Einführung

Binaural Beats

NeuroSemantik

Sonochemistry

Rhythmus

Allgemeine Beziehungen zwischen
physiologischen Funktionen und Musik
Wir möchten den Gedanken vortragen, daß der Mensch die wesentlichen rhythmischen Komponenten der Funktionen des ZNS (wie auch des übrigen Organismus) in eine Schöpfung hineinprojiziert hat, die als Musik (und Tanz) bezeichnet wird. Je genauer wir uns die spezifische Selbstorganisation physiologischer Funktionen anschauen - bis hinunter zur molekularen Ebene -, desto mehr Belege finden wir für diese unsere Annahme. Wir glauben, daß abstrakte mentale Aktivitäten mit musikalischen Strukturen korrespondieren, und daß rhythmische motorische Aktivität sowie die neurovegetativen Rhythmen des ZNS genauso mit dem musikalischen Rhythmus korrespondieren wie der emotionale Status eines Menschen mit dem Gefühlsgehalt der Musik.

Indem wir mit dem zuletzt angeführten Segment dieses Konzeptes den Anfang machten, wandten wir die Methodologie der psychophysiologischen Emotionsforschung auf die emotionalen Auswirkungen von Musik in einer spezifischen Situation an, in diesem Fall die der Angst. Unsere diesbezüglichen klinischen Ergebnisse sind bereits veröffentlicht worden und haben unsere Hypothese zum emotionalen Teil des Konzeptes bestätigt (Spintge & Droh 1987, 1992a; Spintge 1994).

In der Physiologie haben Forschungen das Phänomen der Rhythmizität entschleiert, die anscheinend das Bindeglied, den Hauptmechanismus hinter dem Einfluß von Musik auf die menschliche Biologie darstellt. Der springende Punkt dabei ist, daß eine enorme Vielfalt und Bandbreite rhythmischer Phänomene im Organismus auf einige wenige Grundprinzipien zurückgeführt werden kann, die so diesen Bereich für wissenschaftliche Analysen und eine quantitative Beschreibung zugänglich machen. Unsere gegenwärtige Forschungstätigkeit richtet ein Hauptaugenmerk auf die Kontrolle neurovegetativer Mechanismen über die interne physiologische Rhythmizität. Neurovegetative Rhythmizität ist ein vom ZNS beherrschtes Instrument, das auf innere Organe und Organsysteme wirkt.

In der englischsprachigen Fachliteratur wird für "neurovegetativ" eher der Ausdruck "autonom" benutzt, im Sinne von "unabhängig von willensgerichteten Einflüssen". Wie bereits zuvor erwähnt, können wir in den gängigen Musikrhythmen den Rhythmus des Herzschlages identifizieren, ebenso den Herzschlagrhythmus sowie den Atemrhythmus in der neurovegetativen Physiologie. Der Rhythmus des Herzschlags hat seinen Ursprung im Reizbildungszentrum des Herzens, dem Schrittmacher, und wird durch Einflüsse des zentralen Nervensystems (neurovegetative Efferenzen) modifiziert. Der Atemrhythmus hingegen wird im ZNS selbst erzeugt.

Externe Rhythmen - musikalische eingeschlossen - wirken also nicht auf einen passiven oder statischen Organismus, sondern auf ein dynamisches, komplexes und primär rhythmisches System. Sämtliche Aufzeichnungen über Blutdruck, Herzfrequenz, periphere Durchblutung sowie erst kürzlich entstandene Direktaufnahmen sympathischer Nervenaktivität beim Menschen belegen, daß bei gesunden Personen die gleichen Muster rhythmischer Variabilität, sprich: Rhythmizität, vorliegen.   

Es ist ein allgemeingültiges Prinzip, daß ein pathologischer Zustand sich durch einen Verlust von Rhythmizität auszeichnet. Im Hinblick auf die Frequenzen rhythmischer Variabilität gibt es im Bereich der kardio-vaskulären Rhythmizität zwei bevorzugte Frequenzen. Die eine bewegt sich im Bereich von 0,1 Hz (MFB = Mittelfrequenzband) und ent-spricht einer Periode von 10 Sekunden. Die andere liegt bei 0,25 Hz (HFB = Hochfrequenzband). Im HFB-Bereich liegt auch die gewöhnliche Atemfrequenz im Ruhezustand. Relative Koordination, wie oben erwähnt, kann am Beispiel der bekannten respiratorischen Herzarrythmie (Sinus-Arrythmie) aufgezeigt werden.

Sie ist leicht festzustellen, indem man bei ruhiger Atmung den Puls fühlt. Beim Einatmen erhöht sich die Herzfrequenz, beim Ausatmen verlangsamt sie sich. Eine vorbereitende quantitative mathematische Beschreibung der Rhythmizität kann durch die Fourier-Transformation dargestellt werden. So können rhythmische Veränderungen in Form sogenannter Power-Spektren wiedergegeben werden. Die Spitzen (peaks) zeigen dabei den Frequenzinhalt des rhythmischen Prozesses an.

Da biologische Prozesse nichtlinear dynamisch verlaufen, prüfen wir gegenwärtig noch weitere für Analyse und Beschreibung geeignete mathematische Hilfsmittel, wie etwa Phasendiagramme, Fraktale und Torus-Attraktoren zur multidimensionalen Visualisierung des jeweiligen Prozesses. In Zusammenarbeit mit dem Max-Planck-Institut in Dortmund, dem Bundesforschungszentrum in Jülich sowie dem Stuttgarter Institut für Theoretische Physik und Synergetik versuchen wir, Algorithmen anzuwenden, die aus der Chaostheorie und der Synergetik stammen (Schiek 1994).

Theoretischer Ausgangspunkt der mathematischen (synergetischen) Betrachtung ist die Annahme, daß die Musik als sogenannter Ordnungsparameter (order parameter) (Haken 1986) die rhythmische Steuerung der physiologischen Systeme im Organismus ihrer Herrschaft unterwirft. Die synergetische Mathematik zeigt uns, daß dynamische Lebensprozesse den gleichen Prinzipien gehorchen wie physikalische Phänomene. Das bedeutet, daß alle diese Vorgänge mathematisch beschrieben und ihre evolutionären Alternativen im voraus berechnet und - in spezifischen Situationen - sogar vorhergesagt werden können (Haken 1978,1983; Hofstadter 1979).

Bereits kleine Veränderungen zu Beginn können ein ganzes System umbauen. Daher kann auch die Art der spezifischen Eingangsmodifikationen die ganze Richtung ändern, in die sich der dynamische Prozeß entwickelt. Diese Konzept ist bereits erfolgreich in die medizinische Behandlung von Infarkpatienten übertragen worden. Deren spezifische Anfangsveränderungen im rhythmischen Muster des EKG scheinen einen gewissen Aussagewert für die Vorhersage des Behandlungserfolges aufzuweisen. Warum sollen wir dann nicht Musik als externen Stimulus zur Induzierung von Eingangsveränderungen einsetzen, die das System (den Organismus) zu einer angestrebten Verhaltensweise veranlassen? Auch wenn diese Konzeption faszinierend anmuten mag - sie steckt noch in der Entwicklungsphase (vgl. auch Abb. 1).    

Mandelbrot führte das Konzept der fraktalen Geometrie zur Beschreibung von Formen und Gestalt in der Natur ein (1977, 1991). Diese Formen können als amorph, d. h. als zufallsabhängig, bruchstückhaft, unregelmäßig und selbstähnlich beschrieben werden, insbesondere dann, wenn man sich vom makroskopischen Beobachtungsniveau auf die mikroskopische Ebene begibt. Dieses Prinzip wird auch bei dem Versuch deutlich, eine Karte mit der Küstenlinie der Vereinigten Staaten zu zeichnen, oder beim Zeichnen eines Schneekristalls oder des Wurzelwerkes einer Pflanze. In jedem dieser Fälle wird die Struktur durch Parameter (selbst-)organisiert, die mathematisch beschrieben und  als "seltsame Attraktoren" (strange attractors) und Ordnungsparameter bezeichnet werden können (weitere Einzelheiten hierzu bei Haken & Wunderlin 1991; Mandelbrot 1977; Prigogine & Stengers 1986).

Diese modernen mathematischen Konzepte lassen uns erkennen, daß Struktur, Sebstorganisation und Verhalten in der nichtbelebten wie in der lebendigen Natur von den gleichen Prinzipien gesteuert werden (Gerok 1989). Was wie Chaos aussieht, ist gar kein Chaos. Vor ziemlich genau 500 Jahren (1594) hatte Johannes Kepler das bereits begriffen, als er zu der Erkenntnis kam, daß die Harmonie des Universums durch seine harmonischen Wechselwirkungen besteht. Die Astrophysik lehrt uns, daß diese universelle Harmonie in der Tat durch Chaos in einem gewissen Rückkoppelungsprozeß erzeugt wird (Cramer 1989, S. 182). Sogar dynamische biologische Systeme, die zunächst offen und auf den ersten Blick von Nichtvorhersehbarkeit und Instabilität beherrscht erscheinen, können mathematisch beschrieben werden. Darüber hinaus kann auch ihr Funktionsverhalten insoweit vorhergesagt werden, als daß "wir wissen, daß der Schlag eines Schmetterlingsflügels in Hongkong einen Wirbelsturm in New York erzeugen kann" (Briggs & Peat 1989, S. 178).

Die sich hieraus für unser Weltbild, die menschliche Philosophie und Religion ergebenden möglichen Konsequenzen sprengen bei weitem den Rahmen der vorliegenden Abhandlung; es gibt Vordenker in den Naturwissenschaften, der Kunst und den Geisteswissenschaften, die dazu wesentlich mehr zu sagen hätten als der Autor dieses Beitrages. In jedem Fall drängt sich die Frage auf, ob diese Konzepte sich in bezug auf die menschliche Natur als Ganzes bewähren, und ob sie für die Funktionen des menschliche Gehirns im Allgemeinen Geltung besitzen. Und wie steht es diesbezüglich mit der Musik?

Es gibt mittlerweile fraktale Musik und eine aufblühende moderne Schule für fraktale Komposition (Dodge & Bahn 1986; Bohm & Peat 1987). In der klassischen Musikliteratur wird vom Prinzip der Selbst-Ähnlichkeit ausgiebig Gebrauch gemacht - ohne irgendwelche genaueren Kenntnisse der fraktalen Geometrie, versteht sich. Dabei muß ein Genie wie Bach einfach ein intuitives Gefühl für die Organisation dynamischer Prozesse und ihre Umsetzung in Musik und umgekehrt gehabt haben.

Können diese Konzepte und Theorien unterschiedlichster Disziplinen unter einen Hut gebracht werden? Ja, ich glaube schon. Und ich bin sicher, daß die MusikMedizin ein geeignetes Vehikel für diese Synthese darstellt. Unsere Vorfahren erklärten, es sei die Aufgabe eines Künstlers, der Natur einen Spiegel vorzuhalten. Einen Spiegel aus Alice‘s Wunderland, voller spielerischer Ungewißheit, wie in der Natur selbst; ein Spiegel, der dem uralten Spannungsverhältnis zwischen Ordnung und Chaos, Gewißheit und Ungewißheit, Materie und Geist, Naturwissenschaft und Kunst neues Leben einhaucht. 

Zurück zur Musik in der Medizin
Die Anwendung der zuvor beschriebenen physiologischen, physikalischen und mathematischen Modelle und Konzepte auf den Menschen zeigt, daß das kardiovaskuläre System in einem entspannten und schmerzfreien emotionalen Zustand seine eigene bevorzugte Rhythmizität im oberen Frequenzbereich aufweist, während die Rhythmizität der Atmung im mittleren Frequenzbereich liegt. In dieser Situation liegt sowohl eine Synchronisation als auch eine Überlagerung der beiden Rhythmen vor, und als Ergebnis können ausgedehnte, langsame Herzfrequenzveränderungen beobachtet werden. Das Gegenteil ist der Fall bei emotionalen Bedrängniszuständen (besser gesagt: bei emotionalem Distress). Bei Angst oder Schmerzen beispielsweise, sowie in pathologischen Zuständen wie Diabetes, Nierenversagen oder Herzkrankheiten ergibt sich eine Abnahme der Herzfrequenz-Variabilität.

Wir nehmen daher an, daß ein Verlust der Rhythmizität ein charakteristisches Merkmal hoher physischer oder geistiger Belastung ist, wie etwa bei Angst oder Schmerzen. Auch wenn wir bereits damit begonnen haben, Power-Spektren und Phasendiagramme von Schmerzpatienten auszuwerten, so ist es noch zu früh, um abschließend von reproduzierbaren Abweichungen im Vergleich zu normalen Personen zu sprechen. Unsere derzeitige, vorläufige Einschätzung läuft darauf hinaus, daß an chronischen Schmerzen leidende Patienten eine auffällige Abnahme der Herzfrequenz-Variabilität mit einer einzigen, aber kleinen Spitze im Hochfrequenzbereich aufweisen. Es wird jedoch noch beträchtliche Forschungsarbeit geleistet werden müssen, bevor man zu einer endgültigen Festlegung im Hinblick auf ein nichtinvasives Instrument zur Schmerzquantifizierung von derartiger Tragweite kommen kann.

Was wir im Hinblick auf Entspannungstherapie im Allgemeinen feststellen können, ist, daß man, wollte man mit Hilfe eines Metronoms einen regelmäßigen Herzrhythmus herbeiführen, aus physiologischer Sicht beträchtlichen Schaden bei den betroffenen Patienten anrichten könnte. Sogenannte Entspannungsmusik mit einem unterlegten fixen "Herzschlag-Ruhe-Rhythmus" von konstant 60 Schlägen pro Minute ist völlig unphysiologisch und könnte allenfalls im Sinne der obigen Ausführungen die gesunde Flexibilität des Herz-Kreislauf-Systems hin zu krankhafter Starre bewegen.

Nichtsdestotrotz: genau an dieser Stelle tritt die Musik als komplexer und dynamischer Stimulus von ebenso ästhetischer wie emotionaler Bedeutung auf den Plan. So paßt beispielsweise die Variabilität rhythmischer Stimulation durch anxioalgolytische Musik (AAM, angst- und schmerzlindernde Musik), insbesondere mit klassischer Musik, sehr gut zur Frequenzbreite gesunder physiologischer, neurovegetativer Steuerung im Ruhezustand. Einige Studien hierzu sind gegenwärtig bereits abgeschlosssen oder noch in Arbeit. Eine von ihnen umfaßt eine Kontrollgruppe von 500 gesunden jungen Männern als generelles Norm-Kollektiv, eine weitere befaßte sich mit 200 Patienten unter Vollnarkose, aber in ansonsten allgemein guter gesundheitlicher Verfassung (Grüning 1996; Werner 1996).

Eine dritte Studie bezieht sich auf Patienten, die unter chronischen Schmerzen des Stütz- und Bewegungsapparates leiden (Geier 1995), und eine vierte, gemeinsam mit Rosalie Rebollo Pratt und ihrer Forschungsgruppe von der Brigham Young University durchgeführt, vergleicht ver-schiedene Entspannungstechniken in Verbindung mit Musik, die zur Linderung der Schmerzen während der Geburt angewandt werden (Lex, Pratt, Abel u. Spintge, 1996).

Die bisher gewonnenen Ergebnisse scheinen unsere Hypothese zu erhärten, wonach die AAM es den Patienten ermöglicht, eine normale gesunde Variabilität vegetativer Parameter zu entwickeln. Das würde bedeuten, daß eine signifikante Wirkung musikalischer Stimuli auf Streßreaktionen im neurovegetativen Nervensystem gegeben ist - und zwar dergestalt, daß durch sie die gesteigerte sympathische Nervenaktivität (Streßreaktion) sowie die Schmerzempfindung abgeschwächt wird. Übereinstimmende Ergebnisse liegen auch von früheren Studien vor, in denen Streßhormonspiegel und kardiorespiratorische Parameter in vergleichbaren Situationen gemessen wurden (Spintge & Droh 1987, 1992a, 1992b).

Zusammenfassend kann zumindest gesagt werden, daß der wahrgenommene emotionale Inhalt von Musik jetzt einer wissenschaftlichen Analyse zugänglich gemacht worden ist. Es ist möglich geworden, die somatomotorischen, hormonalen, zentralnervösen und vegetativen Manifestationen und Intensitätsgrade verschiedener Emotionen qualitativ zu unterscheiden und einer quantitativen Messung zu unterziehen (s. auch Koepchen et al. 1993; Machleidt 1989, 1992; Petsche, Lindner, Rappelsberger u. Gruber 1989; Posner & Raichle 1994; Raichle 1994; Sergent 1993). Da die Musik das intensivste emotionale Kommunikationsmittel darstellt, ist mit Hilfe der erwähnten Forschungsergebnisse auch die emotionale Wirkung der Musik einer wissenschaftlichen Analyse zugänglich gemacht worden. Da darüber hinaus die neurovegetative Rhythmizität und das emotionale Verhalten aneinander gekoppelt sind, eröffnet eine Kombination all dieser Ansätze weitere vielversprechende Forschungsbereiche in der MusikMedizin.

Wo spielt die Musik?
An dieser Stelle werden einige Leser fragen "Wo ist hier eigentlich die Musik geblieben?" Die Antwort hierauf muß von denen unter Ihnen gegeben werden, die als Musiker, Tänzer, Musikologen, Musikpsychologen, Musiktherapeuten oder Ärzte tätig sind. Es ist mit Sicherheit nur die halbe Wahrheit, wenn man Musik als strukturierte (organisierte) Abfolge von komplexen, dynamischen, akustischen Reizimpulsen über die Zeit mit einer spezifischen Raum-Zeit-Repräsentation im Gehirn beschreiben würde. Zudem kann Kunst an sich  nicht großartig quantifiziert werden, ohne sie dabei zu zerstören. Indessen mindert die Notwendigkeit eines eher qualitativ orientierten Zuganges zur Musik als therapeutischem Hilfsmittel keinesfalls die Reputation der Musiktherapie und MusikMedizin und ihre Anerkennung durch die medizinisch-wissenschaftliche Gemeinschaft (Spintge & Droh 1992c). Wenn wir Musik in der Medizin zum Einsatz bringen wollen, müssen wir das Gesamtbild betrachten - und um das zu können, müssen wir auch in Alice´s Zauberspiegel schauen.

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