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Sprache: Woher das Gehirn weiß, was Wörter bedeuten

Wie wird ein Wort zu einer Information? Einzelne Nervenzellen scheinen jeweils für bestimmte Bedeutungen zuständig zu sein. Sie erkennen aber auch Kontext.
Profil eines Mannes mit symbolischen Neuronen leuchtend vor dunklem Hintergrund dargestellt.
Einzelne Nervenzellen reagieren auf ganz bestimmte Bedeutungsinhalte von Wörtern – und verknüpfen damit gesprochene Wörter mit den Ideen dahinter.

Die Bedeutung von Wörtern ist im Gehirn mit individuellen Nervenzellen verknüpft. Diese Zellen reagieren selektiv auf Wörter mit bestimmten Bedeutungen – aber nicht immer gleich, sondern abhängig vom Kontext, in dem sie auftauchen. Das berichtet jetzt eine Arbeitsgruppe um Ziv M. Williams von der Harvard Medical School anhand von Messungen mit Mikroelektroden, die die Aktivität einzelner Zellen erfassen. Für die jetzt in der Fachzeitschrift »Nature« erschienene Untersuchung ließ das Team 13 Personen verschiedene Sätze und Geschichten hören, während es ihre Hirnaktivität maß. Dabei stellte sich heraus, dass die Zellen nicht bloß die Bedeutung von Wörtern in Echtzeit erfassen, sondern die Zellenaktivität auch gemäß vorher erfasster Bedeutungsmuster anpassen.

Wie aus Sprache Bedeutung wird, war lange völlig rätselhaft. Irgendwie schafft es das Gehirn, aus einer reinen Abfolge von Geräuschen abstrakte Abbilder von Dingen, Beziehungen oder Ideen zu erzeugen. Bekannt war bisher, dass ein Netzwerk aus »sprachselektiven« Regionen Wörter ihren Bedeutungen zuordnet und sie zu ebenfalls bedeutungshaltigen Phrasen und Sätzen zusammensetzt. Wie das aber auf der Ebene der Nervenzellen genau passiert, darüber weiß man wenig. Das Team um Williams nutzte Operationen am Gehirn, bei denen die Patientinnen und Patienten für Funktionstests wach blieben, um deren Nervenzellen beim Verarbeiten von Sprache in Echtzeit zu beobachten.

Dazu nutzten die Fachleute Gitter aus Mikroelektroden und so genannte Neuropixel, die die Aktivität hunderter Neuronen messen können. Diese lagen direkt auf einer sprachselektiven Region im präfrontalen Kortex auf, während die Versuchspersonen jeweils rund 130 gesprochene Sätze hörten. Als Kontrolle testete das Team, wie das Gehirn auf reine Wortlisten und Unsinnswörter reagierte. Dabei zeigte sich, dass einzelne Neuronen spezifisch auf bestimmte Typen von Bedeutungen reagierten, zum Beispiel Begriffe für Aktivitäten oder Emotionen. Dadurch aktivierten verwandte Begriffe ähnliche Gruppen von Nervenzellen. Sehr unterschiedliche Begriffe verursachten dagegen unterschiedliche Muster.

Außerdem beobachtete das Team, wie diese »Bedeutungsaktivität« mit jedem weiteren Wort eines Satzes durch die Zellgemeinschaft wanderte. Die Zellen reagierten je nach vorheriger Aktivität sehr dynamisch auf »ihre« Bedeutung – das Gehirn, so die Schlussfolgerung, bildet Kontext dadurch in Echtzeit ab. Das Team berichtet, es sei schon anhand der Aktivität relativ weniger Nervenzellen grob erkennbar gewesen, wovon der Satz handelte. Damit zeigt die Untersuchung, dass Bedeutung tatsächlich auf der Ebene individueller Nervenzellen erzeugt wird. Doch das ist nur ein Teil der Geschichte. Denn bekannt ist, dass andere Bereiche des Gehirns gleichzeitig ebenfalls am Erzeugen von Bedeutung beteiligt sind. Was es damit auf sich hat, ist das nächste große Rätsel hinter der wundersamen Verwandlung von Schall in Ideen, die das Gehirn alltäglich vollführt.

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  • Quellen
Jamali, M., Nature 10.1038/s41586–024–07643–2, 2024.

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