Durchgeführt von Forschungsteams der McGill University und der Yale School of Medicine, könnte die Studie zur Weiterentwicklung der Theorie des Sprachenlernens und zur Entwicklung von Sprachverarbeitungs- und Spracherkennungstechnologien beitragen.
Bild zur Veranschaulichung Unsplash
Bisher ging man davon aus, dass das Erlernen und Behalten der für das Sprechen notwendigen Gesichts- und Mundbewegungen von den motorischen Regionen des Gehirns abhängen. Die jüngsten Erkenntnisse stellen diese Annahme in Frage und heben stattdessen die entscheidende Rolle der Hör- und somatosensorischen Systeme hervor.
„Die sensomotorische Neurowissenschaft hat lange Zeit die frontalen motorischen Regionen bei der Bewegungsproduktion in den Vordergrund gestellt. Die Ergebnisse der Studie laden uns ein, dieses Konzept zu überdenken, da sie zeigen, dass das Erlernen des Sprechens beim Menschen größtenteils auf sensorischen Mechanismen beruht“, erklärt David Ostry, Professor für Psychologie an der McGill University.
Diese Ergebnisse könnten zur Untersuchung neuer Ansätze für die Entwicklung von Technologien führen, die das Gehirn und das Sprechen verbinden, beispielsweise zur Wiederherstellung des Sprechens nach einem Schlaganfall; so könnte die Effizienz und Benutzerfreundlichkeit dieser Technologien durch die Integration sensorischer Prozesse verbessert werden.
Bewertung der Retention durch Hirnstimulation
Um die Rolle der sensorischen Hirnregionen beim Erlernen und Behalten von Sprechbewegungen zu bewerten, veränderten die Forscher in Echtzeit die Sprechweise der Teilnehmer, bevor sie ihnen das modifizierte Signal über Kopfhörer zurückspielten, was das motorische Lernen des Sprechens anregte.
Anschließend nutzten sie die transkranielle Magnetstimulation (TMS), eine nichtinvasive Hirnstimulationstechnik, um die neuronale Aktivität in wichtigen sprachbezogenen Bereichen zu stören: dem auditorischen Kortex, dem somatosensorischen Kortex und dem motorischen Kortex. Die Retention wurde 24 Stunden später bewertet.
Die Forscher stellten folgende Hypothese auf: Wenn eine Hirnregion eine wesentliche Rolle bei der Akquisition und Aufrechterhaltung des Sprechens spielt, sollte ihre Störung die Behaltensleistung der Bewegungen beeinträchtigen; andernfalls würde diese intakt bleiben.
Sie stellten fest, dass die Störung der Aktivität des sensorischen Kortex, ob auditiv oder somatosensorisch, die Fähigkeit der Teilnehmer, neue Sprechbewegungen zu behalten, erheblich verringerte, während die Störung des motorischen Kortex diesen Effekt nicht hatte.
„Unsere Ergebnisse stellen die Vorstellung in Frage, dass neue sprachbezogene Erinnerungen ausschließlich auf Veränderungen in den motorischen Regionen des Gehirns beruhen. Wir heben vielmehr die entscheidende Rolle von Veränderungen in den auditiven und somatosensorischen Bereichen des Gehirns für das Erlernen des Sprechens hervor“, betont Nishant Rao, Mitautor der Studie und assoziierter Forscher an der Yale University.
Die Rolle der Gehirnplastizität
Die Studie ist Teil eines größeren Forschungsprogramms zur Rolle der Plastizität der sensorischen Systeme des Gehirns beim motorischen Lernen und Gedächtnis. Sie schließt an jüngste Arbeiten der Gruppe über Bewegungen der oberen Gliedmaßen an, die zeigen, dass eine Störung des sensorischen Kortex das Erlernen und Behalten neuer Bewegungen beeinträchtigt.
Zukünftige Arbeiten werden es ermöglichen, die mit dem Lernen verbundenen kortikalen Schaltkreise des Gehirns zu kartieren und sensorische Interventionen zur Behandlung von Bewegungsstörungen zu erforschen, insbesondere im Zusammenhang mit der Rehabilitation nach einem Schlaganfall.
Die Studie: Der Artikel „Sensory Basis of Speech Motor Learning and Memory“, von Nishan Rao, Rosalie Gendron, Timothy Manning und David Ostry, wurde in den Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America veröffentlicht.