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Wenn Musik & Kunst nervös werden. Mit dem Sonapticon wird Musik sprichwörtlich nervös: Ein ganzer Raum verwandelt sich in ein Netzwerk von interagierenden Tönen, die grundlegende Vorgänge in Nervenzellen wiederspiegeln, die uns zu fühlenden und denkenden Wesen machen. Der begehbare, immersive Klangraum aus miteinander kommunizierenden Lautsprechern macht es nicht nur möglich, in die Netzwerkstruktur einzutauchen, sondern zugleich kann man mit dieser über Töne und Geräusche interagieren. Wenn man ein Gefühl für die Abläufe bekommen hat, dann lässt sich mit dem Sonapticon auf völlige neue Art und Weise musizieren – eine Musik, die eine Idee der kognitiven Prozesse gibt, die in ihrer Komplexität für uns nach wie vor ein Geheimnis bleiben.

Sonaptische Mobilmachung: Das Peri-Sonapticon Bislang ist eine Aufführung an ein Großstudio wie den Klangdom gekoppelt, da die ganze Aktivität noch aufwendig von einem Zentralrechner gesteuert wird. Das Peri-Sonapticon macht das ganze System mobil und flexibel, indem jede Audioneuronskulptur selbst die klangliche Prozessierung auf einem Mikroprozessor ausführt. Dabei greift Tim Otto Roth auf eigene Lautsprecherskulpturen zurück, die er bereits für die Klanginstallation [aiskju:b] in St. Elisabeth in Berlin, der Reaktorhalle München und dem Ludwig Forum Aachen eingesetzt hat. Die Elektronik dieses bewährten Systems wird entsprechend durchMikrophone erweitert. Das Peri-Sonapticon setzt sich somit wie ein Nervennetzwerk aus einzelnen autonomen Einheiten zusammen und reagiert so viel unmittelbarer auf den analogen Raum – ein wesentlicher Unterschied zur Studioversion.

Das Pilotprojekt wird gefördert von der Beauftragten der Bundesregierung für Kultur und Medien im Rahmen von Neustart Kultur aus Projektmitteln des Bundesverbands Bildender Künstlerinnen und Künstler.






Das Klangnetzwerk der Audioneuronen

Die meisten Menschen kennen akustisches Feedback lediglich als einen kaskadeartig sich verstärkenden Effekt einer Kombination von Mikrophon und Lautsprecher, wie ihn Jimmy Hendrix mit seiner Gitarre künstlerisch untersuchte. Das Sonapticon arbeitet mit einer anderen Form der Rückkoppelung, die der Kommunikation von Nervenzellen entlehnt ist.
Den Kern des Sonapticons bilden ‚Audioneuronen': Kleine leuchtende kugelförmige Klangskulpturen, die mit Lautsprechern und Mikrophonen versehen sind. Im Unterschied zu Nervenzellen sind diese nicht durch elektrisch leitende Fasern sondern mittels im Raum sich bewegender Töne verbunden. Ein Audioneuron registriert ausgewählte Tonimpulse (spikes) in seiner Umgebung mittels eines Mikrophons und wird durch diese gereizt. Wird eine Reizschwelle überschritten, "feuert" das Audioneuron einen eigenenImpuls über einen Lautsprecher. Der springende Punkt des Systems ist dabei, dass jedes Neuron einen charakteristischen Sinuston mit einer individuellen Frequenz zugeordnet bekommt. Damit wird gleichsam die synaptische Signalübertragung biologischer Neuronen in Klang (lateinisch: sonus) übertagen – es entsteht das "Sonapticon". Je nachdem wie die Frequenzen zugeordnet und wie die Audioneuronen im Raum positioniert werden, lassen sich unterschiedliche dynamische Klangnetzwerke im Raum aufbauen. Komplementär zum akustischen Geschehen können über LEDs im Inneren der durchscheinenden Skulpturen weitere Charakteristika wie z.B. der Reizstatus farblich dargestellt werden.

In seinem englischsprachigen Konferenzbeitrag Sonapticon - space as an acoustic network erläutert Tim Otto Roth die technischen Hintergründe und gibt Einblicke in die Konzeption der Komposition für den Klangdom am ZKM Karlsruhe.

Zur Funktionsweise biologischer Neuronen

Nervenzellen sind miteinander durch organische leitende Fasern verbunden, über die sie mit kurzen elektrischen Impulsen, so genannten Spikes kommunizieren.  Links sehen Sie ein einfaches Schema, wie ein Neuron funktioniert: Die eintreffenden elektrischen Impulse werden summiert und verändern entsprechend das Membranpotential des Neurons, das durch den gelben Kreis dargestellt wird. Es gibt zwei verschiedene Arten von eintreffenden Spikes: Wenn der Spike das Membranpotetial ansteigen läßt, so wird das sendende Neuron exitorisch (anregend) genannt, wenn er aber dieses absenkt, so wird der Sender als inhibitorisch (hemmend) eingestuft.
Treffen keine externen Impulse ein, so geht das Membranpotential auf ein Ruhepotential zurück (grüner Ring). Ein Neuron sendet selbst einen Spike aus – es 'feuert' – wenn die eingehenden Impulse der anderen Neuronen das Potential über einen bestimmten Grenzwert steigen lassen (roter Ring). Nachdem ein Neuron gefeuert hat, kann es über eine bestimmte Zeit nicht mehr angeregt werden und das Membranpotential geht auf das Ruhepotential zurück.

self synchronizing firing neuronsDieses einfache Interaktionschema bildet die Basis jeglicher Nervenaktivität. Es bleibt bis heute ein Rätsel, wie diese elektrischen Rückkoppelungen so etwas formen wie einen einfachen Gedanken in unserem Gehirn. Mit den neuesten Mikroskopiermethoden lassen sich in kleinen Gewebeschnitten beobachten, wie sich die Spikes feuernder Nervenzellen selbst organisieren (siehe die Animation in der Videodokumentation). Ein Teil der Neuronen beginnt hierbei nach einer gewissen Zeit synchron zu feuern. Man vermutet, daß in diesen sich selbstorganisierenden Mustern das Geheimnis des Gedächtnisses liegt.
Die neuroakustische Musik kann die Art und Weise der Entstehung und die Robustheit der Selbstsynchronisation gezielt untersuchen, indem einzelne Parameter variiert werden oder das System durch die Interaktion von menschlichen Akteuren gar bewußt gestört wird. Durch die räumlich-akustische Präsentation schafft das Sonapticon auch für den Fachwissenschaftler einen völlig neuen Zugang zu neuronalen Prozessen.

Zwei grundlegenden sonaptische Komponenten

Folglich stellt das Sonapticon ein System von verlangsamten synthetischen Neuronen dar, welches in Echtzeit eine Interaktion mit neuronalen Dynamiken unter gleichzeitiger Kontrolle der biologischen Parameter erlaubt. Das Sonapticon verbindet zwei grundlegende Komponenten:
- digitale in silico Methoden mit aktuellsten mathematischen biologischen Neuronenmodellen (z. B. das leitfähigkeitsbasierte Modell von Alain Destexhe) und
- eine empirische Umgebung (der Klangdom), in der die Akustik als analoger Raum des Experimentierens und Interagierens dient.

Klanganalyse

Wenn man sich ein Klangspektrum ansieht, dann kann man beobachten, dass die meisten Klänge aus einem breiten Spektrum an Frequenzen zusammensetzen. Sinustöne hingegen schwingen auf einer einzigen Frequenz und zeigen deshalb bei entsprechender Stärke eine charakteristische Spitze im Spektrum. Auf diese Weise können ganz einfach die Audioneuronen miteinander verbunden werden: Jedes Audioneuron registriert ein spezifisches Set an Frequenzen, die anderen Neuronen zugeordnet sind. Diese Frequenzen sind im Spektrum als gelbe oder blaue Linien markiert. Wenn ein Audioneuron eine signifikant ansteigende Spitze mit deren Maximum an einer der Linien registriert, dann interpretiert es diese als einen Impuls eines verbundenen Neurons und die Linie blinkt in rot. Die Filmdokumentation zeigt ferner anhand des Wechsels des Audioneuronenpotentials, dass Spitzen bei den blauen Linien als exitorisch und Spitzen bei den gelben Linien als inhibitorisch interpretiert werden. Im unteren Teil des Audioneuronendisplays ist ein Plot zu sehen, der das wechselnde Potential aufzeichnet und so hilft, die Dynamik eines einzelnen Neurons besser zu verstehen.

Die PC-Version

Prinzipiell kann jede Rechnerarchitketur mit einem Mikrophon und einem Lautsprecher als ein Audioneuron fungieren, sei es ein Laoptop, ein Tablett-PC oder ein Smartphone. Im August 2012 fand mit Laptops eine erste Performance am Bernstein Centre for Computational Neuroscience auf dem Campus der Berliner Charite statt. Die Besucher installierten eine kleine Software und verwandelten so ihren mit kleinen externen Lautsprechern versehene Laptop – sowohl PC also auch Mac – in akustische Neuronen. Schritt für Schritt entstand so ein Netzwerk mit zwanzig akustischen Neuronen, deren Dynamik durch das sukzessive Hinzufügen von Neuronen erforscht werden konnte.
Bereits hier lud das Sonapticon zur Interaktion ein. Eine singende Säge, die ein recht klares Spektrum mit Sinustönen generiert, erwies sich als ein perfektes Instrument, die Resonanzen des Laptopsystems zu erforschen.

Proof of Concept im Klangdom des ZKM Karlsruhe Das Funktionieren des Sonapticons hat Tim Otto Roth in Zusammenarbeit mit dem Neuromathematiker Dr. Benjamin Staude als Gastkünstler des ZKM Karlsruhe gezeigt. 2012 erfolgte die erfolgreiche Premiere im dortigen Klangdom mit 43 Studiolautsprechern unter Einbeziehung von drei Piccoloflötisten im Rahmen des IMATRONIC Festival und des Symposiums Neuroaesthetics.

Impressionen des Konzerts am ZKM Karlsruhe mit den drei Piccoloflötisten Anna Buck, Ay-Ling Yang und Eric Thanbichler.

Technische Umsetzung für den Klangdom am ZKM Karlsruhe

Im Klangdom des ZKM erfolgt die Klanganalyse über ein Framework basierend auf MaxMsp, das von Holger Stenschke programmiert wurde. Die Adaption des Neuronenmodells sowie die Kompositionsumgebung hat Benjamin Staude in Python realisiert. Die Visualisierung wurde von Tim Otto Roth mit Gem in Kombination mit Puredata erstellt.

Vorgeschichte

Music of Life - Hellerau 2008 Bereits seit 2007 experimentiert Tim Otto Roth mit der akustischen Übersetzung von Selbstorganisationsprinzipien. In Zusammenarbeit mit der Gruppe Π'XL arbeitete er 2008 mit einem eigens geschaffenen Projektchor an der Umsetzung von sogenannten zellulären Automaten auf die Sänger des Chores. 2011 übertrug er das Konzept dieser Music of Life auf Streicher im Rahmen eines Konzerts am ZKM Karlsruhe. Die Idee zum Sonapticon entstand aus einem Gespräch heraus mit dem damals am Max-Planck-Institut für moklekulare Zellbiologie und Genetik (MPI-CBG) forschenden Neurobiologen Eugenio Fava nach dem ersten Chorkonzert im Deutschen Hygienemuseum in Dresden. Auf Einladung von Ludger Brümmer, dem Leiter des Instituts für Musik und Akustik, bekam Tim Otto Roth schließlich die Gelegenheit gemeinsam mit dem Biomathematiker Benjamin Staude und dem Tontechniker Holger Stenschke im Klangdom des ZKM, die Idee in die akustische Realität umzusetzen. Von 2012 bis 2012 arbeitete das Team an der Umsetzung der Idee. In einem Blog ist die Entwicklung des Sonapticons dokumentiert.
Bislang war eine Aufführung an ein Großstudio wie den Klangdom gekoppelt, da die ganze Aktivität noch aufwendig von einem Zentralrechner gesteuert wurde. Das Peri-Sonapticon macht das ganze System mobil und flexibel, indem jede Audioneuronskulptur selbst die klangliche Prozessierung auf einem Mikroprozessor ausführt.


Tim Otto Roth

Der Konzeptkünstler und Komponist Tim Otto Roth verbindet in seinem Werk Kunst und Naturwissenschaft auf neuartige Weise. Mit seinen raumgreifenden Klangskulpturen wie dem aus 36 rotierenden Lautsprechern bestehenden Heaven's Carousel oder der Wasserorgel aura calculata gelingt es ihm, in der Auseinandersetzung mit aktueller wissenschaftlicher Forschung neue ästhetische Erfahrungen zu ermöglichen und damit neue Wege in der Kunst eröffnen. In seiner kompositorischen Arbeit fokussiert er den Raum als (additiven) Synthesizer, in dem sich Töne von im Raum verteilten Tonquellen zu ortspezifischen Klänge mischen. Neben seiner besonderen Methode zur Spatialisierung von Klang fokussiert er in seinem Schaffen mikrotonale Skalen, deren "Harmonik" sich aus spezifischen physikalischen Prozessen ableiten lassen. Im Juni 2018 feierte seine Klanginstallation SMART>SOS Premiere am IRCAM in Paris. Seit Sommer 2018 zeigt er die immersive Klangskulptur [aiskju:b], die aus 444 illuminierten Lautsprechern besteht und mit Daten aus dem IceCube-Observatorium bespielt wird, in der Kulturkirche St. Elisabeth in Berlin-Mitte, in der Reaktorhalle München und am Ludwig Forum für internationale Kunst in Aachen.
www.imachination.net

News

Nach intensiven Monaten der Vorbereitung feierte am 3. Oktober 2021 das Peri-Sonapticon eine kleine Weltpremiere in den imachination labs in Oppenau im Rahmen einer private view mit Freunden des Studios. Special guest des Abends war der Straßburger Musiker Yérri-Gaspar Hummel, der mit seinem Altsaxophon die 41 Audioneuronen akustisch anregte.

Das Herzstück des neuen Sonapticons ist in Produktionen gegangen: die Platinen für die Audio-Neuronen, die eine Mikroelektronik mit Mikrophon, LED-Licht und Tonausgabe umfassen.
Besonderen Dank an: Benjamin Piltz (Elektronik und Bestückung), Manuel Prugel (Programmierung) und Miriam Seidler (Film).

Gefördert durch das Programm Neustart Kultur entsteht aktuell eine mobile Version des Sonapticons.
Aufführungstermine werden in Kürze hier bekannt gegeben.


Medienresonanz

Vernetzt wie Nervenzellen, von Rainer Braxmaier, Offenburger Tageblatt, 27. Oktober 2021


September 2019, Soundart herausgegeben von Peter Weibel zeigt auf drei Doppelseiten das Heaven's Carousel, das Sonapticon und die Wasserorgel aura calculata, MIT Press 2019.



April 2016, Seizing Attention: Devices and Desires, von Barbara Maria Stafford, Art History, Volume 39, Issue 2, pp. 422–427.

October 2015 Aura Calculata – die Klang- und Lichtkunst von Tim Otto Roth siedeln an der Schnittstelle von Kunst und Wissenschaft, von Helga de la Motte-Haber, Neue Zeitschrift für Musik 05/2015, S. 34-37

Artist collaborates with neuroscientist to build 'audio-neurons', Interview von Robert Barry, wired.co.uk, 10. Dezember 2012.

Hören, wie Nervenfasern sprechen, Acher-Rench-Zeitung 21. November 2012