Die Änderung der kortikalen Aktivität beim Erwerb eines multimodalen Sprachcodes

Abstract

Sprache, die wohl überragendste kognitive Fähigkeit des Menschen, wurde schon in vielerlei Hinsicht untersucht. Allerdings ist nicht genau bekannt, wie das Erlernen einer Sprache im Gehirn verarbeitet wird. Man weiß nicht genau, welche Areale im Gehirn für diese Funktion zuständig sind. Auch ist unklar, ob das Erlernen einer Sprache nicht in unterschiedlichen Gehirnarealen abläuft und wie sich die Verarbeitung im Verlauf des Lernprozesses verändert. Die grosse zeitliche und räumliche Auflösung der MEG ermöglicht es, Amplituden zu messen und kortikale Verarbeitungsprozesse durch Dipolanalysen bestimmten Regionen zuzuordnen und somit einen Anhalt für Sprachverarbeitungsmechanismen und deren Lokalisation zu geben.

12 Versuchspersonen wurde in 2 Test- und 4 Trainingssitzungen ein multimodaler Morse-Code ähnlicher Sprachcode, bestehend aus zwölf durch Pfeile codierten Buchstaben, präsentiert und antrainiert. Die Versuchspersonen wurden auditorisch, taktil oder motorisch trainiert, wobei erstere zwei Diskriminationsaufgaben waren und die letztere eine Nachahmaufgabe. In zwei Testsitzungen, einer vor und einer nach dem Training, wurde die Transferleistung in andere nicht trainierte Modalitäten untersucht. Der Sprachcode bestand aus vier Buchstabencodes, wovon sich jeder einzelne aus vier Rechts-Links-Elementen zusammensetzte. In der auditorischen Modalität wurde der Code durch Töne, in der taktilen Modalität durch Berührungsreize präsentiert. In der motorischen Modalität mussten die Versuchspersonen selbst Taster drücken. Zusätzlich zu der Modalität spezifischen Präsentation gab es noch eine visuelle Präsentation, die in der auditorischen und taktilen Modalität zwei Buchstabencodes und den dazugehörigen Buchstaben zeigte. Hier mussten die Versuchspersonen entscheiden welchen Buchstben sie gehört oder gespürt hatten. In der motorischen Modalität bestand die visuelle Präsentation aus einem Buchstaben mit dazugehörigem Code den die Versuchspersonen per Taster eingeben sollten.

Im Ergebnis zeigten die Verhaltens-Daten eindeutig, dass Training eine fördernde Wirkung auf alle durchgeführten Testaufgaben hat und dass es ausserdem die Anzahl richtiger Antworten in anderen Modalitäten steigert. Die Einbeziehung der beiden Studienteile, in denen das Training in der somatosensorischen und auditorischen Modalität stattfand, zeigte eine Leistungsverbesserung in den Posttests unabhängig von der trainierten Modalität. Die größte Leistungssteigerung ergab sich für die auditorische Aufgabe bei auditorischem Training. Außerdem bewirkte das Training eine Verknüpfung motorischer Sequenzen mit bestimmten Buchstaben. Die Analyse der MEG-Daten zeigte in der taktilen und auditorischen Aufgabe bei auditorischem oder taktilem Training eine eindeutige Lokalisationsänderung der kortikalen Aktivität in Richtung der sprachverarbeitenden Areale. Außerdem konnte für die kortikale Aktivität in beiden Aufgaben auch eine deutliche Linkslateralisierung beobachtet werden. Das motorische Training zeigte diesen Effekt allerdings nicht. Dies scheint ein Anhalt dafür zu sein, dass die Verarbeitung von Sprache doch eher den auditorischen und somatosensorischen Systemen unterliegt.

In dieser Studie konnte eindeutig gezeigt werden, dass unimodal gelernte Fähigkeiten bei der Verarbeitung eines Sprachcodes auf andere Modalitäten übertragen werden können und sich damit Erkennungsleistung der Buchstabencodes steigert und die Reaktionszeit verringert wird. Eine genaue Aussage über die Lokalisation der Sprachverarbeitung beim Erlernen einer neuen Sprache konnte allerdings nicht gemacht werden. Hierfür müsste das Experimentdesign noch geändert und verfeinert werden hinsichtlich der visuellen Präsentation der Buchstabencodes, der eventuellen Abfrage von ganzen Wörten durch die Buchstabencodes und der Untersuchung der zerebralen Aktivität , die durch die visuelle Präsention ausgelöst wird. Mit dem gewählten Ansatz ist es in der vorliegenden Studie jedoch gelungen, einen kleinen Beitrag zum Verständnis der Verarbeitung von Sprache, eine allein dem Menschen eigene Funktion, zu leisten.

The processing of linguistic information is probably the most complex cognitive function of the human brain. Although it has been studied in many ways, the cortical processes associated with language processing are not fully understood, yet. In particular, little is known about the involvement of cortical areas and the modification of cortical responses during the acquirement of a new language. The high temporal and spatial resolution of magnetoencephalography offers the possibility to measure the amplitude and to localize sources of cortical responses to linguistic stimuli by means of dipole analysis and hence give further insight to speech processing mechanisms and their location in the brain.

In four training sessions, subjects (n=12) acquired a multi-modal Morse-like (language) code. Subjects were only trained in one modality (motor, auditory or tactile). In two test sessions, before and after the training, subjects were also tested in the other modalities in order to determine the transferability of the acquired skill to other modalities. The code consisted of 12 codes that each consisted of combinations of 4 left-/right-elements. In the auditory modality the code was presented as tones, whereas the code in the tactile modality was presented as tactile stimuli. In the motoric modality subjects had to press buttons. In addition to the modality specific presentation of the code there was also a visual presentation of the letters with the according code. In every trial the subjects had to decide which one of two visual presented letters they had heard or sensed. In the motoric modality the visual presentation showed the subjects which code they had to press with their buttons.

The behavioural data showed that the training does not only improve the performance for the trained modality but also increased the number of correct responses in the other modalities. The improvement in the post-test-sessions was independent of the training modality. The most notable increase in performance was observed in the auditory task obtained with the auditory training. The neuromagnetic responses of the pre- and post-training test sessions showed a definite change of the localisation of cortical activity for the auditory and tactile task in the auditory and tactile trained groups, indicating an increasing involvement of language specific area in the processing of the code stimuli. Also a distinct lateralization to the left hemisphere could be detected for these groups. The motor training did not show this effect. This seems to be a hint for the fact that the processing of speech is mostly related to the auditory and somatosensory systems in the brain.

This study could clearly show that uni-modal learned skills can be transferred to other modalities. With this the recognition of letter codes can be increased and reaction time can be shortened. A clear statement about the localisation of speech processing when learning a new language could not be made. To really locate, this further and more specific studies must be made. Maybe the forming of entire words with the help of the language code may bring further information within this study concept. But that is only one idea and must be thought about systematically.