Musik begleitet Vincent Cheung schon lange. Der 28 Jahre alte Doktorand aus Hongkong spielt liebend gerne Geige, und wenn es die Zeit zulässt, übt er auch mal an seinem Arbeitsplatz, dem Max-Planck-Institut für Kognitions- und Neurowissenschaften in Leipzig. Eine Karriere als professioneller Musiker, womöglich gar im berühmten Gewandhausorchester, strebt er allerdings nicht an: „Vielleicht in einem anderen Leben“, sagt Cheung lachend. Dafür spielt Musik eine tragende Rolle in seiner Forschung – zumindest heute: Zunächst hat Cheung nämlich Mathematik an der Universität Warwick studiert. Auf die neurowissenschaftliche Betrachtung der Wirkung von Musik stieß er mehr oder weniger durch Zufall während seines Masterstudiums in Berlin. Dort kam er auch in Kontakt mit den Arbeiten von Stefan Kölsch, der aktuell als Professor für Bio- und Musikpsychologie im norwegischen Bergen lehrt und vergangenes Jahr ein Buch über „die heilende Kraft von Musik“ veröffentlicht hat. Mittlerweile arbeiten die beiden zusammen.

In einer Studie, die im November 2019 im Fachmagazin „Current Biology“ erschienen ist, haben sich die beiden Wissenschaftler mit vier anderen Forschern der Frage gewidmet, warum und wie eigentlich Musikgenuss entsteht. Kernergebnis: Es kommt auf die Kombination aus Überraschung und Unsicherheit innerhalb eines Stückes an. „Das Spiel mit Erwartungen ist ein zentraler Aspekt von Musik in unserer Kultur“, sagt Kölsch. Doch was ist daran für den Hörer so besonders angenehm?

Um das herauszufinden, fütterten sie ein maschinelles Lernmodell mit 745 erfolgreichen Popsongs, die es zwischen 1958 und 1991 in die amerikanischen Billboard-Charts geschafft hatten. Darunter waren etwa Superhits wie „Invisible Touch“ von Genesis, Abbas „Knowing Me, Knowing You“ oder der Beatles-Ohrwurm „Ob-La-Di, Ob-La-Da“. Keine Lieder, die Vincent Cheung privat rauf und runter hört. Die Auswahl hatte ganz praktische Beweggründe.

Topwert für Beatles-Song

„Es existieren einfach nur sehr wenige Korpora, die so umfangreich und detailliert sind“, erklärt Kölsch. Mit Korpora meint der Forscher Datensätze. Da die Grundregeln und Kombinationen von Dur/Moll-tonaler Musik relativ elementar seien, hätte der Ansatz wohl auch mit Bach-Chorälen funktioniert. So jedoch stand dem Forscher-Team ein viel größerer Fundus an Untersuchungsmaterial zur Verfügung, gut 80 000 Akkorde.

„Zunächst hat das Modell eine Wahrscheinlichkeitstabelle für sämtliche Akkordfolgen der Song-Sammlung erstellt“, erklärt Kölsch. Es gibt einige Grundmuster, die von Musikern schon seit Jahrhunderten inflationär genutzt werden, beispielsweise 1 – 4 – 5. Nimmt man die C-Dur-Tonleiter, wären dies C-Dur-, F-Dur- und G-Dur-Akkord, wobei ein Akkord immer das gleichzeitige Erklingen von mindestens zwei Tönen bezeichnet. Aus der ebenfalls gern genutzten Folge 1 – 5 – 6 – 4, also C-Dur, G-Dur, a-Moll und F-Dur auf der C-Dur-Tonleiter, hat die australische Comedy-Band The Axis of Awesome sogar einen Youtube-Hit gemacht.

Die drei Musiker legten über die stets gleich bleibenden Akkorde Melodien und Texte von 47 Pop-Hits, und das sechs Minuten lang. Für die Studie von Cheung, Kölsch und Co. ergibt sich daraus, dass auf einen Akkord der Stufe 5 relativ wahrscheinlich keiner der Stufe 2 folgt, sondern eher einer der Stufe 1 oder 6. Durch ihr Computerprogramm wussten die Forscher, wie erwartbar oder überraschend einzelne Akkorde im Kontext waren. Außerdem habe das Modell noch einen weiteren Wert geliefert, sagt Kölsch, und zwar „wie sicher ein Hörer ist, dass die Vorhersage für den nächsten Akkord auch wirklich eintrifft.“ Ihren 39 Probanden spielten sie im Anschluss lediglich die Akkorde vor. Alle weiteren Elemente eines Liedes wie Melodie oder Text wurden entfernt, damit keiner der Hörer Rückschlüsse zu den ursprünglichen Werken herstellen konnte.

Grundprinzip schon lange bekannt

Lediglich einen standardisierten Beat spielten sie zu den Akkorden ein, während die Testpersonen die Akkorde mit einem Schieber auf einer Skala bewerteten. Diese Angaben wiederum glichen die Forscher mit den zuvor durch das Modell errechneten Werten ab und stellten zwei Muster fest: In Situationen, wo die Probanden unsicher waren, was sie erwartete, bevorzugten sie es, nicht überrascht zu werden. Hatten sie aber die Akkordfolge verinnerlicht und ein relativ gutes Gespür für das, was wohl folgen dürfte, war ihnen ein überraschender Akkord dagegen sehr willkommen. Diese Erkenntnisse unterstrichen auch die Gehirnaufnahmen der Probanden.

In der Vergangenheit habe der Fokus der Forschung primär auf der Auswirkung von Überraschung gelegen, sagt Kölsch: „Auf überraschende Akkorde haben wir aber nie überzeugende Aktivierungen im Gehirn gefunden.“ Musikgenuss sei eben auch von der Erwartung des Hörers abhängig oder dem „dynamischen Wechselspiel von prospektiven und retrospektiven Erwartungszuständen“, wie es die Forscher schreiben.

Auf den kombinierten Effekt kommt es also an. Eine überraschende Wendung kann an der richtigen Stelle plaziert sehr gut ankommen, an einer anderen aber das komplette Gegenteil bewirken. „Das Grundprinzip des Spiels mit den Erwartungen haben Songwriter und Musiktheoretiker schon immer gekannt“, sagt Cheung. Nur hätten sie es nicht auf eine mathematische Formel herunterbrechen und die Vorgänge im Gehirn zeigen können. Besonders gut wurde von den Hörern die Akkordfolge des Beatles-Songs „Ob-La-Di, Ob-La-Da“ bewertet – ausgerechnet ein Lied, das John Lennon wenig feinfühlig als ein weiteres Beispiel für Paul McCartneys „Oma-Musik“ abgestempelt haben soll.

„Musiker haben da ein sehr gutes Gespür“

Cheung und Kölsch legen allerdings wert darauf, dass dieser Befund keineswegs aussage, dass dieses Stück der „perfekte“ Popsong sei. „Wir haben uns ja nur die Harmonien angeschaut“, sagt Kölsch. Zu einem guten Popsong gehörten aber natürlich auch Melodie, Rhythmus, Text und zahllose weitere Elemente. Auch aus diesen vielen anderen Aspekten eines Liedes kann natürlich Musikgenuss entstehen. Zudem hätten Kultur, Genre oder die persönlichen Erfahrungen eines Hörers einen Einfluss darauf, wie überraschend ein Akkord wirke und wie gut er vorhergesagt werden könne, schreiben die Forscher in ihrer Publikation. „Gleichwohl kommen Musikschaffende um das von uns nachgewiesene Prinzip nicht drum herum“, sagt Kölsch. Intuitiv dürften viele es ohnehin beherzigen: „Musiker haben da ein sehr gutes Gespür.“

Hochinteressant dürften die Ergebnisse aber auch für die Musikindustrie an sich sein, etwa was den Einsatz von Künstlicher Intelligenz (KI) angeht. „Die KI Aiva komponiert schon jetzt klassische Musik, bei der ein Nichtkenner keinen Unterschied zu menschlichen Werken heraushört“, sagt Martin Lücke, Professor für Musik- und Kulturmanagement am Campus Berlin der Hochschule Macromedia. In fünf bis zehn Jahren werde es Algorithmen geben, die wir uns heute noch nicht vorstellen könnten, prognostiziert Kölsch. Das dürfte die Musiklandschadt verändern, vermutet auch Cheung. Von mehr als einer losen Anfrage aus der Musikbranche kann der Doktorand aber nicht berichten.

Künstliche Intelligenz hat Grenzen

Ihn und die anderen Forscher interessiert vielmehr, was sich auf ihrer Studie aufbauen lässt. „Für uns steht jetzt auf dem Programm, die Hirndaten noch genauer zu analysieren“, sagt Kölsch. In der Studie habe man nur die Regionen erwähnt, die besonders von Interesse waren: die Amygdala, der Hippocampus und der auditorische Kortex. Diese drei Hirnregionen spielen für die Verarbeitung von Klängen eine bedeutende Rolle, aber auch für Emotionen, Erinnerungen und Lernen. Eine weitere Frage, der man nachgehen wolle, sei die, ob auch Klänge an sich eine Form der Erwartung kreieren, sagt Cheung.

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Das weite Feld Musik bietet Forschern unzählige verschiedene Ansatzpunkte. Ein Team um den Neurowissenschaftler Benjamin P. Gold von der McGill-Universität im kanadischen Montreal wählte jüngst einen ähnlichen wie Cheung und Co. Auch sie betrachteten im Kern die Rolle von Erwartungen und Unsicherheit, konzentrierten sich aber nicht auf einzelne Akkorde. Ihrer Studie zufolge genießen wir Musik auch deshalb, weil wir durch das Hören von Stücken immer neu dazulernen. Ideal seien demnach Lieder mit einem „mittleren Grad an Komplexität“, die den Hörer nicht überfordern, aber tunlichst auch nicht langweilen, etwa, weil ihr Fortgang zu erwartbar gestaltet wird. Lernen lässt sich in beiden Fällen schließlich relativ wenig.

„Diese Grundlagenforschung ist unheimlich wichtig und interessant“, sagt Musikprofessor Martin Lücke. Dass die Ergebnisse direkt in die Arbeit von Musikern einfließen, glaubt er indes nicht. Auch der Einsatz von Künstlicher Intelligenz habe bei allen neuen Möglichkeiten für das Songwriting seine Grenzen: „Musik ist ja nicht nur Beiwerk, die Interpreten zum Beispiel fungieren auch als Identifikationsfigur“, sagt Lücke. Was diese an Emotion und Herzblut in ihre Kunst stecken, macht Musik so wunderbar – natürlich gepaart mit einem feinen Riecher für das Spiel mit unseren Erwartungen.