ZK Dynamates: Dynamiken der auditiven Prädiktion in menschlichen und anderen Primaten

Projektleiter: Robert Baumgartner

Projektlaufzeit: 01.07.2020-30.06.2025

Förderung: Österreichischer Wissenschaftsfonds (FWF, Grant-DOI 10.55776/ZK66)

Stellen Sie sich vor, Sie befinden sich im dichten Straßenverkehr, inmitten von Fußgängern, Radfahrern und Autos, die sich alle in unterschiedliche Richtungen bewegen. In dieser und vielen anderen Situationen ist es überlebenswichtig, genau zu wissen wo und wann Ereignisse in unserer Umgebung stattfinden. Um möglichst schnell und korrekt auf externe Reize zu reagieren, erzeugt unser Gehirn dabei ständig Vorhersagen über zukünftige Ereignisse. Zum Beispiel, wo ein heranfahrendes Auto sich zu dem Zeitpunkt befinden wird, wenn wir die Straße überqueren wollen. Nicht nur für uns Menschen sind diese Vorhersagen zentral. Auch andere Primaten könnten ähnliche Mechanismen verwenden, etwa wenn sie sich durch dichtes Dschungelgebiet bewegen. Inwiefern die Evolution diese Mechanismen bei Menschen im Vergleich zu anderen Spezies geformt hat, ist bis heute unklar.

Des Weiteren sind unsere Sinnesinformationen oft mehrdeutig, sodass unser Gehirn mehrere parallele Interpretationen und Vorhersagen erzeugt und sich letztlich auf eine festlegen muss. Gegenwärtig stammt der Großteil unseres Wissens über diese Wahrnehmungsprozesse aus Studien zum Sehsinn. Vergleichsweise wenig ist darüber für unseren Hörsinn bekannt, welcher aber gleichermaßen zentral für unser Überleben und Sozialverhalten ist.

Das Zukunftskolleg Dynamates möchte diese zentralen Wissenslücken zur Hörwahrnehmung schließen indem es die Vorhersagemechanismen nahe verwandter Spezies in realistischen aber hochkontrollierbaren virtuellen akustischen Umgebungen testen und mit Computermodellen abbilden wird. Zusätzlich wird Dynamates mittels hochauflösender Elektroenzephalographie (EEG) bei Menschen die neuronalen Grundlagen der zugrunde liegenden Prozesse untersuchen. Das Projekt basiert damit auf einer interdisziplinären Zusammenarbeit zwischen Expertinnen und Experten aus dem Bereich der Computermodellierung (Robert Baumgartner), der Neurowissenschaft (Ulrich Pomper), und der Kognitionsbiologie (Michelle Spierings).

Dynamates wird somit den ersten systematischen Vergleich von dynamischen Vorhersage- und Entscheidungsprozessen des Hörsinns zwischen Menschen und nicht-menschlichen Primaten durchführen. Ein besseres Verständnis der neuronalen Grundlagen dieser Prozesse kann Anwendung bei der Behandlung von Personen mit Störungen im Wahrnehmungs- und Entscheidungsverhalten (z.B. bei Autismus oder Schizophrenie) finden. Die erstellten mathematischen Modelle lassen sich in Zukunft auch in anderen Spezies oder bei komplexeren Entscheidungsprozessen (z.B. in sozialen Interaktionen) testen, und können direkte Anwendung in der Entwicklung von künstlicher Intelligenz und virtuellen Realitäten finden.

In folgender Online-Lecture erklärt Robert Baumgartner weitere Hintergründe zu dieser Forschung: ÖAW Science Bites: Gefahr - wie wir sie hören.

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Publications

Data repository: https://osf.io/ravfs 

Preprints and preregistrations

  • Grabner, J. V., Pigmans, E., Mircheva, M., Knoester, J. M., Pomper, U., Bugnyar, T., & Spierings, M. J. (2025). Common marmosets (Callithrix jacchus) do not differentiate between familiar and unfamiliar conspecifics based on pitch contour information. bioRxiv. https://doi.org/10.1101/2025.10.27.684793 
  • Fleischmann, R., Meijer, D., Bayram, B., Pellegrini, V., Pomper, U., Spierings, M., & Baumgartner, R. (2025). Arousal-related mediation of perceptual belief updating across auditory domains. bioRxiv, 2025.09.10.675360. https://doi.org/10.1101/2025.09.10.675360 
  • Dam, N. C. P., Honing, H., & Spierings, M. J. (2024). Artoo-Detoo: What imitating a Star Wars droid reveals on allospecific vocal imitation in parrots and starlings. bioRxiv, 2024.10.10.617563. https://doi.org/10.1101/2024.10.10.617563 
  • Fleischmann, R., Meijer, D., Pomper, U., Spierings, M., & Baumgartner, R. (2024). Is the pupil-linked arousal system mediating adaptive perceptual belief updating in spatially and temporally dynamic environments? OSF. https://doi.org/10.17605/OSF.IO/Q42E6
  • Meijer, D., Bayram, B., Barumerli, R., Dorok, F., Greif, T., Spierings, M., Pomper, U., & Baumgartner, R. (2022). Confirming pupil dilation as physiological marker of Bayesian inference in dynamic auditory localization. OSF. https://doi.org/10.17605/OSF.IO/9BTZE 

Publications

  • Baumgartner, R., Barumerli, R., Brands, B., & Majdak, P. (2026). Short-Term Statistical Learning Mitigates the Ill-Posed Problem of Sound Localization. Trends in Hearing, 30, 23312165261465030. https://doi.org/10.1177/23312165261465030 
  • Nagy, P., Kovács, P., Boncz, Á., Szalárdy, O., Baumgartner, R., Ignatiadis, K., Winkler, I., & Tóth, B. (2026). How the brain predicts timing: Distinct network hubs for predicting and evaluating auditory sensory events. Frontiers in Neuroscience, 20, 1739294. https://doi.org/10.3389/fnins.2026.1739294 
  • Ignatiadis, K., Barumerli, R., Deco, G., Tóth, B., & Baumgartner, R. (2025). Threat-related corticocortical connectivity elicited by rapid auditory looms. Scientific Reports. https://doi.org/10.1038/s41598-025-30552-x 
  • Meijer, D., Barumerli, R., & Baumgartner, R. (2025). How relevant is the prior? Bayesian causal inference for dynamic perception in volatile environments. eLife, 14. https://doi.org/10.7554/eLife.105385.1 
  • Bayram, B., Meijer, D., Barumerli, R., Spierings, M., Baumgartner, R., & Pomper, U. (2025). Bayesian prior uncertainty and surprisal elicit distinct neural patterns during sound localization in dynamic environments. Scientific Reports, 15(1), 7931. https://doi.org/10.1038/s41598-025-90269-9 
  • Grabner, J. V., Kempf, A. E., Nederlof, A. M. N., Varkevisser, J. M., & Spierings, M. J. (2025). Rhythmic Roots: The Adaptive Functions of Vocal Isochrony and Its Role in Human Music and Language Evolution. Psychological Topics, 34(1), Article 1. https://doi.org/10.31820/pt.34.1.1
  • Lladó, P., Majdak, P., Barumerli, R., & Baumgartner, R. (2025). Spectral Weighting of Monaural Cues for Auditory Localization in Sagittal Planes. Trends in Hearing, 29, 23312165251317027. https://doi.org/10.1177/23312165251317027 
  • Bayram, B., Ansorge, U., & Pomper, U. (2025). Rhythmic Fluctuations in Tactile Attention. European Journal of Neuroscience, 62(5), e70247. https://doi.org/10.1111/ejn.70247 
  • van der Vleuten, B. J. R., Hovenkamp, V. A., Varkevisser, J. M., & Spierings, M. J. (2024). Context-dependent rhythmicity in chimpanzee displays. Proceedings of the Royal Society B: Biological Sciences, 291(2036), 20242200. https://doi.org/10.1098/rspb.2024.2200 
  • Lladó, P., Barumerli, R., Baumgartner, R., & Majdak, P. (2024). Predicting the effect of headphones on the time to localize a target in an auditory-guided visual search task. Frontiers in Virtual Reality, 5. https://doi.org/10.3389/frvir.2024.1359987 
  • Ignatiadis, K., Baier, D., Barumerli, R., Sziller, I., Tóth, B., & Baumgartner, R. (2024). Cortical signatures of auditory looming bias show cue-specific adaptation between newborns and young adults. Communications Psychology, 2(1), 1–15. https://doi.org/10.1038/s44271-024-00105-5 
  • Pomper, U. (2023). No evidence for tactile entrainment of attention. Frontiers in Psychology, 14. https://doi.org/10.3389/fpsyg.2023.1168428 
  • Meijer, D., & Noppeney, U. (2023). Metacognition in the audiovisual McGurk illusion: Perceptual and causal confidence. Philosophical Transactions of the Royal Society B: Biological Sciences, 378(1886), 20220348. https://doi.org/10.1098/rstb.2022.0348 
  • Stocker, M., O’Sullivan, E. P., Palme, R., Millesi, E., & Sonnweber, R. (2023). Measurement of Salivary Cortisol in Two New World Primate Species. Biology, 12(9). https://doi.org/10.3390/biology12091181 
  • Pomper, U., & Ansorge, U. (2023). Motor-induced oscillations in choice response performance. Psychophysiology, 60(2), e14172. https://doi.org/10.1111/psyp.14172 
  • Nurmi, N. O., Sonnweber, R., Schülke, O., Moscovice, L. R., Deschner, T., & Hohmann, G. (2023). Bonobo mothers have elevated urinary cortisol levels during early but not mid or late lactation. Primates, 64(2), 215–225. https://doi.org/10.1007/s10329-022-01044-7 
  • Pomper, U., Curetti, L. Z., & Chait, M. (2023). Neural dynamics underlying successful auditory short-term memory performance. European Journal of Neuroscience, 58(8), 3859–3878. https://doi.org/10.1111/ejn.16140 
  • Barumerli, R., Majdak, P., Geronazzo, M., Meijer, D., Avanzini, F., & Baumgartner, R. (2023). A Bayesian model for human directional localization of broadband static sound sources. Acta Acustica, 7, 12. https://doi.org/10.1051/aacus/2023006 
  • Sonnweber, R., Hohmann, G., Stevens, J. M. G., Deschner, T., Fruth, B., Fiedler, A.-L., Nurmi, N. O., & Behringer, V. (2023). Average phenotype but not plasticity in two metabolic hormones covary in wild female bonobos (Pan paniscus). Frontiers in Ecology and Evolution, 11. https://doi.org/10.3389/fevo.2023.1300003 
  • Pomper, U., Duss, C., & Ansorge, U. (2023). Testing the role of temporal selection for stimulus-driven capture of attention. Vision Research, 202, 108141. https://doi.org/10.1016/j.visres.2022.108141 
  • Sonnweber, R., Stevens, J. M. G., Hohmann, G., Deschner, T., & Behringer, V. (2022). Plasma Testosterone and Androstenedione Levels Follow the Same Sex-Specific Patterns in the Two Pan Species. Biology, 11(9), Article 9. https://doi.org/10.3390/biology11091275 
  • Ignatiadis, K., Barumerli, R., Tóth, B., & Baumgartner, R. (2022). Effects of individualized brain anatomies and EEG electrode positions on inferred activity of the primary auditory cortex. Frontiers in Neuroinformatics, 16. https://www.frontiersin.org/articles/10.3389/fninf.2022.970372 
  • Behringer, V., Stevens, J. M. G., & Sonnweber, R. (2022). Salivary Cortisol Reaction Norms in Zoo-Housed Great Apes: Diurnal Slopes and Intercepts as Indicators of Stress Response Quality. Animals, 12(4), Article 4. https://doi.org/10.3390/ani12040522 
  • Majdak, P., Hollomey, C., Baumgartner, R. (2022). AMT 1.x: a toolbox for reproducible research in auditory modeling. Acta Acustica, 6, 19. https://doi.org/10.1051/aacus/2022011
  • Sonnweber, R., Stevens, J. M. G., Hohmann, G., Deschner, T., & Behringer, V. (2022). Blood testosterone levels in sickness and in health: Male chimpanzee testosterone levels decrease in face of an immune challenge. American Journal of Primatology, 84(4–5), e23334. https://doi.org/10.1002/ajp.23334 
  • Ansorge, U., Büsel, C., Forstinger, M., Gugerell, D., Grüner, M., Pomper, U., Stolte, M., Schmid, R. R., & Valuch, C. (2021). Procedural Control Versus Resources as Potential Origins of Human Hyper Selectivity. Frontiers in Psychology, 12. https://doi.org/10.3389/fpsyg.2021.718141 
  • Baumgartner, R. (2021). The balancing act of spatial hearing (Der Balanceakt des räumlichen Gehörs). Akustik Journal, DEGA, Berlin, 3, 31-36. (article)
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