Musikalische Fertigkeiten

Dieser Zweig des Projekts untersucht plastische Veränderungen der Gehirnstruktur und assoziierter Funktionen, die das Erlernen und die Meisterung musikalischer Fertigkeiten begleiten. Vielfache Befunde aus Studien trainierter Musiker*innen und zu musikalischen Trainingsinterventionen zeigen, dass musikbezogenes Üben Veränderungen sowohl der grauen und der weißen Substanz als auch funktioneller Aktivierungs- und Konnektivitätsmuster induziert. Während einige Veränderungen wohldefinierte neuronale Substrate wie den auditorischen und motorischen Kortex betreffen, sind andere eher über Hirnnetzwerke verteilt. Unsere Forschung auf diesem Gebiet hat drei Schwerpunkte. Erstens haben wir Plastizität bei angehenden professionellen Musiker*innen untersucht. Zweitens liegt unser gegenwärtiger Fokus auf der Betrachtung von gesangsinduzierter Plastizität in der Kindheit. Drittens planen wir in Zusammenarbeit mit Kolleg*innen vom MPI für Empirische Ästhetik die neuronale Repräsentation von Tonhöhe und Timbre bei erfahrenen Musiker*innen zu bestimmen.

Musikalisches Training im frühen Erwachsenenalter

Wir haben prospektive Berufsmusiker*innen, die zu einem intensiven Trainingsprogramm zur Vorbereitung auf Universitätseingangsprüfungen für das Musikstudium angemeldet waren, sowie geübte Amateurmusiker*innen untersucht und behaviorale und neuronale Veränderungen im Verlauf eines Jahres erfasst. Über einen sechsmonatigen Zeitraum wiesen die prospektiven Berufsmusiker*innen Abnahmen im Volumen der grauen Substanz im linken Planum polare, einer zentralen Region der auditorischen Verarbeitung, sowie eine größere funktionelle Konnektivität zwischen dieser Region und anderen Arealen, die mit Musikverarbeitung zu tun haben, auf, während diese Veränderungen bei Amateurmusiker*innen ausblieben (Wenger et al., 2021). Diese Veränderungen der grauen Substanz könnten den Phasen der Selektion und Verfeinerung der plastischen Veränderungen gemäß der EESR-Theorie entsprechen. Wir haben weiterhin untersucht, wie musikalische Expertise mit der funktionellen Organisation des Gehirns assoziiert ist, indem wir ein aufgabenbezogenes Netzwerk betrachteten, das durch eine Intervallerkennungsaufgabe definiert war. Analysen der Ruhekonnektivität erwiesen bei prospektiven Berufsmusiker*innen eine höhere globale Effizienz dieses Netzwerks, als bei geübten Amateurmusiker*innen, auch ohne Aufgabe, wobei die globale Effizienz mit der Intervallerkennungsleistung innerhalb und außerhalb des Scanners korreliert war (Papadaki et al., 2023).

Nach diesen ersten Ergebnissen zu trainingsassoziierten Veränderungen von Gehirnstruktur und -funktion dehnten wir unseren Fokus aus und betrachteten die Verarbeitung von musikalischen und akustischen Merkmalen während des Musikhörens. Unter Anwendung der dynamischen funktionellen Konnektivitätsanalyse des ganzen Gehirns zeigten wir, dass segregiertere Gehirnzustände eintraten, wenn Probanden eine Barockkomposition von Johann Sebastian Bach hörten, während das Hören eines Stücks der frühen Moderne von Anton Webern mit integrierteren Zuständen einherging, vor allem bei Hörer*innen mit größerer musikalischer Expertise. Hinzu kam, dass Segregation negativ mit musikalischer Komplexität zusammenhing, sodass das Stück höherer Komplexität mit integrierteren Hirnzuständen assoziiert war. Diese Befunde weisen darauf hin, dass musikalische Struktur und Hörexpertise zusammen die Organisation des Gehirnnetzwerks formen (Papadaki et al., 2025). Außerdem untersuchten wir neurale Repräsentationen verschiedener musikalischer Stile in primären auditorischen Regionen während naturalistischen Zuhörens und fanden, dass neuronale Ähnlichkeitsmuster westliche klassische Musik separat von gegenwärtigen und kulturell diversen Stilen gruppierte. Diese Differenzierung wurde teilweise von Unterschieden der im superioren temporalen Gyrus kodierten klangfarblichen Fülle angetrieben (Masterarbeit Theodoros Koustakas).

Musikalische Fertigkeiten in der Kindheit

Der Fokus unserer gegenwärtigen empirischen Arbeit zu musikalischen Fertigkeiten liegt auf dem Lernen der Musik und Entwicklung in der Kindheit, mit besonderem Augenmerk auf Aktivitäten, die Zuhören, Bewegung und koordinierte Klangerzeugung kombinieren. Frühes musikalisches Engagement erfordert die Interaktion von auditorischen, motorischen und sensorischen Systemen und bietet einen reichhaltigen Kontext zur Erforschung der Frage, wie Kinder komplexe musikalische Fertigkeiten durch Übung und Erfahrung erlangen. Musikalisches Training ist nachweislich dafür bekannt, adaptive Veränderungen in neuronalen Schaltkreisen hervorzurufen, die der auditorischen Verarbeitung, der motorischen Kontrolle und der multisensorischen Integration zugrunde liegen. Während diese Effekte bei erwachsenen Musikerinnen und Musikern bereits gut untersucht sind, ist ihre entwicklungsbezogene Ausprägung bei Kindern bislang nur unzureichend erforscht. Dies ist besonders bemerkenswert, da erfahrungsabhängige Plastizität im Zusammenhang mit Musik tendenziell stärker ausgeprägt ist, wenn das Training früh im Leben beginnt. Wir haben zwei Studien, CHOROS I und CHOROS II, entworfen, um zu verfolgen, wie musikalische Fertigkeiten hervortreten und sich entwickeln, und um die begleitenden strukturellen und funktionellen Adaptationen im Gehirn zu beobachten (Dissertation Theodoros Koustakas). Durch die Untersuchung dieser Prozesse bei jungen Lernenden hoffen wir besser zu verstehen, wie sich die Effekte musikalischer Trainings im sich entwickelnden Gehirn entfalten.

CHOROS I ist eine querschnittliche Verhaltensstudie, in der wir unter anderem untersuchen, wie ein latentes Konstrukt musikalischer Fähigkeit durch Indikatoren musikbezogener Wahrnehmung und Produktion definiert werden kann. Dabei beachten wir auch Einflussgrößen wie die Musikalität der heimischen Umwelt, musikalische Kenntnisse der primären Bezugspersonen und individuelle Unterschiede in exekutiven Funktionen. CHOROS II ist eine sechsmonatige längsschnittliche Interventionsstudie, bei der vor und nach einer Interventionsperiode Verhaltensaufgaben sowie strukturelle und funktionelle Gehirnbildgebung erhoben werden. Ungefähr 120 Mädchen im Alter von 6–7 Jahren werden zufällig einer von drei Gruppen zugeteilt. Zwei Gruppen nehmen an regelmäßigen Gruppenaktivitäten mit Musik oder Bewegung teil, während die dritte Gruppe nur an den Erhebungssitzungen teilnimmt. Wir erwarten, dass die Datenerhebung für CHOROS I im Juli 2026 und für CHOROS II Anfang 2027 abgeschlossen ist.

Das Ziel von CHOROS II ist es zu verfolgen, wie die Teilnahme an strukturierten Gruppenaktivitäten mit Musik oder Bewegung mit der Entwicklung musikalischer Fertigkeiten und den sie begleitenden plastischen Veränderungen der Gehirnstruktur und -funktion zusammenhängen. Indem behaviorale Messungen mit Gehirnbildgebung verbunden werden, können wir feststellen, wie sich erfahrungsabhängige Prozesse während einer Phase der voranschreitenden Entwicklung entfalten und wie unterschiedliche Formen der Erfahrungsanreicherung mit Veränderungen im Gehirn zusammenhängen, die mit dem Lernen einhergehen.

Neuronale Phänotypisierung musikalischer Expertise

In neueren Arbeiten von Emily Allen und Kolleg*innen an der University of Minnesota wurde MRT mit hohen Feldstärken erfolgreich eingesetzt, um Repräsentationen von Tonhöhe und Klangfarbe im menschlichen auditorischen Kortex zu dissoziieren. Wir nehmen an einem geplanten Projekt teil, das von Ana Clemente, Fredrik Ullén und anderen am MPI für Empirische Ästhetik geleitet wird, um zu untersuchen, ob diese Repräsentationen sich bei Instrumentalist*innen mit hoher Expertise als Funktion der Tonhöhen- und Timbreeigenschaften ihrer Hauptinstrumente unterscheiden lassen.

Ausgewählte Publikationen

Papadaki, E., Lin, Z., Werner, A., Brandmaier, A. M., Lindenberger, U., Kühn, S., & Wenger, E. (2025). Expertise‐Dependent Brain Network Organization During Music Perception. Human Brain Mapping, 46(17), e70420. https://doi.org/10.1002/hbm.70420