Änderung der kortikalen Aktivität beim Erwerb eines multimodalen, Morsecode-ähnlichen Sprachcodes

Abstract

Das Erlernen und die Aufnahme von sprachlicher Information sind Prozesse, die vor allem in der linken Hemisphäre stattfinden und aus einem komplexen Netzwerk kortikaler Regionen bestehen. Sprachliche Information kann jedoch außer über das audiovisuelle System auch über alternative Sinnesmodalitäten wie das somatosensorische Sinnessystem oder das visuelle System aufgenommen werden. Eine Reihe von Studien, in denen die alternativen Sprachsysteme untersucht wurden, deuten darauf hin, dass die Verarbeitung unabhängig von der jeweiligen Modalität in den linkshemisphärischen Sprachregionen stattfindet. In meiner Dissertationsarbeit sollte das Erlernen eines neuen Sprachcodes, die dabei auftretenden Veränderungen der kortikalen Aktivität sowie die Modalitätsunabhängigkeit des kortikalen Sprachsystems untersucht werden. Im Laufe der Studie erlernten die Probanden einen multimodalen Morsecode-ähnlichen Sprachcode, der aus zwölf abgewandelten Buchstaben des Morsecodesystems bestand. Die Buchstaben wurden mit einer Kombination aus Stimulationen der rechten bzw. linken Körperhälfte entweder akustisch oder taktil dargeboten. Hierbei mussten sie nach der Präsentation des Sprachcodes entscheiden, welcher der beiden anschließend visuell dargebotenen Buchstaben durch die auditorische bzw. taktile Stimulation dargestellt worden war. In der motorischen Aufgabe musste ein visuell präsentierter Buchstabe in den Sprachcode übersetzt werden und durch Tastendrücken mit der rechten und linken Hand reproduziert werden. In den Testsitzungen im naiven und trainierten Zustand wurden den Versuchspersonen der Sprachcode in allen drei Modalitäten präsentiert. Zwischen den Testsitzungen sollten die Versuchspersonen in einem unimodalen auditorischen Training lernen, den Sprachcode zu erkennen und ihn mit den repräsentierten Buchstaben in Verbindung zu setzen. Während der Testsitzung wurde die kortikale Verarbeitung der Reize mit der Magnetencephalographie (MEG) untersucht. Sowohl in Trainings- als auch in Testsitzungen wurden die Performance und die Reaktionszeiten aufgezeichnet. Anhand der physiologischen Daten sollte untersucht werden, inwieweit sich die Lokalisation der zerebralen Verarbeitung im Verlauf verändert und ob die Lokalisation anderer Sprachmodalitäten mit der Lokalisation audiovisueller Sprachverarbeitung assoziiert ist. Es wurde dabei angenommen, dass das unimodale auditorische Training nicht nur einen Effekt auf die trainierte Aufgabe, sondern auch auf die anderen Modalitäten (taktil und motorisch) hat und dass die kortikale Aktivität nach dem Training überwiegend auf der linken sprachdominanten Hemisphäre lokalisiert ist. Im Verlauf der Studie konnten die Versuchspersonen alle Aufgaben deutlich schneller und mit einem signifikant höheren Prozentsatz korrekter Antworten ausführen. Bei der kortikalen Aktivität wurden die frühen Antworten, die die Antwort auf den ersten Reiz repräsentierten und die späten Antworten, die nach Präsentation aller Codestimuli erfolgten und das Zusammenführen der einzelnen Stimuli zu einem Buchstaben darstellten, untersucht. Bei den frühen Antworten kam es vor allem in der auditorischen Aufgabe zu einer deutlichen Lateralisierung zur linken Hemisphäre nach dem Training. Die Topographie im Zeitfenster der späten Antworten veränderte sich in der auditorischen Aufgabe durch das Training kaum. Bei der taktilen Aufgabe war jedoch eine deutliche Topographieveränderung in Richtung der auditorischen Topographie im Zeitbereich der späten Antworten zu erkennen. Es scheint also, dass das Zusammenführen der Codestimuli in beiden Modalitäten in den gleichen kortikalen Regionen, die für die Sprachverarbeitung typisch sind, stattfindet. Die Ergebnisse dieser Studie zeigen nicht nur, dass das Erlernen eines unimodalen Sprachcodes sich positiv auf andere Modalitäten auswirkt, sondern auch, dass es kortikale Regionen gibt, die spezifisch für die Verarbeitung sprachlicher Informationen sind. Diese Areale werden nicht nur von den typischen audiovisuellen Sprachmodalitäten genutzt, sondern ebenfalls von anderen Sinnesmodalitäten, wenn über diese sprachliche Information übermittelt wird.

Acquisition and reception of linguistic information are processes, predominantly taking place in the left hemisphere, that are comprised of a complex network of cortical regions. In addition to the audio-visual system, linguistic information can also be incorporated by means of alternative sensory modalities like the somatosensory or the visual system. A number of studies examining alternative voice systems point to the fact that the processing takes place in the linguistic regions of the left hemisphere, regardless of the respective modality. In my dissertation, the acquisition of a new linguistic code, the changes in cortical activity related to the learning process and the modality independence of the cortical voice system were to be examined. In the course of the study the test subjects learned a multimodal Morse code-related linguistic code that was comprised of twelve modified letters of the Morse code. The letters were presented by a combination of either acoustical or tactile stimulations of the right or left part of the body. After the presentation of the linguistic code, subjects had to decide which one of the two visually shown letters was presented by the preceding auditory or tactile stimulation. In the motoric task, a visually presented letter had to be translated into the linguistic code and then be reproduced by keystrokes with the right and left hand. During the test sessions at naïve and trained states, the linguistic code was presented to the test subjects in all three modalities. Between the test sessions, the test subjects were taught in a unimodal auditory training to recognize the linguistic code and to associate it with the presented letter. During the test sessions, the cortical processing of the impulses was examined by magnetencephalography (MEG). Performance and response times were recorded in training as well as in test sessions. On the basis of the physiological data it was to be examined to what extent the localization of the cerebral processing changed in the course of the experiment, and if the localization of other linguistic modalities is associated with the localization of audio-visual linguistic processing. It was assumed that the unimodal auditory training not only has an effect on the trained task but also on the other modalities (tactile and motoric), and that the cortical activity after the training is predominantly localized on the left linguistic-dominant hemisphere. In the course of the study, the test subjects could accomplish all tasks considerably faster and with a significant higher percentage rate of correct answers. Regarding the cortical activity, the early answers that represented the answer to the first impulse, and the late answers occurring after the presentation of all code stimuli, which showed the process of merging the single stimuli to a letter, were examined. Particularly in the auditory tasks, the early answers demonstrated a pronounced lateralization to the left hemisphere after training. In the auditory tasks, the topography in the time-frame of the late answers was hardly changed by the training. For the tactile task however, a clear topography change in the direction of the auditory topography during the period of the late answers was recognized. It seems that the combination of the code stimuli in both modalities takes place in the same cortical regions that are typical for language processing. The results of this study not only show that the acquisition of a unimodal linguistic code positively affects other modalities, but also that cortical regions exist which are specific for the processing of linguistic information. Those areas are used not only by the typical audio-visual linguistic modalities, but also by other sensory modalities if linguistic information is transmitted through the respective modality.