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68. M. E. WIGA~D-Wiirzburg : Elektromyographische Reaktionszeit- messung der Kopfwendung au~ verschiedene Schallreize (Mit 2 Text- abbfldungen)

Die zentralnerv6se Verarbei tung beim t t6 ren ist besonders wissens- wert geworden, seitdem yon verschiedenen Seiten die elektrische l~eizung des HSrnerven Labyr in the r t aub te r erns thaf t versucht wird. Die fiir den Menschen gfiltigen Daten entziehen sich gew6hnlieh der direkten Messung. Es l~Bt sieh aber zeigen, dab m a n indirekte Aufschlfisse im psycho-physischen Exper iment gewinnen kann : Hier mi t der elektro- myographischen Reakt ionszei tmessung zur Frage, we beim Binauralh6ren der Richtungseindruck auf die Motorik umgeschal te t ~ r d .

RA~K]~ ha t rechnerisch gefolgert, dab die beim Richtungsh6ren ins Spiel kommenden interauralen Zeitdifferenzen in den zweiten Neuronen der t t 6 rbahn gemessen werden. Das Tierexperiment ha t t e gezeigt, dab die Latenzzei ten yon akustisch ausgel6sten Aktionspotent ia len in den ver- schiedenen H6rbahns tufen charakterist isch yon der Lauts t~rke abh~ngen. Die durch den Abs tand zwisehen beiden Ohren bedingten Laufzeitdiffe- renzen (etwa 60--600/ tsec) entsprechen im zweiten Neuron den durch die Sehalldi~mmung des Kopfes bewirkten Latenzzeitdifferenzen (30 dB - - e twa 800/~sec). I ~ K ] ~ ha t vermutet , dab wenigstens beim Tier reflex- artige Kopfwendungen auf Schallreiz vorkommen, die yon den S tamm- hirnzentren der H6rba hn gesteuert wiirden. ~ m l i c h e Bewegungen k6n- nen beim Neugeborenen beobachte t werden, und auch im Blockschema

Elektromyographische Reak~ionszeitmessung der Kopfwendung 629

yon KEIDEL fiber die Informationsverbrei tung beim RiehtungshSren ist die Umsehal tung veto zweiten Neuron auf das motorisehe System ent- halten. Wenn aueh beim erwachsenen Mensehen eine Zeitmessung sehon im Rautenhirn stattf indet und direkt auf die Motorik umgeschaltet wird, mfi~ten Urteile fiber die Parameter des RiehtungshSrens - - Delta t u n d Delta i - - sehneller erfolgen kSnnen als Urteile fiber andere akustisehe GrSl~en.

Zweckmi~ig untersucht man dazu die Reaktionszeit yon Kopf- wendungen. Mit der elektromyographischen Technik, wie wit sie sonst zur Untersuehung der Facialismuskulatur benutzen, l ~ t sieh leieht die Aktivi tgt der beiden Kopfwendemuskel abgreffen. Rechts- und Links- drehung des Kopfes sollen dann die vereinbarten Antworten auf die einfaehe l~echts-Links-Frage sein, die man verschiedenartig stellt :

Tabelle

,,ttechts" ,,Links"

links verzbger~ Delta t rechts verzbgert Impulse

rechts lauter als links Delta i links lauter als rechts

3 kItz, 60 dB Delta / 0,8 kHz, 60 dB TSne

Delta L 75 dB, 1 kHz 45 dB, 1 kttz

Die trainierte Versuchsperson hSrt fiber Kopfhf re r einzelne Druck- impulse, nach Form (Rechteek), Impulsdauer (0,2 msee) und Intensi t~t (etwa 60 dB fiber der Sehwelle) identisch ffir jedes Ohr. Zuerst wird der Riehtungseindruck ,,rechts" bzw. ,,links" durch ein Delta t, also durch eine interaurale Zeitdifferenz, yon 0,4 msec imitiert. Zweitens wird der Riohtungseindruck bei Gleiehzeitigkeit der Impulse aber unterschied- l]cher Lautst~rke, also fiber Delta i, bewirkt. Die ni~ehste Aufgabe beruht auf der Verabredung yon Rechts- bzw. Linksdrehung des Kopfes ffir einen monaural dargebotenen Tonsto$ von 3000 g z bzw. 800 Hz bei einer Tondauer yon etwa 1 sec. Zuletzt eine Verabredung fiber die Lautsts Unter Gleichbleiben der Tonfrequenz sol] ein lauterer Ton (75 dB) , ,rechts", ein leiserer Ton (45 dB) derselben Dauer ,,links" bedeuten.

Die Seitenfolge war zuf~llig, entspreehend Zufallszahlen yon S~Ds.- cos. Gemessen wurde die Reaktionszeit, also die Zeitspanne zwisehen Reiz und Beginn der motorischen Aktivit~t in den zuvor elektriseh ruhi- gen Muskeln. Der Reiz diente gleiehzeitig zum Ausklinken eines Oseillo- skop-Kathodenstrahles. Abb. 1 gibt ein Beispiel.

Oben ist die Ableitung veto rechten, unten die yore linken M. sterno- cleidomastoideus zu sehen. Der zur Drehrichtung gegenfiberliegende Muskel ffihrt i. a. um etwa 2--10 msee. Die 6 untersuehten Normalperso- nen wurden jewefls 100 Einzeltests unterworfen, damit eine Mittel- wertsbildung mSglieh wurde.

630 M . E . WIGA~D :

Zuers t die binauralen Zeitdi//erenzen. Ffir eine leiehte und fehlerfreie Beur te i lung yon , , rechts" u n d , , l i n k s " bew~hr te sieh hier ein De l t a t yon 0,4 msee. Naeh kle ineren und grSl~eren W e r t e n nahm die Fehlerh&ufig- ke i t zu (Abb. 2),/~hnlich wie bei WALLAC~ U. a. un t e r anderen Versuehs- bedingungen. Kle inere W e r t e n/~hern sich der l~iehtungshSrsehwel]e,

Abb.1. Richtungseindruckfiber,,Del~aW. tteaktionszeitenim/tMsmuskel(msec):

90 ~ 9 135 • 6 ii0 ~ 4 175 ~ 5 120 ~ 8 2 2 5 ~ 1 0

- - I I

TO0

~ eo

o I [ I I

7

Imfepaupale Ze/fd/Pfepcnz

Abb. 2. KoI3fwendung nach ,,Delt~ t"

1 I Tn, sec 2

grSBere der Grenze der b inau ra l en Fus ion . B i lde t m a n das a r i thmet i sche Mit te l aus den 6, ind iv idue l l s t reuenden, Mi t t e lwer ten tier Abb. 1, e rg ib t sich ein m i t den anderen Aufgaben verg le iehbarer Durehsehn i t t swer t tier Reak t ionsze i t yon 140 reset.

Die Kontrolle mit monaural rechts bzw. links angebotenen Impulsen ergab eine gleiche GrSgenordnung. Soweit es die besehri~nkte Genauigkeit der Reaktionszeit- messung beurteilen liiltt, spielt ffir die Riehtungsempflndung keine Rolle, ob fiber Delta t ein Seiteneindruck hervorgerufen, oder ob nut monaural yon der betreffen- den Seite beschallt wird.

Eine zweite notwendige Kontrolle zeigte, dal~ bei gleieher Reizanordnung yon Delta t die l~eaktionszeit ffir andere Bewegungen als die Kopfwendung grSBer war. Ableitungen yon den beiden Zeigefinger-Beugemuskeln, die in Abh~ngigkeit vom Richtungseindruck innerviert werden mugten, lieBen einen Mittelwert yon 210 msee

16 errechnen. Damit war die l~eaktionszeit mehr verl/ingert, als der grSBeren 2qervenleitungsstreeke entsprieht.

Elektromyographische Reaktionszeitmessung der Kopfwendung 631

Ffir die Kopfwendung au{ binaural e Intensit~itsdi~erenzen betrug di~ vergleichbare Reaktionszeit etwa 175 msec, das war mehr als ffir Delta t, jedoch war die Differenz ffir diese beiden Parameter des RichtungshSrens nicht signifikant verschieden.

Wurden an Stelle der Impulse mit Richtungseindruek monaural TSne untersehiedlicher Frequenz angeboten und die Reaktionszeit ffir die ver- abredete Kopfwendung gemessen, betrug die mittlere Reaktionszeit 280 msee mit einem mittleren Fehler des Mittelwertes yon 18. Auch wenn man f/it das Anklingen der TonhShenempfindung einige Millisekunden in Reehnung stellt (DouGhTY u. G ~ E ~ ) , ist der Zeitbedarf in dieser Test- reihe betr/~ehtlich hoch. Sie wurde subjektiv auch deutlieh als sehwieriger empfunden als die vorhergehenden. Auffallen muBte ferner, dab die Reaktionszeit oft kfirzer ausfiel, wenn zufillig mehrmals hintereinander dieselbe TonhShe erklang, wie wenn hier ein kurzfristiges TonhShen- ged~chtnis zu Hilfe k/~me.

Die letzte Aufgabenreihe ermittelte Reaktionszeiten yon 330 msec =L i0 ffir die Aufgabe, den Kopf f/Jr einen st/irkeren Ton nach rechts zu drehen, ffir einen schw/icheren Ton derselbeu Frequenz nach links. Hier wurde also nicht die Frequenz, sondern die Lautst~rke gewogen und motorisch beantwortet.

Einige Uberlegungen zu diesen Zahlen: Es handelte sieh um Reak- tionszeiten ffir psycho-akustisehe Entscheidungen mit jeweils zwei MSgliehkeiten (1 bit). Da nach einigem Training die Antworten so gut wie 100~ richtig ausfielen, waren der Zufall und das Einschleifen einer bedingten Reaktion ausgeschlossen. (Nur die vierte Aufgabenreihe wurde tells fehlerhaft gelSst, sie ist aueh in ihren Zusammenhangen noeh un- klar.) Fiir diese bewuBte Urteilsbildung muB der Haupttei l der Reaktions- zeit verbraucht sein.

In der Hirnrinde des waehen Mensehen treffen die raschen, akustiseh ausgelSsten Antworten nach etwa 20 msee ein, die langsamen im EEG individuell naeh 50--250 msec, fiir den einzelnen reeht konstant. Die Laufzeit der motorisehen Efferenz bet r ig t 5--10 msee. Auch die kurzen Reaktionszeiten auf Delta t -- die kfirzeste war 60 msee -- reichen also aus, um die Passage der hSchsten Zentren zu erlauben. Ein Fremdreflex des Stammhirns, z. B. der Cornealreflex, ben5tig~ wenige Millisekunden, der akustisehe Reflex der Mittelohrmuskeln 10 msee.

DAvis hat im M. sternocleido unwillkfirliche Muskelaktiviti~t 100msec naeh Begirm eines Schallreizes festgestellt. Ieh kann hinzuffigen, dab Reaktionszeiten dieser GrSBenordnung sogar ffir eLufache Urteflsbildun- gen ausreichen, ich kann hingegen nicht seine Beobaehtung best~tigen, dab naeh unterschwelligen HSrreizen mehr als zufillige elektrisehe Akti- vit/it ira Kopfwender auftritt . Gelegentlieh registrierte motorische Aktivi- ta t vor Beginn der Kopfdrehung, etwa 50 msec naeh Reizbeginn, konnte

632 M.E. WIo~.~D : Elektromyograph. Reaktionszeitmessung der Kopfwendung

n ich t als motor i sche Ref l exan twor t ident i f iz ier t werden. S u b t r a h i e r t m a n yon 100 msec die Zei t ffir einen einfachen akus t i schen Reflex, so b le iben 90 msee ffir die Auswer tung der b inaura len Zei tdifferenzen u n d ffir die zen t ra lnerv6se Vera rbe i tung , das re ich t ffir das Dureh laufen yon m e h r als 100 Synapsen , bzw. ffir andere Opera t ionen mi t Ze i tbedar f . Die moto- r isehen Vorderhornze l len ffir die K o p f w e n d u n g l iegen bei C1--C 4. Man m6ch te zusammenfassend annehmen, dab die im R a u t e n h i r n naehweis- ba re I n f o r m a t i o n fiber die i n t e r au ra l en Zeit- und In tens i t~ tsd i f fe renzen n ich t zent r i fugal umgeseha l te t , sondern zun/ iehst zen t r ipe t a l weiter- gegeben werden. W e n n nun zutr iff t , dab die K o p f w e n d u n g gem/~B D e l t a t rascher gel ingt als eine bel iebige Ext remi t /~ tenbewegung oder die Re- ak t i on au f Tonh6he bzw. Lau t s t s so muJ] m a n immerh in eine besser p r o g r a m m i e r t e Anscha l tung der K o p f d r e h u n g an den R ich tungse ind ruck ve rmuten . Sie erfolgt zwar n ich t ref lektorisch, jedoeh mi t deu t l ich weniger Ze i t beda r f als andere , wfllkfirlieh ve re inba r t e Bewegungen.

Die e l ek t romyograph i sehe Methode ve rme ide t eine Reihe yon Un- s icherhe i t s fak toren der Reak t ionsze i tmessung (S~As~OR~) und e r l aub t viel le icht diffizilere psyehologische Unte rsuehungen , wie sie ROS~.~]~LIT~ yon der Z u k u n f t erhofft. I h r e k]inisehe Anwendung (z. B. Reak t ionsze i t - messungen zur Diagnos t ik zen t ra le r Schwerh6r igkei ten yon C~oc~oLL~, MASP~T~OL und anderen) e rsehein t mi r in dieser F o r m n ieh t p r a k t i ka be l , weft zu a n s p r u c h s v o l l und ze i t raubend . Vor a l lem aber wfirde sieh die Auswer tung gr6Berer Versuchsre ihen ohne e lektronisehes Z~hlwerk n ieh t empfehlen.

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