In dieser Studie zielen wir auf eine umfassende Charakterisierung der anatomischen (z. B. Bengtsson et al., 2005) und funktionellen (z. B. Pinho et al., 2014) Plastizität des Gehirns ab, wie sie mit dem musikalischen Experten-Arbeitsgedächtnis (AG) in Verbindung steht (Masse et al., 2019). Wir untersuchen, wie sich hirnstrukturelle Veränderungen auf Verhaltensveränderungen infolge von Fertigkeitserwerb auswirken (Lövdén et al., 2020) – sowohl in allgemeinen kognitiven Netzwerken wie dem frontoparietalen Netzwerk für das AG (Koenigs et al., 2009) als auch in spezifischen Hirnarealen, die für musikalische Expertise relevant sind, z. B. dem auditiven System und den multisensorischen Integrationssystemen (Herholz et al., 2012). Anders gesagt: Uns interessiert, wie langfristiges, gezieltes Üben die Mechanismen des Arbeitsgedächtnisses beeinflusst.

Im Rahmen dieses Projekts untersuchen wir unter anderem folgende zentrale Aspekte:

• Ein zweistufiges Modell der Expertise-Entwicklung: Ein solches Modell beschreibt den Erwerb von Expertise als einen Übergang von verminderter neuronaler Aktivität hin zur strukturellen Reorganisation im Gehirn (Guida et al., 2012). Studien zeigen, dass gezielte Stimulation des dorsalen Pfads die auditive AG-Leistung (Albouy et al., 2017, 2022) und das Lernen (Whittaker et al., 2024) kausal verbessert – ein Hinweis auf eine übergreifende Modalitätsunabhängigkeit neuronaler Rhythmisierung, zumindest kurzfristig. Daraus ergibt sich die Frage, ob und wie langfristiges musikalisches Training Veränderungen in diesen Strukturen und Netzwerken bewirkt.
• Unsere verhaltensbezogenen Untersuchungen zum musikalischen Arbeitsgedächtnis zeigen, dass Musiker:innen über eine überlegene AG-Fähigkeit für musikalisches Material verfügen – sowohl im auditiven als auch im visuellen Bereich. Dies spricht für ein domänenspezifisches und multimodales Experten-AG. Eine zentrale Frage ist daher, ob Expert:innen auf verstärkte multimodale Repräsentationen musikalischer Reize zurückgreifen.
• Forschungsergebnisse stützen die Annahme, dass das AG von Expert:innen auf der Entwicklung kognitiver Strategien wie Chunking (Gobet, 2007) sowie auf effizienteren Verbindungen zu Langzeitgedächtnissystemen (LZG) beruht (Cantor et al., 1993; Ericsson et al., 1999). Wir untersuchen daher sowohl die strukturelle als auch die funktionelle Konnektivität zwischen auditiven und visuellen Systemen sowie jene zwischen AG- und LZG-Netzwerken.

Zur Beantwortung dieser Fragestellungen führen wir eine Reihe integrierter Experimente mit struktureller und funktioneller 7-Tesla-Magnetresonanztomographie am Cooperative Brain Imaging Center (CoBIC) in Frankfurt am Main durch. In unseren funktionellen Aufgaben analysieren wir das BOLD-Signal im Rahmen unseres Delayed-Match-to-Sample-AG-Paradigmas, das in der Studie zur verhaltensbezogenen Charakterisierung des musikalischen Arbeitsgedächtnisses entwickelt und validiert wurde. Teilnehmen werden gesunde erwachsene Musiker:innen und Nicht-Musiker:innen, die hinsichtlich demografischer Merkmale und nicht-musikalischer AG-Leistung vergleichbar sind und in den musikalischen Aufgaben über dem Zufallsniveau abschneiden. Jede Versuchsperson nimmt an zwei separaten Scan-Sitzungen teil: eine fokussiert auf visuelles AG, die andere auf auditives AG. In jeder Sitzung führen die Teilnehmenden Behaltens- und Manipulationsaufgaben ohne Störreize durch (siehe Verhaltensbezogene Charakterisierung des musikalischen Arbeitsgedächtnisses), wobei Melodien und Buchstabenfolgen in abwechselnden Blöcken präsentiert werden.