Complex Grammar Processing in the Brain: Development and Evaluation of a Child-Friendly fMRI Paradigm

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URI: http://hdl.handle.net/10900/72759
http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bsz:21-dspace-727591
http://dx.doi.org/10.15496/publikation-14169
Dokumentart: Dissertation
Date: 2016
Language: English
Faculty: 4 Medizinische Fakultät
4 Medizinische Fakultät
Department: Medizin
Advisor: Wilke, Marko (Prof. Dr.)
Day of Oral Examination: 2016-09-20
DDC Classifikation: 610 - Medicine and health
Keywords: Sprache , Funktionelle Kernspintomografie
Other Keywords: Verarbeitung komplexer grammatischer Strukturen
fMRT
language
fMRI
complex grammar processing
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Inhaltszusammenfassung:

In der Folge von links-hemisphärischen Hirnläsionen in der Prä- und Perinatalzeit kann eine Reorganisation von Sprachfunktionen in homotope Hirnareale der rechten Hemisphäre beobachtet werden. Dieser Kompensationsmechanismus ermöglicht später eine Sprachentwicklung ohne klinisch offensichtliche Schwächen. Wenn man die betroffenen Kinder jedoch genauer untersucht, können durchaus distinkte Sprachdefizite gefunden werden. Eine Verhaltensstudie von Schwilling et al., 2012 entdeckte signifikante Unterschiede zwischen Patienten mit reorganisierter (rechts-hemisphärischer) Sprachorganisation und einer gesunden Kontrollgruppe im Verstehen von nicht-kanonischen, objekt-topikalisierten Satzstrukturen. Inspiriert durch diese Ergebnisse war es unser Ziel ein Paradigma zu entwickeln, um die neuronalen Grundlagen dieser Unterschiede zu untersuchen. Insbesondere interessierte uns hierbei die Repräsentation der Verarbeitung von komplexen (nicht-kanonischen) im Vergleich zu einfachen (kanonischen) Satzstrukturen. Das Paradigma sollte geeignet sein für die Untersuchung von Kindern, Jugendlichen und jungen Erwachsenen mit reorganisierter Sprache. Diese Arbeit beschreibt, wie solch ein Paradigma entwickelt, umgesetzt und an 23 jungen Erwachsenen Probanden (12 Frauen; Durchschnittsalter: m = 24,39 ± 3,39 Jahre) erfolgreich pilotiert wurde. Es wurden 12 kindgerechte Szenarien mit jeweils 2 nicht-kanonischen und 2 kanonischen Satzbedingungen entwickelt. Die 48 Sätze wurden durch eine professionelle Sprecherin aufgenommen. Die visuelle Umsetzung erfolgte anhand kurzer Playmobil® stop-motion Filme. Als nicht-invasive bildgebende Methode wurde die funktionelle Magnetresonanztomographie (fMRT) genutzt. Eine Satz-Wiederholungs- („sentence repetition“, SR) und eine Wahrheits-Beurteilungs-Aufgabe („truth value judgement“, TVJ) wurden in ein gemischtes Block- und Event-Related Design eingebettet. Während der SR-Aufgabe mussten die Probanden den über Kopfhörer dargebotenen Satz laut und deutlich wiederholen (100% Konkordanz von Satz und Film). Während der TVJ-Aufgabe mussten die Probanden entscheiden, ob akustischer Satz und stop-motion Film inhaltlich übereinstimmten (50% Konkordanz von Satz und Film). Innerhalb der Aufgaben waren die 4 Satzbedingungen pseudorandomisiert. In beiden Aufgaben wurden die 2 nicht-kanonischen gegen die 2 kanonischen Satzbedingungen kontrastiert. Die Probanden zeigten keine Fehler bei der Wiederholung der Satzbedingungen. In der SR-Aufgabe zeigten sich Aktivierungen im linken superioren frontalen Gyrus, im rechten präzentralen Gyrus und im linken parahippocampalen Gyrus. Während der TVJ-Aufgabe waren die Fehlerraten für die nicht-kanonischen Satzbedingungen signifikant höher als für die kanonischen Satzbedingungen (11,9% nicht-kanonisch; 6,1% kanonisch; p = 0,0063). In der TVJ-Aufgabe zeigten sich Aktivierungen in der linken Insel, im linken inferioren frontalen Gyrus (pars opercularis), im rechten inferioren frontalen Gyrus (pars orbitalis) und im linken Cingulum. Die Aktivierung während der SR-Aufgabe im linken parahippocampalen Gyrus wird interpretiert als Hinweis darauf, dass das Merken und/oder Reproduzieren von objekt-topikalisierten Sätze auf mehr Unterstützung dieser Struktur angewiesen ist als bei kanonischen Satzstrukturen. Dies könnte durch das seltenere Auftreten von nicht-kanonischen Sätzen im Alltag oder durch deren höhere Komplexität zu erklären sein. Die Aktivierung im rechten präzentralen Gyrus könnte auf eine erschwerte auditorisch-zu-artikulatorische Planung hinweisen. Während der TVJ-Aufgabe könnte die Aktivierung in der linken Insel die motorische Planung von verdeckter Sprache widerspiegeln, welche zum Verstehen komplexer Inhalte genutzt wird. Die Aktivierung im linken Cingulum reflektiert wahrscheinlich eine ausgeprägtere kognitive Kontrolle bei der Bearbeitung der nicht-kanonischen Satzbedingungen. Dies könnte durch die unterschiedliche Vertrautheit der Strukturen oder durch ein nicht-Erfüllen der Erwartung der häufigeren kanonischen Struktur zu erklären sein. Die Beteiligung von linkem und rechtem inferiorem frontalen Gyrus (linker pars opercularis, rechter pars orbitalis) deutet auf höhere syntaktische und semantische Anforderungen für die Verarbeitung von nicht-kanonischen im Vergleich zu kanonischen Satzbedingungen hin. Das gute Abschneiden unserer Probanden in beiden Aufgaben deutet auf einen gewissen Deckeneffekt, welcher die resultierende Effektstärke limitiert haben könnte. Dies dürfte allerdings bei Kindern und Jugendlichen ein geringeres Problem sein. Die signifikant höhere Fehlerrate bei der nicht-kanonischen Satzstruktur, verbunden mit einem Aktivierungsmuster in Kern-Sprachregionen, deutet darauf hin, dass diese Aufgabe einen interessanten Ansatz für die Untersuchung dieses speziellen Aspektes des Sprachsystems bietet. Zusammenfassend lässt sich ableiten, dass dieses Paradigma sowohl geeignet wie auch vielversprechend ist für die Untersuchung der spezifischen Defizite bei Kindern und jungen Erwachsenen mit links-hemisphärischen Hirnläsionen.

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