meinen ersten PC bekam, war es vollends um mich geschehen. Meine Leidenschaft fürs Gaming ist seitdem nie wieder abgeflacht. Für Notebookcheck zu schreiben bedeutet für mich, über Themen zu berichten, die mir wirklich am Herzen liegen – neben Gaming auch gerne über E-Mobilität, Fotovoltaik oder innovative Gadgets. Wenn ich gerade nicht am Rechner sitze, schiebe ich wahrscheinlich Wasserrettungsdienst an der Ostseeküste oder versuche, den Schattenseiten meines Geek-Lebens – nämlich dem langen Sitzen – in der lokalen Schwimmhalle entgegenzuwirken.