Biophysik des Hörens: Funktionsprinzipien, Modelle und Experimente

Das menschliche Gehör ist in der Lage, mechanische Schwingungsmuster im Innenohr im Nanometer-Bereich frequenzselektiv zu erfassen und in vielfältige Hörempfindungen zu wandeln. Den beeindruckenden Hörleistungen liegen komplexe biophysikalische Verarbeitungs- und Wandlungsprozesse in der Hörschnecke (Cochlea) zugrunde. Anders als ein Mikrofon ist die Cochlea kein passiver Schallempfänger, sondern sie arbeitet als mechanisch aktiver Verstärker und Signalanalysator, der sich selbsttätig den jeweiligen Signalverhältnissen anpasst. Die intelligente, adaptive Dynamik beruht auf der Kooperation vieler Teilsysteme, die von der makroskopischen über die zelluläre bis zur molekularen Ebene kohärent zusammenwirken. Die aktive Funktion des Innenohrs als ein selbstorganisierendes System, die resultierenden Nichtlinearitäten sowie deren konstruktive Rolle für das Hören werden anhand von Wahrnehmungs- und Modellexperimenten veranschaulicht. Sie demonstrieren die Besonderheiten der Physik in offenen Systemen fern vom Gleichgewicht, die für das Verständnis biologischer Prozesse grundlegend ist.