Wie das Gehirn die Lücken der Sprache ausfüllt

Eine neue Studie zeigt, dass Sie, wenn Sie die Sätze Ihres Ehepartners beenden oder eine leere Frage beantworten, die Relaisstation des Gehirns für Erinnerungen aktivieren.

Laut Forschern der University of California in Berkeley wurde dieses Gebiet bisher von Wissenschaftlern, die Sprache studieren, weitgehend vernachlässigt.

Während das Sprechen und Verstehen von Sprache offensichtlich auf unseren Erinnerungen beruht, betrachten die meisten Studien Sprache und Gedächtnis als getrennte Funktionen des Gehirns und ignorieren jegliche Verbindung, so die Forscher.

In ihrem neuen Experiment zeigen die Berkeley-Psychologen, dass Gedächtnis und Sprache über den Hippocampus, der eine Schlüsselrolle bei Gedächtnisassoziationen spielt, eng miteinander verbunden sind.

Der Hippocampus befindet sich in der Mitte des Gehirns und fungiert als Router, um verwandte Erinnerungen zu verknüpfen - beispielsweise Farbe, Form, Gefühl, Geruch und Geschmack einer Orange -, damit wir Assoziationen herstellen können.

Die Rolle des Hippocampus bei der Zuordnung eingehender Wörter zu gespeichertem Wissen ist laut den Forschern notwendig, um Satzbedeutungen zu verstehen und zu generieren.

Kürzlich wurde berichtet, dass Patienten mit Hippocampusschäden genau die Symptome hatten, die man erwarten würde, wenn der Hippocampus an Sprachassoziationen beteiligt wäre: Probleme, Wortbedeutungen miteinander in Beziehung zu setzen und Kontextinformationen aus Sätzen und Diskursen zu extrahieren, sagten die Forscher.

"Die Verbindung zwischen Sprache und Hippocampus könnte eine Erklärung für einige der Sprachdefizite sein, die wir bei Patienten sehen, die keine Schäden an den Sprachbereichen des Gehirns haben", sagte der ehemalige Postdoktorand der Universität von Kalifornien, Vitória Piai, jetzt Berkeley ein leitender Forscher an der Radboud University in Nijmegen, Niederlande.

"Ich denke, sobald wir anfangen, Sprache zu lernen, wie es im wirklichen Leben geschieht, werden wir feststellen, dass der Hippocampus mehr im Dienst der Sprache tut, als wir bisher dachten."

Für ihre Studie zeichneten die Forscher die neuronale Aktivität mithilfe von Elektroden auf, die in den Hippocampus von 12 Personen eingeführt wurden, als sie leere Sätze mit einer offensichtlichen Antwort hörten: „Er fegte den Boden mit einem ________“, zum Beispiel.

Bei den meisten Probanden zeigte der Hippocampus eine stark synchronisierte Aktivität, da sie beim Hören der Sätze die richtige Antwort fanden, jedoch bevor ein Bild der Antwort angezeigt wurde. Dies war ein Zeichen dafür, dass die Region im gesamten Gehirn Assoziationen einging, um das richtige Wort zu finden: In diesem Fall, Besen, erklärten die Forscher.

Laut Piai erfasst die Tiefenhirnaufzeichnung Millisekunden-Millisekunden-Neuronenfeuer und zeigt genau, wie das Gehirn in Echtzeit mit Sprache umgeht.

Sprachstudien verwenden am häufigsten die funktionelle Magnetresonanztomographie (fMRT), mit der der Sauerstofffluss im Gehirn gemessen wird. Dieser langsame Prozess ermöglicht es Forschern nicht, Aktivitäten zu messen, die in Sekundenbruchteilen stattfinden.

"Studien mit fMRI zeigen, wo Dinge miteinander verbunden sein könnten, aber es sagt Ihnen nicht, wie das Gehirn diese Dinge zusammensetzt", sagte Piai.

„Ich denke, Sie können die Frage nach dem Wie erst beantworten, wenn Sie mit der Elektrophysiologie beginnen, die eine direktere Beziehung zur neuronalen Aktivität im Signal hat als deoxygeniertes Blut.Dieses Experiment ist so aufregend, weil wir möglicherweise beginnen werden, Sprache und Gedächtnis auf eine stärker integrierte Weise zu verstehen und es zu untersuchen, wie es wirklich passiert. “

"Sprache ist etwas, das klassisch als sich entwickelnd und im Kortex vorkommend angesehen wurde, weshalb wir Sprache haben und Ratten nicht", sagte Co-Autor Robert Knight, University of California, Berkeley-Professor für Psychologie und ehemaliger Leiter von das Helen Wills Neuroscience Institute.

„Trotz der Tatsache, dass der Hippocampusbereich des medialen Teils des Temporallappens bekanntermaßen mit dem räumlichen und verbalen Gedächtnis des Menschen verbunden ist, waren die beiden Felder wie Schiffe, die im Nebel fahren, ohne zu wissen, dass das andere Schiff dort ist. ”

In der neuen Studie, die an Epilepsiepatienten durchgeführt wurde, die intrakranielle Elektrodenstudien an der University of California, dem Irvine Medical Center und dem Stanford University Medical Center durchführten, um die Quelle ihrer abnormalen Gehirnaktivität zu lokalisieren, nutzte Piai einen bekannten Verhaltenseffekt, um das zu untersuchen Beteiligung des Hippocampus an der Sprache. Sie nahm nur von der nicht-epileptischen Hemisphäre des Gehirns auf.

Frühere Sprachstudien haben gezeigt, dass Menschen die Lücke schneller ausfüllen, wenn ein Satz nur eine offensichtliche Antwort hat - zum Beispiel „Sie hat die Tür mit dem ________ verschlossen“ - als wenn der Satz viele mögliche Antworten hat, wie zum Beispiel „Sie ist gekommen hier mit dem ________. ”

In der neuen Studie hörten die Probanden Sätze mit sechs Silben, gefolgt von einer Pause und einem kurzen Aufblitzen eines Bildes der Antwort. Die Probanden wurden gebeten, das Bild zu benennen.

Bei 10 der 12 Probanden verursachten nur eingeschränkte Sätze - solche mit einer einzigen offensichtlichen Antwort - einen Ausbruch synchronisierter Theta-Wellen im Hippocampus, eine Aktivität, die für den Hippocampus charakteristisch ist, wenn er eine Gedächtnisassoziation eingeht.

"Vitória hat gezeigt, dass, wenn Sie direkt aus der menschlichen Hippocampusregion aufnehmen, der Hippocampus aktiver wird, wenn der Satz enger wird, und im Grunde voraussagt, was passieren wird", sagte Knight. "Der Hippocampus begann, rhythmische Theta-Aktivitäten aufzubauen, die mit dem Speicherzugriff und der Speicherverarbeitung verbunden sind."

Im Laufe der Jahre haben Knight und andere die Gehirnaktivität mithilfe von Elektroden auf der Gehirnoberfläche untersucht, die sogenannte Elektrokortiokographie oder die Einführung in das Gehirn, die sogenannte intrakranielle Aufzeichnung, und gezeigt, dass Gedächtnisneuronen zwischen einem und 80 Zyklen pro Sekunde schwingen. Neuronen, die assoziierte Erinnerungen darstellen, vibrieren jedoch mit einem „Theta“ -Rhythmus im Bereich von vier bis acht Zyklen pro Sekunde.

Eine Theorie besagt, dass, wenn eines dieser assoziierten Neuronen ausgelöst wird, alle mit derselben Frequenz vibrierenden gleichzeitig feuern und uns an verwandte Erinnerungen erinnern. Der Geruch einer Orange löst ein Bild im Kopf aus, der Geschmack und Geruch einer Orange und alle positiven oder negativen Emotionen, die mit Orangen verbunden sind.

In ähnlicher Weise würde ein eingeschränkter Satz allmählich synchronisierte Schwingungen zwischen verwandten Speichern aufbauen. Für den Satz "Er fegte den Boden mit einem ________" lösen "gefegt" und "Boden" synchronisierte Schwingungen in verschiedenen Neuronensätzen aus, die verwandte Erinnerungen codieren und sich mit dem einzigen Wort überschneiden, das eng mit beiden verwandt ist: "Besen".

Piai vermutet, dass die Wörter, wenn wir uneingeschränkte Sätze hören, keine verwandten oder überlappenden Assoziationen hervorrufen.

Die neuen Erkenntnisse könnten ein völlig neues Untersuchungsgebiet mit intrakraniellen Aufzeichnungen eröffnen, um Details der Verbindung zwischen Sprache und Gedächtnis zu untersuchen, sagte Knight.

„Diese Studie zeigt, dass das Gedächtnis dazu beiträgt, dass sich ein Satz im Laufe der Zeit weiterentwickelt. Es ist ein Echtzeit-Teil unseres Sprachsystems und kein Sklave des Sprachsystems “, sagte er.

Die Studie wurde in der Zeitschrift veröffentlicht Verfahren der Nationalen Akademie der Wissenschaften.

Quelle: Universität von Kalifornien Berkeley