Binaurale Beats

Binaurale Beats sind wahrnehmbare Töne, die direkt im Gehirn entstehen, wenn den Ohren separat zwei leicht unterschiedliche Frequenzen zugeführt werden.

Physikalisch gesehen handelt es sich bei binauralen Beats um eine Form der Schwebung. Erklingen zwei Töne, deren Frequenzen sich nur wenig voneinander unterscheiden, so ist nicht ein einzelner, anhaltender Ton zu hören, sondern ein pulsierender Ton (Beat), der in gleichmäßigen Abständen die Lautstärke moduliert.

Binaurale Beats haben die Besonderheit, dass die resultierende Frequenz im Gehirn entsteht. Werden zwei geringfügig unterschiedliche Frequenzen getrennt über Stereokopfhörer gehört, wird im Gehirn eine dritte Frequenz wahrgenommen, die dem Mittelwert der ursprünglichen Frequenzen entspricht.^[1]

Beispiel: Hört man auf dem linken Ohr eine Frequenz von 440 Hz und auf dem rechten Ohr eine Frequenz von 430 Hz, wird im Hirn eine Frequenz von 435 Hz erzeugt. Da es sich um eine Schwebung handelt, entsteht ein pulsierender bzw. linear oszillierender Ton (Beat). Man nimmt an, dass dieser Ton im Stammhirn erzeugt wird, im Nucleus olivaris superior, wo das Zentrum für räumliches Hören liegt.

Um einen Beat wahrnehmen zu können, müssen die Trägerfrequenzen dabei unterhalb von 1500 Hz liegen. Der Unterschied zwischen den Frequenzen für das linke und rechte Ohr darf nicht größer sein als 30 Hz, da ansonsten zwei verschiedene Töne gehört werden.

Das Interesse an binauralen Beats lässt sich in zwei Kategorien einteilen. Zum einen dienen sie der Neurophysiologie zur Erforschung des Hörsinns. Ergänzend können binauralen Beats einen subtilen Einfluss auf das Gehirn haben und die Hirnwellen stimulieren, um Entspannung, Schlaf, Meditation oder Konzentration zu fördern.

Geschichte

Als Entdecker der binauralen Beats gilt Heinrich Wilhelm Dove^[2] im Jahr 1839. Er fand heraus, dass scheinbar Schläge zu hören sind, wenn dem linken und rechten Ohr getrennt, aber simultan, zwei leicht unterschiedliche Töne zugeführt werden. Dove gewann die Erkenntnis, dass die wahrgenommenen Schläge ausschließlich im auditorischen System entstehen müssen, da keine akustische Vermischung vorlag. Er vermutete, dass die Schläge in dem Teil des Hirns entstehen, der für das binaurale (stereophone) Hören zuständig ist.

In den folgenden Jahren wurde sporadisch das Thema der binauralen Beats aufgegriffen, es behielt aber lange den Status einer physikalischen Kuriosität. Erst Dr. G. Oster, Biophysiker an der Mount Sinai School of Medicine, New York, USA, erkannte das Potential und die Möglichkeiten, die binauralen Beats eröffnen. 1973 publizierte Oster einen Artikel in Scientific America ^[3], wo er die verschiedenen Forschungsergebnisse der letzten 134 Jahre zusammentrug, ordnete und darauf aufbauend eigene Forschungsergebnisse präsentierte. So fand er zum Beispiel heraus, dass für die Wahrnehmung der binauralen Beats die Trägerfrequenzen unterhalb von 1500 Hz liegen müssen. Der Unterschied zwischen den Trägerfrequenzen für das linke und rechte Ohr darf nicht größer sein als 30 Hz, da ansonsten zwei verschiedene Töne wahrgenommen werden.

Oster sah die Anwendungsgebiete der binauralen Beats sowohl in der Forschung, als auch im medizinischen Bereich. Für die Forschung waren es wichtige Instrumente, um die neuronalen Vorgänge des Hörens zu analysieren, räumliches Hören zu untersuchen und zum Beispiel herauszufinden, wie ein einzelner Ton aus einem Gemisch von vielen Tönen herausgehört werden kann (Cocktailparty-Effekt).

Für den medizinischen Bereich hielt Oster es für ein geeignetes Diagnose-Instrument zur Untersuchung bei Beeinträchtigungen des Hörsinns, aber er fand auch heraus, dass es für Erkrankungen eingesetzt werden konnte, die nichts mit dem Hören an sich zu tun haben. So stellte er fest, dass kurz vor Beginn einer Parkinson-Erkrankung, die Fähigkeit, binaurale Beats zu hören, deutlich zurückging. In einem besonderen Fall konnte er einen Parkinson-Patienten über viele Wochen begleiten und dokumentieren, dass unter der Medikation die Fähigkeit, binaurale Beats zu hören, wieder zunahm. Außerdem beobachtet er geschlechtsspezifische Unterschiede in der Wahrnehmung der binauralen Beats. Bei Frauen zeigten sich zwei Spitzenwerte in der Empfindung der binauralen Beats, abhängig von ihrem Menstruationszyklus, am Anfang und nach rund 15 Tagen. Diese Daten veranlassten Oster zu der Frage, ob binaurale Beats als Messinstrument für den Östrogenspiegel eingesetzt werden könnten.

Ein bedeutender Punkt in Osters Forschung war die Erkenntnis, dass ein binauraler Beat auch wahrgenommen wird, wenn eine Trägerfrequenz unterhalb der menschlichen Wahrnehmbarkeitsschwelle liegt, oder auch, wenn beide Trägerfrequenzen so leise sind, dass das menschliche Ohr sie scheinbar nicht mehr wahrnimmt. Diese Forschungsergebnisse veranlassten Oster zu der Annahme, dass die binauralen Beats auf einem anderen Weg entstehen als die Töne, die wir sonst hören. Der Effekt der binauralen Beats tritt nur bei beidohrigem Hören auf und entsteht im Gehirn als Folge der Interaktion von Wahrnehmungen.

Physiologie

Den Entstehungsort der binauralen Beats vermuten die Forscher im Nucleus olivaris superior, einem Teil des Hirnstamms. Der Nucleus olivaris superior ist Teil der Hörbahn und seine Neuronen sind an der Lokalisation von Schallquellen beteiligt, indem sie Laufzeit- und Pegelunterschiede zwischen beiden Ohren (binaural) auswerten ^[4]

Mögliche Effekte auf das Gehirn

Binaurale Beats können Einfluss auf die Hirnwellen haben und auch die Teile des Gehirns stimulieren, die nicht mit dem Hören verknüpft sind ^[5].

Informationen werden im Hirn mittels elektrischer Spannung weitergeleitet. Die elektrischen Ströme aktiver Nervenzellen können zum Beispiel durch ein Elektroenzephalografie (EEG) sichtbar gemacht werden. Ausgehend von den äußerlich gemessenen elektrischen Impulsen lassen sich die Frequenzen berechnen, die den Impulsen zugrunde liegen.

Bereits im Jahr 1924, mit der Entwicklung des EEG durch Hans Berger an der Universität Jena, wurde das Phänomen des Alpha-Blocks entdeckt. Hierbei handelt es sich um eine deutliche Veränderung des EEG, wenn ein gesunder Proband seine Augen öffnet oder zu erhöhter mentaler Aktivität angehalten wird. Studien zufolge werden im Alphabereich selbstberuhigende Neurotransmitter (Endorphine) ausgeschüttet, die beispielsweise Menschen mit erhöhtem Stressaufkommen fehlen können.

Mit der Möglichkeit der Aufzeichnung entdeckten die Forscher, dass den verschiedenen Bewusstseinszuständen unterschiedliche Frequenzbänder zugeordnet werden können. So sind die Hirnströme eines schlafenden Menschen vollkommen anders als die eines wachen und geistig aktiven Menschen. Man erkannte auch, dass optische und akustische Reize unseren Bewusstseinszustand verändern können.

Unser Gehirn produziert fast zu jeder Zeit alle Arten von Hirnwellenfrequenzen. Aber die Frequenzen sind dabei nicht gleich gewichtet oder verteilt, sondern es existiert immer eine vorherrschende Frequenz, die unseren augenblicklichen Bewusstseinszustand anzeigt.

		EEG-Frequenzbänder
Frequenzband		Frequenz	Zustand	Mögliche Effekte
Delta		0,1 bis <4 Hz	Traumloser Schlaf
Theta		4 bis <8 Hz	Leichter Schlaf, REM-Phase, Träume
Alpha		8 bis 13 Hz	Entspannung, Zustand kurz vor und nach dem Schlaf	Erhöhte Erinnerungs- und Lernfähigkeit
Beta		>13 bis 30 Hz	Hellwach, geistige Aktivität, Konzentration	Gute Aufnahmefähigkeit und Aufmerksamkeit
Gamma		>30 Hz	Geistige Höchstleistung, Problemlösung, Angst	Transformation oder neuronale Reorganisation

Das menschliche Ohr kann akustische Ereignisse nur innerhalb eines bestimmten Frequenz- und Lautstärke-Bereichs wahrnehmen, wobei das Frequenzband von 20 Hz bis 20.000 Hz reicht und der Lautstärkepegel von 0–130 db (Schmerzgrenze).

Die meisten Frequenzen, die die elektrischen Impulse in unserem Hirn erzeugen, liegen unterhalb der Wahrnehmungsgrenze unseres Hörsinns. Mit Hilfe von binauralen Beats können nun aber diese Frequenzen gezielt direkt im Hirn erzeugt werden, wobei nicht die Schwebungsfrequenz entscheidend ist, sondern die Frequenz, mit der diese pulsiert bzw. oszilliert. Dabei wird dem Hirn eine bestimmte Frequenz angeboten, je nachdem welcher Bewusstseinszustand erreicht werden soll^[6].

Die wahrgenommene Frequenz entspricht dabei einem der fünf neurologisch relevanten Frequenzbereiche (Delta, Theta, Alpha, Beta, Gamma) und veranlasst das Gehirn aufgrund des Resonanzprinzips (auch Frequenz-Folge-Prinzip), sich dieser Frequenz anzunähern^[7], wie EEG-Messungen gezeigt haben. Dieser Prozess der Annäherung der vorherrschenden Hirnwellenfrequenz an die von außen zugeführte Frequenz wird Entrainment genannt^[8]. Entrainment ist ein Prinzip der Physik, es ist definiert als Synchronisierung von zwei oder mehr rhythmischen Zyklen.

Das Frequenz-Folge-Prinzip ist effektiver, wenn die wahrgenommene Frequenz der binauralen Beats nahe der vorherrschenden Hirnfrequenz liegt (tagsüber rund 20 Hz) und dann zum Beispiel für einen entspannten Zustand langsam gesenkt wird.

Viele Menschen empfinden den Klang purer Sinuswellen als unangenehm, daher werden die binauralen Beats meist in Trägersounds wie Naturgeräusche oder harmonische Kompositionen eingebettet.

Binaurale Beats werden zur Tiefenentspannung bei der Hemi-Sync-Methode und bei Mindmachines eingesetzt.

Literatur

• Heinrich Wilhelm Dove u.a.: Akustik, Theoretische Optik, Meteorologie. In: Repertorium der Physik, Bd. 3, 1839
• Oster, G., Auditory beats in the brain. In: Scientific America, Oktober 1973, 229(4): S. 94-102
• Yamada, O. u.a.: Simultaneous recordings of the brain stem response and the frequency-following response to low-frequency tone. In: Electroencephalography and clinical neurophysiology Bd 43(3), 1977, S. 362–70.
• Gerken, G.M. u.a.: Human frequency-following responses to monaural and binaural stimuli. In: Electroencephalography and clinical neurophysiology Bd.38(4), 1975, S. 379–386.

Einzelnachweise

1. ↑ Encyclopaedia Britannica Artikel: Binaural Beats
2. ↑ Heinrich Wilhelm Dove u.a.: Akustik, Theoretische Optik, Meteorologie. In: Repertorium der Physik, Bd. 3, 1839 in der Google Buchsuche
3. ↑ Oster, G., Auditory beats in the brain. In: Scientific America, Oktober 1973, 229(4): S. 94-102
4. ↑ Spitzer, M.W. u.a.: Transformation of binaural response properties in the ascending auditory pathway: influence of time-varying interaural phase disparity. In: J. Neurophysiol. Bd.80(6),1998, S. 3062–3076
5. ↑ Thaut, M.H.: Neural basis of rhythmic timing networks in the human brain.In: Ann. N. Y. Acad. Sci. 999, 2003, S.364–373
6. ↑ Rogers, L.J. u.a.: Methods for finding single generators, with application to auditory driving of the human EEG by complex stimuli. In: J. Neurosci. Methods, Bd.4(3),1981,S.257–265
7. ↑ Dobie, R.A. u.a.: Binaural interaction in human auditory evoked potentials. In: Electroencephalography and clinical neurophysiology, Bd.49(3-4), S.303–313
8. ↑ Gerken, G.M. u.a.: Human frequency-following responses to monaural and binaural stimuli. In: Electroencephalography and clinical neurophysiology, Bd.38(4), 1975, S.379–386