Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Hirnforscher auf Evolutionsspuren der Grammatik

09.02.2006


Leipziger Max-Planck-Forscher weisen nach: Die Verarbeitung sprachlicher Regeln erfolgt in zwei stammesgeschichtlich nacheinander entstandenen Hirnarealen


Vergleich der Hirnaktivität sowie der strukturellen Verknüpfungen von Hirnarealen beim Verarbeiten einfacher oder komplexer sprachlicher Regeln. A: Das frontale Operculum ist beim Verarbeiten beider Regeltypen beteiligt (obere Abb.). Hingegen wird nur bei komplexen Regeln das Broca Areal hinzugezogen (untere Abb.). B: Faserverbindungen zwischen den Hirnregionen einzelner Versuchspersonen. Links: Das frontale Operculum ist verknüpft mit vorderen Bereichen des Schäfenlappens über den fasciculus uncinatus. Rechts: Das Broca Areal hält durch den fasciculus longitudialis superior Verbindung mit oberen Arealen im Schläfenlappen. Bild: Max-Planck-Gesellschaft



Mit wachsendem Erfolg wird mit hochspezialisierten Verfahren untersucht, was genau die Ursachen für die menschliche Fähigkeit zur Sprache sind. Warum verstehen wir Menschen komplizierte Sätze und unsere nächsten Verwandten -die Affen - hingegen nur einzelne Worte? Nun haben Wissenschaftler des Leipziger Max-Planck-Instituts für Kognitions- und Neurowissenschaften herausgefunden, dass im menschlichen Gehirn zwei Hirnareale für verschiedene Verarbeitungsleistungen der Sprache zuständig sind. Sie stellten fest, dass einfache Sprachstrukturen in einem evolutionär älteren Hirnareal verarbeitet werden, über das auch Affen verfügen. Komplizierte Strukturen jedoch aktivieren Prozesse in einem entwicklungsgeschichtlich jüngeren Hirnareal, das nur höherentwickelte Spezies (Mensch) besitzen. Diese Befunde liefern einen wichtigen Baustein zum Verstehen des menschlichen Sprachvermögens (PNAS, 6. Februar 2006).



Sprache verstehen und erzeugen zu können, ist ein wesentliches Merkmal, das uns von nicht-menschlichen Primaten unterscheidet. Speziell das Anwenden komplexer sprachlicher Regeln wird dafür verantwortlich gemacht, dass Menschen im Gegensatz zu anderen Spezies lange Sätze erzeugen und verstehen können. Wenn man die Regeln der Sprache (Syntax) analysiert, kann man zwei grundlegende Muster von Grammatik unterscheiden. Eine einfache Regel ist das richtige Bilden von typischen (wahrscheinlichen) Wortverbindungen, wie z.B. bei Artikel und Substantiv ("ein Lied") oder bei Artikel und Verb ("ein gefällt"). So ist die Wahrscheinlichkeit, dass ein Substantiv auf einen Artikel folgt, sehr hoch, dass ein Verb einem Artikel nachsteht, hingegen sehr gering. Um aber längere Sätze verstehen zu können, benötigt man ein komplexeres Strukturmodell, die so genannte "Hierarchie". Dabei werden hierarchische Abhängigkeiten zwischen Satzverbindungen gebildet, um diese miteinander zu verknüpfen, wie ein eingeschobener Nebensatz: "Das Lied [das der Junge sang] gefiel dem Lehrer.". Ansatz der Max-Planck-Studie war demzufolge, die Hirnaktivitäten bei der Verarbeitung dieser beiden Modelle, also "Verknüpfungswahrscheinlichkeit" und "Hierarchie", miteinander zu vergleichen.

In einem Verhaltensexperiment hatten Wissenschaftler in den USA zuvor gezeigt, dass nicht-menschliche Primaten (Tamarin-Äffchen) zwar in der Lage sind, Regeln mit lokalen Verknüpfungswahrscheinlichkeiten zu verarbeiten, nicht aber hierarchische Regeln. Das Ergebnis veranlasste die Leipziger Forscher zu der Hypothese, dass komplexe grammatische Regeln von Hirnarealen verarbeitet werden, die ’phylogenetisch jünger’ sind. Diese Annahme untersuchten die Forscher in einem funktionellen Kernspintomografie(fMRT)-Experiment an Menschen.

Dazu erzeugten die Wissenschaftler künstliche Grammatiken mit sinnlosen, aber strukturierten Silben (z.B. de bo gi to). Die Aneinanderreihung dieser Silben erfolgte entweder gemäß der einfachen Regel ("Verknüpfungswahrscheinlichkeit") oder der komplexeren Regel ("Hierarchie"). Die Silben wurden in zwei Kategorien unterteilt. Silben der Kategorie A endeten mit lautlich hellen Vokalen (de, gi, le ...), Silben der Kategorie B mit dunklen Vokalen (bo, fo, gu, ...). Die einfache Regel bildete abwechselnde Folgen von den Kategorien A und B (z.B. AB AB = de bo gi ku), die komplexe Regel bildete dagegen Hierarchien durch das Verknüpfen beider Kategorien (z.B. AA BB = de gi ku bo). Dieses Prinzip entspricht dem Versuch, Grammatik auf die einfachsten formalen Regeln zu reduzieren. Der Vorteil von künstlichen Grammatiken besteht im Experiment - im Gegensatz zu natürlich gesprochener Grammatik - darin, dass andere Strukturelemente der Sprache (Semantik, Phonologie, Morphologie) keine zusätzlichen Einflüsse auf den neurologischen Verarbeitungsprozess nehmen können.

Die Versuchspersonen trainierten beide Grammatiktypen zwei Tage vor der Kernspinuntersuchung. Eine Gruppe lernte die "Verknüpfungswahrscheinlichkeit", die andere Gruppe die "Hierarchie". Während der fMRT-Untersuchung wurden neue Abfolgen von Silben über einen Bildschirm präsentiert, die syntaktisch "richtig" (korrekte Sequenzen) oder "fehlerhaft" (inkorrekte Sequenzen) waren. Auf diese Weise wurde das Anwendungsvermögen der gelernten Regeln gemessen bzw. die Versuchspersonen sollten jede Sequenz nach der Grammatikalität bewerten (richtig/falsch).

Beim Verarbeiten beider Regeltypen konnten die Leipziger Forscher bei ihren Probanden Aktivitäten in einem menschheitsgeschichtlich älteren Hirnareal (frontales Operculum) nachweisen. Wie sie vermutet hatten, zeigte eine jüngere Hirnstruktur, das Broca Areal, nur dann Aktivitäten, wenn von den Versuchspersonen hierarchische Regeln verarbeitet wurden.

In einem zweiten Schritt wurde die Methode der diffusionsgewichteten Bildgebung (diffusion tensor imaging, DTI) verwendet, um strukturelle Verknüpfungen (Konnektivität) der beiden Hirnregionen zu untersuchen. Als Ergebnis konnten auch hier beide Hirnareale voneinander abgegrenzt werden. Das frontale Operculum war über spezielle Faserverbindungen (fasciculus uncinatus) mit den vorderen Bereichen des Schläfenlappens verknüpft. Hingegen wies das Broca-Areal Verknüpfungen auf, welche über den fasciculus longitudialis superior zu oberen Bereichen des Schläfenlappens führten (vgl. Abb.).

Durch zwei unterschiedliche Verfahren (fMRT- und DTI-Messung) konnten die Max-Planck-Forscher beide Hirnareale in Struktur wie Funktion voneinander abgrenzen. Werden also einfache Regeln vom Gehirn verarbeitet, wie dies beim Affen offenbar auch erfolgt, so wird das stammesgeschichtlich ältere Areal im Gehirn aktiviert. Hingegen wird beim Anwenden komplexerer Regeln, die ein Affe nicht beherrscht, das Broca Areal herangezogen.

Dieser Befund ist zum einen höchst aufschlussreich für die Lokalisierung jener Funktionsbereiche im menschlichen Gehirn, die Sprachverarbeitungsprozesse steuern. Zum anderen führt er exemplarisch vor, auf welche Weise komplexe Fragestellungen - wie etwa die Entstehung des menschlichen Sprachvermögens - disziplin- und fachübergreifend in der modernen Forschung aufgegriffen und untersucht werden. Für die Grundlagenforscher in Leipzig heißt das, als nächstes zu fragen, was die unterschiedlichen Verknüpfungen zum Schläfenlappen für die Sprachverarbeitung im Detail bedeuten.

Originalveröffentlichung:

Angela D. Friederici; Jörg Bahlmann; Stefan Heim; Ricarda I. Schubotz; Alfred Anwander
The brain differentiates human and non-human grammars: Functional localization and structural connectivity
PNAS, Early Edition, 6 February 2006

Dr. Andreas Trepte | Max-Planck-Gesellschaft
Weitere Informationen:
http://www.mpg.de

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Treibjagd in der Petrischale
24.11.2017 | Friedrich-Schiller-Universität Jena

nachricht Dinner in the Dark – ein delikates Wechselspiel der Mikroorganismen
24.11.2017 | Universität Wien

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Biowissenschaften Chemie >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Metamaterial mit Dreheffekt

Mit 3D-Druckern für den Mikrobereich ist es Forschern des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT) gelungen ein Metamaterial aus würfelförmigen Bausteinen zu schaffen, das auf Druckkräfte mit einer Rotation antwortet. Üblicherweise gelingt dies nur mit Hilfe einer Übersetzung wie zum Beispiel einer Kurbelwelle. Das ausgeklügelte Design aus Streben und Ringstrukturen, sowie die zu Grunde liegende Mathematik stellen die Wissenschaftler in der aktuellen Ausgabe der renommierten Fachzeitschrift Science vor.

„Übt man Kraft von oben auf einen Materialblock aus, dann deformiert sich dieser in unterschiedlicher Weise. Er kann sich ausbuchten, zusammenstauchen oder...

Im Focus: Proton-Rekord: Magnetisches Moment mit höchster Genauigkeit gemessen

Hochpräzise Messung des g-Faktors elf Mal genauer als bisher – Ergebnisse zeigen große Übereinstimmung zwischen Protonen und Antiprotonen

Das magnetische Moment eines einzelnen Protons ist unvorstellbar klein, aber es kann dennoch gemessen werden. Vor über zehn Jahren wurde für diese Messung der...

Im Focus: New proton record: Researchers measure magnetic moment with greatest possible precision

High-precision measurement of the g-factor eleven times more precise than before / Results indicate a strong similarity between protons and antiprotons

The magnetic moment of an individual proton is inconceivably small, but can still be quantified. The basis for undertaking this measurement was laid over ten...

Im Focus: Reibungswärme treibt hydrothermale Aktivität auf Enceladus an

Computersimulation zeigt, wie der Eismond Wasser in einem porösen Gesteinskern aufheizt

Wärme aus der Reibung von Gestein, ausgelöst durch starke Gezeitenkräfte, könnte der „Motor“ für die hydrothermale Aktivität auf dem Saturnmond Enceladus sein....

Im Focus: Frictional Heat Powers Hydrothermal Activity on Enceladus

Computer simulation shows how the icy moon heats water in a porous rock core

Heat from the friction of rocks caused by tidal forces could be the “engine” for the hydrothermal activity on Saturn's moon Enceladus. This presupposes that...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Veranstaltungen

Mathematiker-Jahrestagung DMV + GDM: 5. bis 9. März 2018 an Uni Paderborn - Über 1.000 Teilnehmer

24.11.2017 | Veranstaltungen

Forschungsschwerpunkt „Smarte Systeme für Mensch und Maschine“ gegründet

24.11.2017 | Veranstaltungen

Schonender Hüftgelenkersatz bei jungen Patienten - Schlüssellochchirurgie und weniger Abrieb

24.11.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Mathematiker-Jahrestagung DMV + GDM: 5. bis 9. März 2018 an Uni Paderborn - Über 1.000 Teilnehmer

24.11.2017 | Veranstaltungsnachrichten

Maschinen über die eigene Handfläche steuern: Nachwuchspreis für Medieninformatik-Student

24.11.2017 | Förderungen Preise

Treibjagd in der Petrischale

24.11.2017 | Biowissenschaften Chemie