Wie das Gehirn Sprachlaute erkennt, enthüllt sich

Forscher an der Universität von Kalifornien San Francisco zeigen in einer neuen Studie - veröffentlicht in der Zeitschrift Wissenschaft - dass die Klangformung durch unseren Mund "einen akustischen Weg" hinterlässt, dem das Gehirn folgt.

Wissenschaftler wissen seit einiger Zeit, dass es der Gyrus superior temporalis (STG; auch bekannt als "Wernike-Areal") ist, in dem Sprachlaute interpretiert werden. Es ist jedoch nicht viel darüber bekannt, wie das Gehirn Sprache tatsächlich verarbeitet.

Um dies zu untersuchen, platzierten die Forscher der University of California San Francisco (UCSF) neuronale Aufzeichnungsgeräte direkt auf die Oberfläche der Gehirne von sechs Patienten, die sich einer Epilepsieoperation unterziehen mussten. Dies ermöglichte den Forschern, sehr schnelle Veränderungen im Gehirn zu erfassen.

Das Gehirn ist auf Sprache abgestimmt

Dies war eine der fortgeschrittensten Studien der Sprachinterpretation des Gehirns. Frühere Studien waren nur in der Lage, neuronale Antworten auf eine Handvoll natürlicher oder synthetischer Sprachlaute zu analysieren, aber aufgrund der Geschwindigkeit der vom UCSF-Team verwendeten Technologie waren sie in der Lage, jede Art von Sprachsound in der englischen Sprache zu verwenden, mehrmals.

Die Forscher sammelten Daten aus den STGs der Patienten, als sie 500 einzigartige englische Sätze hörten, die von 400 verschiedenen Menschen gesprochen wurden.

Die Forscher erwarteten, dass die Gehirne der Patienten auf "Phoneme" reagieren. Phoneme sind die einzelnen Lautsegmente, aus denen die Sprache besteht - die Forscher geben das Beispiel des b-Lautes in "Junge".

Stattdessen fanden die Forscher heraus, dass das Gehirn auf eine noch einfachere Funktion der Sprache "abgestimmt" war - etwas, das Linguisten "Merkmale" nennen. Merkmale sind unverwechselbare "akustische Signaturen", die der menschliche Körper erzeugt, wenn wir unsere Lippen, Zunge oder Stimmbänder bewegen.

Plosive und Frikative

Eine Art von Eigenschaft werden "Plosive" genannt - diese treten auf, wenn der Sprecher die Lippen oder die Zunge benutzen muss, um die aus ihren Lungen strömende Luft zu blockieren, um einen bestimmten Sprachklang zu erzeugen, was einen kurzen Luftstoß verursacht. Beispiele für Plosive sind die Konsonanten p, t, k, b und d.

Eine andere Art von Merkmal sind "Reibelaute" - diese Geräusche sind, wenn der Atemweg nur teilweise behindert ist, was Reibung im Vokaltrakt verursacht. S, z und v sind Beispiele für Frikative.

Die Forscher analysierten die Daten aus den Gehirnen der Patienten und sahen die STGs der Patienten "leuchten", als die Teilnehmer die verschiedenen Sprachmerkmale hörten. Das Team fand heraus, dass das Gehirn die "Turbulenz" erkannte, die durch ein Frikativ oder das "akustische Muster" eines Plosives erzeugt wurde, und nicht durch einzelne Phoneme wie b oder z.

Klingt als 'Formen'

Die Forscher vergleichen dieses System, um die "Formen" von Geräuschen so zu interpretieren, wie das Gehirn visuelle Objekte anhand von Kanten und Formen erkennt. Das visuelle System ermöglicht uns, bekannte Objekte unabhängig von der Perspektive, aus der wir sie betrachten, zu identifizieren. Daher halten die Forscher es für sinnvoll, dass das Gehirn einen ähnlichen Algorithmus zum Verstehen des Klangs anwendet.

Der leitende Autor der Studie, Dr. Edward F. Chang, sagt:

"Es sind die Konjunktionen von Antworten in Kombination, die eine höhere Vorstellung von einem Phonem als einem vollständigen Objekt ergeben. Indem wir alle Sprachlaute auf Englisch studiert haben, haben wir herausgefunden, dass das Gehirn eine systematische Organisation für grundlegende Klangmerkmaleinheiten hat Elemente im Periodensystem. "

Das UCSF-Team hofft, dass seine Ergebnisse zur Linderung von Lesestörungen beitragen werden. Bei einer Lesestörung werden gedruckte Wörter ungenau vom Gehirn auf Sprachlaute abgebildet.

Das Team ist jedoch der Meinung, dass die Ergebnisse von Bedeutung sind. "Dies ist ein sehr faszinierender Einblick in die Sprachverarbeitung", sagt Chang. "Die Gehirnregionen, in denen Sprache im Gehirn verarbeitet wird, wurden identifiziert, aber niemand hat wirklich gewusst, wie diese Verarbeitung abläuft."

Vor kurzem, Medizinische Nachrichten heute berichteten über eine Studie, in der Sprache auf beiden Seiten des Gehirns verwendet wird - früher dachten Wissenschaftler, dass nur eine Hälfte des Gehirns für Sprache und Sprache verwendet wurde.

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