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Fragestellung: Neuronale Sprachverarbeitung findet in fein abgestimmten Verarbeitungsstufen und -raten statt. Ein Stimulus, der die Komplexität neuronaler Sprachkodierung besonders widerspiegelt, ist die Grundfrequenz von Sprache (F0). Frühere EEG-Studien fanden eine neuronale Antwort auf die Grundfrequenz mit einer Latenzzeit von wenigen Millisekunden, die von einer frühen subkortikalen Verarbeitung dominiert wird. Darüber hinaus haben MEG-Studien spätere Beiträge des auditorischen Kortex festgestellt, die durch höhere Frequenzen im Spektrum von Sprache angetrieben werden. Einige Aspekte, darunter die genauen Latenzzeiten der verschiedenen Beiträge entlang der Hörbahn und ihre neuronalen Quellen, sind jedoch noch unklar.

Methoden: Wir analysierten EEG-Aufnahmen von 13 Probanden, die Hörbücher mit einer Gesamtlänge von 40 Minuten hörten. Zunächst extrahierten wir zwei Stimuli, 1) das Trägersignal um die Grundfrequenz selbst und 2) die Hüllkurvenmodulation im hochfrequenten Spektrum zwischen 200 und 4000 Hz. Für die Extraktion der Hüllkurven verwendeten wir verschiedene Methoden zur Berechnung der Hochfrequenzspektren: 1) einen Bandpassfilter mit konstanter Bandbreite, 2) eine Gammatone-Filterbank zur Approximation der frequenzabhängigen Filter in der Cochlea und 3) ein Modell der auditorischen Peripherie, das die frühen Stadien der auditorischen Verarbeitung widerspiegelt. Anschließend trainierten wir lineare Modelle zur Enkodierung der neuronalen Antwort auf beide Stimuli und für jede der Methoden. Schließlich wendeten wir die inverse Quellenrekonstruktion an, um den neuronalen Ursprung der evozierten Aktivität zu analysieren.

Ergebnisse: Für alle Methoden fanden wir eine frühe Antwort auf den F0-Stimulus. Die Analyse der inversen Quellen ergab eine größere Aktivität des Mittelhirns sowie einen geringeren Beitrag von Hirnstammquellen. Ähnliche neuronale Muster wurden für die höherfrequenten Hüllkurvenmodulationen im Gammatone- und im auditorischen Peripherie-Modell festgestellt. Interessanterweise trat beim Modell der auditorischen Peripherie und des Bandpasses eine spätere F0-gesteuerte Aktivität im auditorischen Kortex mit linkshemisphärischem Bias auf. In diesen Modellen trat zudem eine weitere kortikale Aktivität auf, die durch die Hüllkurvenmodulationen bei ähnlichen Latenzen evoziert wurde wie Antworten, die in früheren Studien mittels MEG identifiziert worden waren.

Schlussfolgerungen: Unsere Ergebnisse zeigen, dass die inverse Quellenanalyse ohne individuelle MRTs eine relativ genaue Bewertung der Beiträge zur neuronalen Antwort bei der Grundfrequenz von Sprache ermöglicht. Sie bestätigen außerdem, dass die Antwort durch starke subkortikale Aktivität mit schwächeren kortikalen Beiträgen geprägt ist und in gewissem Maße von der auditorischen Repräsentation des Inputs beeinflusst wird.