Was ist Neurolinguistik?

Was ist Neurolinguistik?
• Teilgebiet der Linguistik; behandelt den Zusammenhang
von alltäglicher, natürlicher Sprachverarbeitung und Gehirn
• bevorzugtes und traditionelles Anwendungsgebiet sind
verschiedene Formen von Sprachpathologien wie:
– Aphasien
– psychotische und neurotische Störungen
– Sprachentwicklungsstörungen
– dementielle Abbauprozesse
• Aktuell zunehmende bedeutsamer sind nichtinvasive
Verfahren der Hirnforschung
Output-Strukturen
Input-Strukturen
Funktionsprinzipien des Gehirns
Sprachproduktive Prozesse?
Sprachperzeptive Prozesse?
Output-Strukturen
Input-Strukturen
Speicherstrukturen (mentales Lexikon)
Funktionsprinzipien des Gehirns
Frühere Modelle
Aktuelle Modelle
hierarchisch,
funktionell homogen
seriell
hierarchisch,
funktionell getrennt
parallel
Assoziationskortex
Sekundärer sensorischer Kortex
Primärer sensorischer Kortex
Aufsteigende Bahn
Rezeptoren
lesen
Lesen
LESEN
LeSeN
Lesen
lEsEn
lesen
lesen
1.Visuelle Objekte
(Buchstaben) erkennen
Æ trotz Schriftvariation
Æ einzelne Buchstaben zu
ganzen Wörtern zusammen
setzen
Stufen der visuellen Verarbeitung
„WAS“- und „WO“-Pfad im visuellen System
„WO“-Pfad
(Parietallappen)
„WAS“-Pfad
(Temporallappen)
Visual Word Form Area –
Teil des „WAS“-Pfades
schreck
schruck
shcurkc
(Cohen et al., 2002)
LESEN
1.Visuelle Objekte
(Buchstaben) erkennen
2. Phonologisches
Bewusstsein
(Phonological Awareness)
3. Wortbedeutung
zuordnen
Phonologische Bewusstheit
Beim leisen und lauten
Lesen aktiv
Je größer phon.
Bewusstsein
Bei Kindern, desto
stärker hier die Aktivität
Nur geringe Aktivität bei Dyslexie
Wortbedeutungen
Aktiv bei Beurteilungen
der Wortbedeutung,
z.B. „Blume“ – „Hoffnung“
(Kubicki et al., 2003)
Lese-Netzwerk
Phonologie
Lexikon/
Semantik
Orthographie
Price (2001): There are no brain areas specific for reading.
Learning to read is the establishment of associative connections
between object processing areas in the visual cortex and speech
processing areas in the temporal and frontal areas.
Funktionsprinzipien des Gehirns
Sinnessysteme nutzen ähnliche Prinzipien:
- Ortsprinzip der Informationskodierung bei basalen
perzeptuellen Prozessen (z.B. Tonotopie, Retinotopie)
- Zerlegung und zielorientierte Kombination relevanter
Informationen (Funktionsoptimierung durch
Arbeitsteilung, Reduktion der Informationsmenge)
- Funktionelle Netzwerke als Basis kognitiver Prozesse
from Jezzard (1999)
physiology
from Jezzard (1999)
Positronen Emissions
Tomographie
(PET)
Exzellente räumliche
Auflösung (~1-2 mm)
Geringe zeitliche
Auflösung (~1 sec)
Hämodynamische
Techniken
Funktionelle Magnetresonanz Tomographie
(fMRT)
Funktionelle
Bildgebung der
Hirntätigkeit
Elektroenzephalographie
(EEG)
Elektro-magnetische
Techniken
Magnetoenzephalographie
(MEG)
D. Poeppel , A. Braun et al.
Passable räumliche
Auflösung (~1 cm)
Exzellente zeitliche
Auflösung (<1 ms)
PET (Positronen-EmissionsTomographie)
Fiebach/Kölsch, Uni Leipzig
Inferenz aus PET-Daten:
Eine Möglichkeit: Subtraktionstechnik
Subtraktion zweier Versuchs-Bedingungen A vs. B (z.B. WÖRTER vs. WETRRÖ)
Erbringt Areale mit selektiver stärkerer Aktivierung Bedingung A.
Statistische Absicherung dieses Unterschieds
Funktionelle Magnetresonanztomographie (fMRT)
Auch:
MRI – Magnet Resonance Imaging
NMR – Nukleare Magnetresonanz
Kernspintomographie
die funktionelle Magnetresonanztomographie
macht sich eine Eigenart der Blutoxygenierung
zunutze:
Wird von Neuronen Sauerstoff benötigt, reduziert
sich Oxyhämoglobin (Bestandteil der roten Blutkörperchen)
zu Deoxyhämoglobin.
Deoxyhämoglobin (DOHG) ist schwach
magnetisch im Gegensatz zum nicht magnetischen
OHG Î stört das MR-Bild eigentlich.
Î ändert also die Kontrastverhältnisse im MR-Bild
Î Sauerstoff fungiert als natürliches
Kontrastmittel.
fMRT in der Neurolinguistik
fMRT ist traditionell dominiert vom sogenannten Block-Design
Die Darstellung von fMRT-Aktivierungen erfolgt in sogenannten
statistical parametrical maps (SPM).
D.h., es werden immer Unterschiede zwischen zwei Aktivierungen
quantifiziert und abgebildet ! Nie absolute Aktivierungen!
Hämodynamische Techniken
+
-
- Hohe räumliche Auflösung (mmBereich); ist damit sehr gut um
die Verortung sprachverarbeitender Prozesse zu studieren
- Nur moderate zeitliche Auflösung
(Sekunden-Bereich); damit
schlechter als elektromagnetische
Techniken; fMRT besser als PET
- Identifikation von Hirnstrukturen,
die bei sprachverarbeitende
Prozessen zusammenarbeiten ist
möglich
- Teilweise invasiv (PET verwendet
radioaktive Substanzen)
- Messung oberflächenferner
Hirnaktivitäten möglich
Elektromagnetische Techniken
• Elektroenzephalograhie (EEG)
• Magnetenzephalograhie (MEG)
(bezeichnet die Meßtechnik)
und
• Event related potentials (ERP)
• Event related fields (ERF)
(bezeichnet die Art des untersuchten Hirnsignals
-> hier die ereigniskorrelierte Aktivität)
Einfaches Schaltbild für EEG-Ableitungen
2 Elektroden
erste Verstärkung
des Eingangssignal
( x 200)
Hauptverstärkung
des Eingangssignal
(Voltbereich)
Filterung
Digitalisierung
Speicherung
Komponenten der ereigniskorrelierten Hirnaktivität
Exogene Komponenten
Primär modulierbar durch
physikalische
Reizeigenschaften
Endogene Komponenten
Primär modulierbar durch
kognitive Prozesse
Beispiel für exogene Komponente
Visuell evozierte Potentiale
Komponenten: N1 (80 ms) und P1 (110 ms)
Modulatoren: Kontrast, Luminanz,
Gesichtsfeld, Aufmerksamkeit
Prozess: Visuelle Verarbeitung von
Luminanzunterschieden
Generatoren: Sekundäre Sehrinde
Beispiel für endogene Komponente (N400)
Komponente: N400 (relative Negativierung ab ca. 250 ms)
Modulatoren: Grad der semantischen Abweichung innerhalb eines Satzes, semantische
Inkongruenz von Wortpaaren, arithmetische Inkongruenz
Prozess: Lexikalische Integration
Elektromagnetische Techniken
+
-
- Extrem hohe zeitliche Auflösung (ms-Bereich); wird
damit der Geschwindigkeit
kognitiver Prozesse gerecht
- Nur moderate räumliche
Auflösung (cm-Bereich);
damit schlechter als hämodynamische Techniken
- Dekomposition sprachverarbeitender Prozesse in
Raum und Zeit möglich
- Messung oberflächenferner
Hirnaktivitäten extrem
erschwert
- Garantiert nichtinvasiv