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Musikermedizin: Der Hornist im Scanner

Ein Instrument zu spielen erfordert besondere physiologische Fertigkeiten. Prof. Dr. Claudia Spahn und Prof. Dr. Bernhard Richter vom Freiburger Institut für Musikermedizin machen die Vorgänge im Körper von Blasmusikerinnen und Blasmusikern sichtbar.


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 Methoden aus der medizinischen Diagnostik ermöglich Bläsern neue Einblicke in das Körperinnere beim Spielen ihres Instruments (Quelle: Helbling Verlag GmbH)

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Wer schon versucht hat, als Laie einer Trompete einen Ton zu entlocken, der hat großen Respekt vor der Kunstfertigkeit des Blasmusikers. Lippen, Zunge, Kehlkopf und Zwerchfell werden lange trainiert, um die richtige Atmung und Stellung zu erlernen. Nur so produziert das Instrument einen harmonischen Ton und nicht nur ein hässliches Tröten. Prof. Dr. Claudia Spahn und Prof. Dr. Bernhard Richter und ihre Arbeitsgruppe zeigen auf einer neuen DVD, welche Vorgänge im Körper diese Kunstfertigkeit ermöglichen.


Sie sind sowohl Musiker als auch Ärzte und leiten das Freiburger Institut für Musikermedizin, eine gemeinsame Einrichtung der Hochschule für Musik und des Universitätsklinikums Freiburg. Gemeinsam mit Johannes Pöppe, Hornist und Medizinstudent und ihrem Oberarzt, Prof. Dr. Matthias Echternach, haben sie eine DVD erstellt, die Bläsern neue Einblicke in das Körperinnere beim Spielen ihres Instruments ermöglicht. Sie dient dazu, besser verstehen zu können, wie der Musiker seinen Köper verwendet, um ein Blasinstrument zu spielen.

 

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    Prof. Dr. Claudia Spahn, Prof. Dr. Bernhard Richter mit dem Hornisten und Medizinstudenten Johannes Pöppe (Quelle: FIM)
   


Im Blasinstrument entsteht der Ton entweder, wenn Luft an einem Spalt schwingt – wie bei den Flöteninstrumenten – oder, wie bei den Blechblasinstrumenten, durch die Lippenschwingung am Mundstück. Hierbei ist das genaue Zusammenspiel von Atmung, Vokaltrakt und Stellung der Zunge entscheidend. Jeder Musiker hat sein eigenes Bild davon, was in seinem Körper passiert, wenn er versucht, „das Zwerchfell nach unten zu ziehen“ oder das „Gaumensegel zu heben“. Was aber genau im Körper geschieht, wenn Blasmusiker spielen, war bisher nicht sichtbar. Diese Vorgänge haben Spahn und Richter in ihrer Arbeitsgruppe durch kernspintomographische Filme und Endoskopieverfahren sichtbar gemacht und in einer DVD veröffentlicht. Dazu nutzen sie Verfahren aus der medizinischen Diagnostik.

 

  • Durch die Nase auf die Stimmlippen schauen

Mit einem Endoskop konnten die Forscherinnen und Forscher die Bewegungen der Stimmlippen im Kehlkopf beim Spielen analysieren. Sie führen dafür den Musikern eine dünne flexible Röhre durch die Nase ein, an dessen Ende in einem Chip ein optischer Sensor sitzt. Diese Technik bezeichnet man als „Chip on the Tip“. Um den Kehlkopf zu filmen, muss das Ende des Endoskops am Gaumensegel vorbei in den Rachen leuchten. Diese Methode wird in der HNO-ärztlichen Praxis auch verwendet, um Erkrankungen der Stimmlippen zu diagnostizieren. Darm und Magenspiegelung beruhen auf ähnlichen Prinzipien. Die zwölf Bläser, die Spahn und Richter für ihre Versuche gewinnen konnten, ließen sich dadurch nicht stören: Sie spielten ihre Instrumente trotz Schlauch in der Nase.

 

  • Diskolicht und vibrierende Lippen

Bei Blechblasinstrumenten wie der Trompete machen die Lippen die Hauptarbeit: wenn der Musiker ausatmet, presst er die Lippen am Mundstück zusammen und der Ausatemstrom bringt sie so in Schwingung – sie öffnen und schließen sich bis zu 1000 Mal in der Sekunde. Luft fließt stoßweise durch den Spalt und erzeugt einen Ton am Mundstück der Trompete, den das Instrument verändert und verstärkt. Die Spannung der Lippen und die Kraft des Luftstroms bestimmen die Geschwindigkeit, mit der die Lippen schwingen. Je schneller die Lippen vibrieren, umso höher ist die Grundfrequenz des hörbaren Tones. Sehen kann man die schnellen Bewegungen der Lippen nur, wenn man durch ein Mundstück schaut und besondere Kameras benutzt: Entweder eine Hochgeschwindigkeitskamera oder ein Stroboskop. Die schnellen Lichtblitze des Stroboskops beleuchten immer nur einen Teilablauf einzelner Schwingungen und  machen die Bewegung der Lippen sichtbar. Auch eine Kamera, die 4000 Bilder pro Sekunde aufnimmt, kann die Bewegung der Lippen verlangsamt darstellen. In Zeitlupe  gehen im Video die Lippen der Bläser auf und zu. Auch die Bewegung der Stimmlippen im Kehlkopf kann man so auflösen.

 

  • Magnetspulen und Heidelbeersaft

Beim Blasinstrument ist der Name Programm: Die Luft und die Atemorgane formen den Ton. Wie aber machen die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler sichtbar, was im Inneren des Musikers passiert, wenn er spielt? Um zu sehen, wie der Trompetenspieler die Zunge bewegt oder der Klarinettist Zirkulationsatmung anwendet, braucht man ein Verfahren, das Muskeln und Gewebe sichtbar macht. Röntgenstrahlen, die nur Knochen gut abbilden, fallen somit nicht nur wegen ihrer Schädlichkeit aus. Spahn und Richter nutzen die Magnetresonanztomographie (MRT) – auch Kernspintomographie genannt.

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  Um zu sehen, wie der Trompetenspieler die Zunge bewegt oder der Klarinettist Zirkulationsatmung anwendet, braucht man ein Verfahren, das Muskeln und Gewebe sichtbar macht. Spahn und Richter nutzen die Magnetresonanztomographie – auch Kernspintomographie genannt. (Quelle: Helbling Verlag GmbH)
   


Eine große elektrische Metallspule erzeugt ein Magnetfeld. Die Magnetkraft der Spule richtet die Wasserstoffkerne im Körper des Musikers nach den Feldlinien des Magnetes aus. Ihr Eigendrehimpuls, eine Kraft, die von der Anzahl der Protonen und Neutronen im Kern abhängt, macht sie zu kleinen Kompassen. Normalerweise zeigt ihre Achse in jedem Kern in unterschiedliche Richtung. In der Magnetspule gibt das neue Magnetfeld Norden an.


Zwei weitere Spulen sind an den Stellen platziert , die abgebildet werden sollen und erzeugen ein Wechselfeld. Das Feld lenkt die Wasserstoffatome im Gewebe von der Position im statischen Magnetfeld der großen Spule aus. Die Wasserstoffatome schwingen und erzeugen mit der Auslenkung aus dem Magnetfeld einen Induktionsstrom in einer weiteren Metallspule, die als Messgerät dient. Wird das Wechselfeld abgeschaltet, pendeln sich die Wasserstoffatome wieder auf das statische Magnetfeld der großen Spule ein. Je nach Gewebe geschieht das unterschiedlich schnell: Die Abbildungen der Strommessungen sind heller oder dunkler. Mit diesem Verfahren können nur Gewebe abgebildet werden, die Wasserstoff enthalten – besonders Muskelgewebe, Bindegewebe und Nerven. Knochen enthalten nur wenig Wasserstoff und verschwinden deswegen im MRT.

 

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Im Kernspintomographen können die Forscher die Vorgänge im Mund und Rachen der Musiker während des Spiels beobachten. Die Musikermediziner tüftelten Plastikinstrumente aus Schläuchen aus und ließen die Musiker darauf im Liegen im Scanner musizieren.   (Quelle: Helbling Verlag GmbH)  

Das Spielen eines Instruments ist kein statischer, sondern ein dynamischer Prozess: Um diesen abzubilden, muss eine schnelle Abfolge von Bildern möglich sein. Auch das schafft der Kernspintomograph. Aktuell kann er 24 Bilder in der Sekunde aufzeichnen. Die Bilder entstehen erst durch komplexe mathematische Verrechnungen der Messinformation aus den Spulen. Das Resultat ist ein schwarz-weißer Film, der einen Querschnitt durch den Körper zeigt. Mit dem MRT können verschieden Schnittebenen angesteuert werden. Der Vokaltrakt kann von der Seite gezeigt werden, genauso aber von vorne.

Auch diese Methode hat Grenzen. Die magnetischen Spulen reagieren empfindlich auf Metall: Keine gute Voraussetzung für das Spiel von Trompete, Querflöte und Horn. Die Musikermediziner tüftelten Plastikinstrumente aus Schläuchen aus und ließen die Musiker darauf im Liegen im Scanner musizieren. Die Mundstücke waren im MRT aber unsichtbar. Heidelbeersaft löste das Problem. Die Forscher umwickelten das Mundstück mit dünnen Schläuchen voller Saft, sodass die Umrisse des Mundstücks zu sehen sind.

Die Druckversion dieses Textes (pdf) finden Sie hier.

 

Porträt der Forscherinnen und Forscher

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Quelle:FIM

 

Prof. Dr. Claudia Spahn

leitet das Freiburger Institut für Musikermedizin (FIM) seit dessen Gründung 2005 gemeinsam mit Prof. Dr. Bernhard Richter. Sie studierte Medizin an den Universitäten Freiburg, Paris/Frankreich und Chur/Schweiz sowie Blockflöte und Klavier an der Hochschule für Musik Freiburg. Nach der Promotion in Medizin und der Ausbildung zur Fachärztin für Psychotherapeutische Medizin wurde sie 2004 in Freiburg habilitiert. Im FIM behandelt sie vor allem Instrumentalistinnen und Instrumentalisten mit körperlichen und psychischen Beschwerden. Ihre Forschungs- und Lehrschwerpunkte sind die Prävention für Musikerinnen und Musiker, die Optimierung des Lampenfiebers bei Sängerinnen und Sängern sowie Instrumentalisten, die Evaluation von Körpermethoden sowie die Bewegungsanalyse beim Instrumentalspiel. Sie ist Herausgeberin und Autorin der Schriftenreihe „Freiburger Beiträge zur Musikermedizin“ sowie der Standardwerke „MusikerMedizin“ und „Lampenfieber“.

     

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Quelle:FIM

 

Prof. Dr. Bernhard Richter

leitet das Freiburger Institut für Musikermedizin (FIM) seit dessen Gründung 2005 gemeinsam mit Prof. Dr. Claudia Spahn. Er studierte Medizin an den Universitäten Freiburg, Basel/Schweiz und Dublin/Irland sowie Gesang an der Hochschule für Musik Freiburg. Nach der Promotion in Medizin und Ausbildungen zum Hals-Nasen-Ohren- und zum Stimmarzt wurde er 2002 in Freiburg habilitiert. Im FIM betreut er vor allem Sängerinnen und Sänger sowie Stimmpatientinnen und -patienten. Seine Forschungs- und Lehrschwerpunkte sind die Opernbühne als Arbeitsplatz, die Methoden der Hochgeschwindigkeitsglottografie und der Dynamischen Kernspintomografie zur Untersuchung der Stimmphysiologie, die Stimmentwicklung von Sängern in der Lebenszeitperspektive und der Gehörschutz bei Orchestermusikerinnen und -musikern. Er ist Herausgeber und Autor der Standardwerke „MusikerMedizin“ und „Die Stimme“.

     

 

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Video 1: Das Vibrato beim Blockflötenspiel: Endoskopische Aufnahmen des Kehlkopfes zeigen, wie die Stimmlippen bei schneller Tonfolgen aktiv mitschwingen.

 

Video 2: Der Hornist Johannes Pöppe im Magnetresonanztomographen: In den Aufnahmen des Brustraums während des Hornspiels sind die gleichmäßigen Bewegungen des Zwerchfells und der Rippenmuskulatur zu sehen.

 

Video 3: Die Doppel- oder Trippelzunge beim Trompetenspiel: Auch die komplexen Zungenbewegungen können mit der Magnetresonanztomographie aufgezeichnet werden.

 

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„Das Zwerchfell tanzt mit“

 "Das Blasinstrumentenspiel: Physiologische Vorgänge und Einblicke ins Körperinnere", DVD-Rom ,Claudia Spahn, Matthias Echternach, Bernhard Richter, Johannes Pöppe, 2013, Helbling Verlag GmbH

 

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