Benutzt das menschliche Gehirn eine Art eingebaute Fouriertransformation, um effizient Audio-Informationen zu verarbeiten?
Das kann man so nicht sagen. Der Prozess, mit dem im Ohr Druckschwankungen nach Frequenzen gefiltert werden, ähnelt einer Fouriertransformation nicht gerade. Dennoch sind die Ergebnisse vergleichbar. Ich erkläre kurz, was da passiert:
Nach diversen mechanischen Umsetzungen (Gehörgang, Innenohr) regen die Schallwellen ein Trommelfell an. Hinter dem Trommelfell befindet sich ein mit Flüssigkeit gefüllter, langer Gang (die Schnecke
), in dem sich längs eine Membran
befindet, die Schwingungen "fühlen" kann. Die Membran schwimmt in der Flüssigkeit, und wenn eine Schallwelle durch die Flüssigkeit läuft, werden Nervenzellen in der Membran angeregt. So wird eine Hörwahrnehmung erzeugt.
Der Gang selber ist so geformt, dass Wellen unterschiedlicher Frequenz an unterschiedlichen Stellen längs des Gangs und der Membran "auflaufen". "Geformt" ist nicht gerade das richtige Wort, es ist mehr ein Zusammenspiel der Konsistenz der Flüssigkeit und der Elastizität der Gewebe. Das heißt, je nach dem, wo längs der Membran eine Nervenzelle sich befindet, wird sie unterschiedliche Frequenzen wahrnehmen.
Das ganze passiert "logarithmisch": eine Länge entlang der Membran entspricht einer Vervielfachung der Frequenz.
Eine ganz wichtige Rolle spielt dabei ein Reflex, der die Membran versteift, sobald sie gereizt wird. Dadurch wird die "Trennschärfe" größer, die Frequenz eines Tons kann genauer bestimmt werden.
Am Ende des Vorgangs (der nur Millisekunden dauert) entstehen also Nervensignale, die die Stärke und die Frequenz(en) eines Tons (oder Geräuschs) repräsentieren. Dabei sind die Frequenzen "räumlich" getrennt. Unterschiedliche Frequenzen werden durch unterschiedliche Nervenfasern übertragen.
Die Fourier-Transformation hilft uns dabei, diese Vorgänge zu verstehen. Zum Beispiel können wir verstehen, wie die Schnecke Frequenzen filtert, weil wir ähnliche Prozesse experimentell durchführen können, und dabei hilft es enorm, zu verstehen, wie die Fourier-Transformation funktioniert, und wie man damit z.B. Differentialgleichungen lösen kann. Ich kann nicht sagen, dass der Prozess irgendwie einer Fourier-Transformation ähnelt.