Discrimination of positions in the acoustic space of barn owls characterized by equal broadband ITD and ILD

• Unterscheidung von Positionen im akustischen Raum von Schleiereulen, die durch gleiche Breitband-ITD und -ILD definiert werden

Schillberg, Patrick; Wagner, Hermann (Thesis advisor); Führ, Hartmut (Thesis advisor)

Aachen (2019)
Doktorarbeit

Dissertation, RWTH Aachen University, 2019

Kurzfassung

Diese Doktorarbeit beschäftigt sich mit der Fragestellung, wie die nordamerikanische Schleiereule (Tyto furcata pratincola) auf Schallquellen reagiert, deren akustische Informationen nicht eindeutig durch Breitband ITD und Breitband ILD kodiert sind. Dazu wurden zunächst, in einem ersten Experiment, Impulsantworten in der Nähe des Trommelfelles der Eule für 528 Positionen aufgenommen. Diese Impulsantworten wurden mit denen einer Leermessung ohne Eule verrechnet, um so den Einfluss der Mikrophone auf die Messung zu kompensieren wodurch eine kopfbezogene Impulsantwort entsteht. Da diese Signale zunächst zeitabhängig sind, wurde anschließend eine Fourier-Transformation durchgeführt, um diese in Abhängigkeit von der Frequenz darzustellen. Durch diesen Schritt wurde die kopfbezogene Impulsantwort in eine kopfbezogene Übertragungsfunktion umgewandelt. Diese Übertragungsfunktionen wurden mit einem Breitbandrauschen gefiltert, um in den folgenden Verhaltens- und Elektrophysiologieexperimenten einen virtuellen akustischen Raum zu erstellen, in dem Positionen mit nicht eindeutigen Breitband ITD und Breitband ILD getestet werden können. Um nun zunächst die Reaktion von wachen Tieren auf Signale, die von solchen Positionen ausgehen zu testen, wurden Verhaltensexperimente durchgeführt. In einem ersten Schritt erfolgte die Präsentation der Stimuli im Freifeld. Überraschenderweise zeigte sich hier kein Unterschied in der Lokalisation von Positionen mit mehrdeutiger akustischer Information und solchen mit eindeutigen Parametern. Ein statistischer Test zeigte zusätzlich, dass Positionspaare, die durch uneindeutige Breitband ITD und Breitband ILD kodiert werden, für die Eulen unterscheidbar sind. Ein Unterschied in den Latenzen war nicht zu erkennen. Diese Ergebnisse zeigten sich auch in Verhaltensexperiment im virtuellen akustischen Raum. In einem weiteren Schritt, wurden die neuronalen Antworten im optischen Tectum auf solche Stimulipaare in elektrophysiologischen Einzelzellableitungen untersucht. Hier zeigte sich, dass 42% der untersuchten Zellen ein signifikant unterschiedliches Feuerverhalten im Bezug auf die jeweiligen Paarungen aus Positionen mit uneindeutiger Breitband ITD und Breitband ILD zeigen. Dies weist darauf hin, dass es neben der Breitband ITD und Breitband ILD noch andere akustische Parameter geben muss, welche das Feuerverhalten der Neuronen im optischen Tectum oder vorgeschalteten Strukturen beeinflussen. Zusätzlich zu den oben genannten Ergebnissen konnten in dieser Arbeit eine Komplettcharackterisierung von zehn Zellen durchgeführt werden, welche zur Erstellung zweidimensionaler Karten der neuronalen Antworten an den jeweiligen Positionen genutzt wurden. Die Karten der neuronalen Antworten zeigten eine höhere Antworrtate in der linken Gehirnhälfte bei positiver Breitband ITD und umgekehrt. Einige Messungen zeigten eine höhere Antwortrate bei einer Position der Positionspaare mit mehrdeutiger Breitband ITD und Breitband ILD. Andere Messungen zeigten ähnliche Antwortraten an beiden Positionen.