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Sprachverarbeitung: Hirnzellen für Vokale entdeckt

Lage der untersuchten Zentren

Laute zu produzieren bedeutet, die Artikulationsorgane extrem genau zu steuern – eine Aufgabe, für die das Gehirn ein komplexes Netz von Hirnarealen beansprucht. Aber wie funktionieren diese Areale im Detail? Das untersuchten Forscher um Ariel Tankus, indem sie mit Elektroden eine Vielzahl einzelner Nervenzellen abhorchten.

Dabei stießen der Wissenschaftler vom Technion-Israel Institute of Technology in Haifa und seine Kollegen auf zwei verschiedene Varianten der Kodierung. In einem Teil des Frontallappens entdeckten sie Neurone, die immer dann besonders heftig feuerten, wenn Probanden einen bestimmten Vokal erklingen ließen. Hier kümmert sich das Gehirn offenbar um die Laute in Form abstrakter Einheiten – unabhängig von konkreten Eigenschaften wie ihrem Klang oder den nötigen Bewegungen der Artikulationsorgane.

Lage der untersuchten Zentren | Die Wissenschaftler konzentrierten sich auf zwei Hirnareale, in denen sie auf Vokale spezialisierte Neurone fanden: zum einen den Gyrus temporalis superior, rechts im Bild rot markiert. In diesem Teil des Schläfenlappens befindet sich auch das Wernicke-Zentrum, ein "klassisches" sprachverarbeitendes Areal; und zum anderen ein Gebiet oberhalb des vorderen Zingulums – hier lagen die Zellen, die sich hochspezifisch auf einzelne Vokale spezialisiert hatten.

Ganz anders bei der zweiten Variante der Vokalverarbeitung. Diese entdeckte das Team um Tankus in einem Teil des Schläfenlappens. Hier fanden sich Neurone, die weniger spezialisiert waren und auf mehrere Vokale gleichzeitig reagierten. Ein und dieselbe Zelle konnte beispielsweise sowohl auf /u/ als auch auf /i/ stark reagieren, auf ein /a/ hingegen nur schwach.

Hier sortiere das Gehirn offenbar Laute nach dem artikulatorischen Merkmal der "Zungenhöhe", meinen die Forscher: Um beispielsweise /u/ und /i/ aussprechen zu können, müssen Sprecher ihre Zunge sehr weit oben am Gaumen positionieren; für ein /a/ hingegen weit unten. Von diesem Areal aus könnten dementsprechend auch Signale zur Zungenbewegung weitergereicht werden.

Insgesamt scheint das Gehirn in diesem Areal analog zum so genannten Vokaldreieck zu arbeiten. Mit ihm teilen Sprachwissenschaftler seit Jahrhunderten Laute danach ein, ob sich – erstens – die Zunge bei der Artikulation oben oder unten befindet und ob – zweitens – dabei ihr vorderer/hinterer Teil bewegt wird.

Das Merkmal "Zungenhöhe" als Organisationsprinzip entdeckten die Forscher auch in der räumlichen Organisation dieser Zellen: Neurone, die auf benachbarte Zungenpositionen reagierten, lagen auch in der Hirnrinde nah beieinander.

Tankus und Kollegen untersuchten insgesamt nur einen winzigen Ausschnitt des sprachverarbeitenden Systems: Bei ihren Probanden handelte es sich um elf Epilepsiepatienten, denen zur Vorbereitung eines hirnchirurgischen Eingriffs an medizinisch relevanten Stellen dünne Elektroden implantiert worden waren. Parallel zu dieser Prozedur nahmen sie als Freiwillige an Tankus' Experiment teil. Während sie immer wieder einzelne Vokale und einfache Silben aussprachen, registrierten die Wissenschaftler insgesamt 716 Zellen, von denen 49 primär bei der Aussprache aktiv wurden; bei 25 davon ließ sich eine Spezialisierung auf Vokale feststellen.

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