Die Fähigkeit, Sprache zu erzeugen und zu verstehen, ist ein herausragendes Merkmal des Menschen. In der Großhirnrinde sind Teile des Frontal- und Temporallappens für Sprachverstehen und Sprachproduktion von Bedeutung. Sprache unterscheidet sich von anderen Geräuschen unter anderem durch charakteristische Frequenzen, die das Gehirn erkennt.
Die Phonagnosie: Wenn Stimmen fremd werden
Manche Menschen können die Besonderheiten einer Stimme nicht erkennen und einer bekannten Person zuordnen. Diese Störung wird als Phonagnosie bezeichnet und könnte mit einer Schädigung von Regionen wie dem rechten Temporallappen zusammenhängen, die selektiv Stimmen zu verarbeiten scheinen. Bis vor kurzem wurde Phonagnosie lediglich als Folge von Schlaganfällen beobachtet. Doch 2009 entdeckten Forscher des University College London bei einer 60-jährigen Patientin, „KH“ genannt, auch eine möglicherweise angeborene Form. Anatomische Defekte ließen sich bei der Patientin nicht feststellen.
Die Bausteine der Sprache: Phoneme und ihre Verarbeitung
Schon das Brabbeln eines Babys löst bei den Eltern ein Feuerwerk an Gefühlen aus, wenn es zum ersten Mal so etwas wie „Pa-Pa“ von sich gibt. Dabei hat der Nachwuchs unzählige Male zuvor schon ganz ähnliche Silben ausprobiert, wie „ba“, „ma“ oder „da“ - so genannte Phoneme. Selbst im Hirn von Affen konnten Forscher Nervenzellen nachweisen, die auf solche phonemunterscheidenden Merkmale eines akustischen Reizes sensibel reagieren, also auf einen Laut wie „ba“ antworten, nicht jedoch auf „pa“. Beim Menschen sind es wohl einzelne Gruppen von Neuronen, die in der Lage sind, die etwa 100 Phoneme des linguistischen Alphabets zu erkennen, aus dem sich alle bekannten Sprachen zusammensetzen lassen.
Broca- und Wernicke-Areal: Ein überholtes Modell?
Bis in die 1970er Jahre machte man vor allem das Broca-Areal im Gyrus frontalis inferior und die Wernicke-Region für sprachliche Kognitionsleistungen verantwortlich. Demnach schien das Broca-Areal vor allem für Sprachproduktion und das Wernicke-Areal für Sprachverstehen zuständig zu sein. Doch jüngere Forschungen zeigen, dass es diese klare Trennung wohl so nicht gibt. Patienten mit Broca-bedingten Sprachstörungen (Aphasie) haben nach genaueren Untersuchungen meist auch Schwierigkeiten beim Sprachverstehen, zum Beispiel bei Unterschieden im Satzbau, der Syntax. Deshalb geht man inzwischen davon aus, dass in der Broca-Region Satzbau und Grammatik verarbeitet werden - und zwar sowohl für das Sprechen als auch beim Verstehen von Gesprochenem. Ähnlich ist es bei Patienten mit Schäden im Wernicke-Areal, das nach heutigem Verständnis möglicherweise eine Verbindungsstelle zwischen sprachlicher und semantischer Information darstellt. Nicht nur beim Zuhören verstehen Patienten mit Schädigungen des Wernicke-Areals Wörter nicht immer korrekt.
Die Rolle der rechten Hemisphäre und des Thalamus
In der Regel findet der Großteil der Sprachverarbeitung in der linken Großhirnhemisphäre statt, doch es lassen sich für bestimmte Aufgaben auch immer wieder beidseitige Aktivitäten feststellen. So zeigen Untersuchungen von Patienten mit Verletzungen des „Balkens“ - des Corpus callosum, der die beiden Hirnhälften verbindet -, dass die rechte Hemisphäre offenbar nötig ist, um lautübergreifende akustische Merkmale wie Akzent oder Intonation zu verarbeiten. Eine Studie von Forschern der Berliner Charité aus dem Jahre 2008 weist darauf hin, dass für das Erkennen von Satzstrukturen und -inhalten sogar eine Kooperation von Gehirnrinde und Thalamus nötig ist.
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Grammatik vor Bedeutung: Die Verarbeitung von Sprache im Gehirn
Der Weg, den Sprache durch das Gehirn nimmt, bis sie dem Zuhörer bewusst wird, ist überraschend. Denn laut der Sprachforscherin Angela Friederici vom Max-Planck-Institut für Kognitions- und Neurowissenschaften wird zuallererst nicht die Bedeutung, sondern die Grammatik eines Satzes untersucht. Form vor Inhalt: Innerhalb von 200 Millisekunden analysiert das Gehirn von Erwachsenen Nomen, Verben, Präpositionen und andere grammatikalische Finessen. Bei Kindern dauert es noch bis zu 350 Millisekunden - ein Hinweis, dass die Grammatikregeln gelernt werden müssen, dann aber automatisiert ablaufen. Erst in einer zweiten Phase, bis zu 400 Millisekunden später, interpretiert das Gehirn schließlich die Bedeutung der Wörter.
Wie das Gehirn Sprache von anderen Geräuschen unterscheidet
Doch wie erkennen Eltern in der dahingebrabbelten Lippenakrobatik ihres Kindes überhaupt Sprache und nicht mehr nur Töne? Was macht - abgesehen von einer gesteigerten Erwartungshaltung der Eltern - den Unterschied aus zwischen Schallwellen vom menschlichen Sprachapparat und von Musikinstrumenten oder Autos? Die Cochlea-Schnecke im Innenohr hat offenbar, ähnlich wie die Netzhaut des Auges, eine Entsprechung im Gehirn. Hohe Frequenzen werden von anderen Neuronengruppen - „Feldern“ - im auditorischen Cortex verarbeitet als niedrigere Frequenzen. Und so wie der Presslufthammer ein charakteristisches Frequenzspektrum abdeckt, spielt sich auch die menschliche Sprache in einem bestimmten Bereich ab: 80 Hz bis 12 kHz, wobei der Grundton bei Männern um die 125 Hz liegt, bei Frauen rund doppelt (250 Hz) bzw. bei Kindern fast viermal so hoch (440 Hz).
Mythos Linkshändergehirn: Keine Spiegelbildliche Anordnung
Das Gehirn eines Linkshänders ist nicht spiegelbildlich zu dem eines Rechtshänders. Diese Vorstellung ist ein reiner Mythos. Bis in die 1960er Jahre hinein nutzten deshalb Hirnchirurgen die Händigkeit sogar als Indiz dafür, ob bei einem Patienten eine Anomalie in der Hirnsymmetrie zu erwarten war oder nicht. Ihrer Ansicht nach musste das Linkshändergehirn komplett spiegelverkehrt aufgebaut sein - ein Mythos, der sich bis heute bei vielen hält. Zu Unrecht: „Die naive Vorstellung ist, dass das Gehirn der Linkshänder gespiegelt ist zu dem der Rechtshänder. Das ist schlicht falsch“, erklärt Onur Güntürkün, Biopsychologe der Ruhr-Universität Bochum.
Die Zusammenarbeit der Hemisphären beim Sprechen
Während des Sprechens bearbeitet das Gehirn viele verschiedene Dinge gleichzeitig. Damit das schnell geht, arbeiten linke und rechte Hirnhälfte zusammen. Die linke Hirnhälfte übernimmt die Aufgabe, Wörter zu erzeugen, zusammenzustellen oder zu analysieren, erklärt der Neurowissenschaftler Henning Beck. Dagegen ist die rechte Gehirnhälfte dafür zuständig, Klangmuster zu interpretieren. „Sprache entsteht durch das Zusammenspiel der rechten und der linken Gehirnhälfte." Beispielsweise können wir ein und dasselbe Wort unterschiedlich betonen. Die rechte Gehirnhälfte würde feststellen, dass es in der Betonung einen Unterschied gibt, während die linke Gehirnhälfte einfach nur zweimal dasselbe Wort erzeugt hat. Forschenden der Uni Frankfurt haben in ihrer Studie festgestellt, dass die beiden Gehirnhälften sich die Arbeit noch viel detaillierter einteilen als bislang angenommen. Also dass in der linken Hälfte ein Sprachareal sei und in der rechten eher ein Sound-Areal.
Detailliertes Zusammenspiel: Analyse- und Soundzentrum
Die Forschenden haben in einem Hirnscanner gemessen, was im Gehirn passiert, wenn die Menschen sprechen und was passiert, wenn sie ihre gesprochene Sprache wieder hören. Einmal wurden die Aufnahmen über das rechte und mal über das linke Ohr eingespielt. Dabei haben die Forschenden festgestellt, dass auch die linke Hälfte an der Sprachanalyse beteiligt ist. Sie analysiere aber vor allem Übergänge zwischen Vokalen und Konsonanten und die rechte den Klang an sich. Bei Rechtshändern sei das so, dass die linke Gehirnhälfte sich mehr auf die Übergänge konzentriere. Bei Linkshändern sei es auch so, dass die linke Hälfte die kleinteiligen Übergänge analysiere, aber nicht so stark wie bei Rechtshändern. Und es könne sogar vorkommen, dass sich das Verhältnis zwischen den Gehirnhälften ganz umkehre.
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Sprache als Champions-League des Denkens
„Das Sprechen ist die Champions-League unseres Denkens", sagt Henning Beck. Dabei muss das Gehirn viele unterschiedliche Fähigkeiten zusammenführen wie Erinnerung, Aussprache oder Vorstellungen. Der Neurowissenschaftler vermutet, dass es dadurch einen Vorteil hat, dass es in bestimmten kleinen Arealen mehrere Fähigkeiten zusammenzieht, um schneller zu arbeiten. Das könnte der Grund dafür sein, dass Sprache auf zwei Hälften verteilt sei.
Fremdsprachen lernen verändert das Gehirn
Durch das Erlernen einer Fremdsprache verstärken sich auch bei Erwachsenen die Nervenverbindungen im Gehirn. Das haben Forschende des Max-Planck-Instituts für Kognitions- und Neurowissenschaften dokumentiert. Das Erlernen einer neuen Sprache verändert die Nervenbahnen im Gehirn. Sie haben Dutzende Menschen aus Syrien über eine halbes Jahr begleitet, die intensiv Deutsch lernten. Die Bilder zeigen laut Studie im Fachmagazin PNAS, dass sich durch das Lernen Nervenverbindungen im Gehirn verstärkt haben. Und zwar im Sprachzentrum der linken Hirnhälfte und in einigen Regionen der rechten Hirnhälfte. Überraschend war für die Forschenden, dass das Hirn die Verbindung zwischen der rechten und linken Hirnhälfte aber verringert hat. Wahrscheinlich hat das zur Folge, dass die sprachdominante linke Hirnhälfte weniger Kontrolle über die rechte ausübt.
Die Händigkeit: Ein Rätsel der Hirnforschung
Obwohl es so ein alltägliches Phänomen ist, hat die Wissenschaft noch keine Ahnung, warum sich die rechte Hand durchgesetzt hat. Und sie weiß noch nicht einmal, wie man überhaupt zum Linkshänder wird. Klar scheint zumindest: Kurz nach der Geburt steht bereits fest, ob jemand Links- oder Rechtshänder ist. Aber es ist bisher kein Linkshänder-Gen identifiziert worden, sondern im Gegenteil kommt es vor, dass von zwei eineiigen Zwillingen einer ein Rechts- und einer ein Linkshänder ist. Wenn beide Eltern Linkshänder sind, ist die Wahrscheinlichkeit zumindest leicht erhöht, dass ihre Kinder es auch sind. Aber die Gene spielen wohl nur eine untergeordnete Rolle. Möglicherweise wird die Händigkeit auch von Hormonen im Mutterleib beeinflusst. Und es scheint einen Zusammenhang mit den Umständen der Geburt zu geben: Frühchen mit einem Geburtsgewicht von unter 1000 Gramm werden überdurchschnittlich häufig zu Linkshändern, ebenso Mehrlingskinder. Und im Sommer werden aus irgendeinem Grund mehr Linkshänder geboren als im Winter. Niemand weiß warum.
Das Broca-Areal: Sprachproduktion im Fokus
Das Broca Areal ist ein wichtiger Bereich im Gehirn, der für die Produktion von Sprache zuständig ist. Es befindet sich im Frontallappen der dominanten Hemisphäre (Hirnhälfte), welche in der Regel links ist. Das Areal spielt eine entscheidende Rolle bei der Artikulation von Sprache und der Satzbildung und kann bei Verletzungen zur sogenannten Broca Aphasie führen. Seinen Namen erhielt das Broca Areal von dem französischen Anthropologen und Neurochirurgen Paul Broca, der von 1824 bis 1880 in Paris lebte. Seine Forschung legte den Grundstein für das heutige Wissen über diese spezielle Hirnregion.
Die Entdeckung des Broca-Areals
Durch einen Patienten, der von Paul Broca „Monsieur Tan“ genannt wurde, gelang dem Wissenschaftler 1861 der Durchbruch. Monsieur Tan litt an einem stark eingeschränkten Vermögen, Sprache zu artikulieren, und konnte lediglich die Silbe „Tan“ sprechen. Nach dem Tod von Monsieur Tan führte Paul Broca eine Autopsie durch und fand in einem bestimmten Bereich der Großhirnrinde eine Läsion.
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Lokalisation und Struktur des Broca-Areals
Mit Hilfe moderner bildgebender Verfahren wie der Computertomographie (CT) oder der Magnetresonanztomographie (MRT) lässt sich das Broca Areal darstellen. Auch die Abgrenzung zu anderen Gehirnarealen gelingt dadurch. Das Broca Areal befindet sich in der dominanten Gehirnhälfte. Bei Rechtshändern befindet sich das Brocasche Sprachzentrum in der linken, bei Linkshändern entsprechend in der rechten Hemisphäre. Die genaue anatomische Lage befindet sich im Gyrus frontalis inferior („untere Stirnwindung“) und dort innerhalb der Partes triangularis („dreieckiger“ Teil) und opercularis (etwa: „Deckelteil“). Neueste Forschungen zeigen, dass die ursprüngliche Annahme von einem scharf abgegrenzten Broca Areal, das aus lediglich zwei Teilgebieten besteht, nicht die ganze Komplexität der neuroanatomischen Grundlagen von Sprache beschreibt.
Funktionen des Broca-Areals
Das Broca Areal ist gemäß der klassischen Auffassung für die Sprachbildung verantwortlich. Eine zweite Hirnregion, das Wernicke-Areal, ist im Gegensatz dazu für das Sprachverständnis zuständig. Zu den Aufgaben des Sprachzentrums gehören vor allem einige motorische Aspekte der Sprache. Außerdem ist es zuständig für die Lautbildung und -analyse und die Aussprache von Worten. Darüber hinaus steuert das Broca Areal aber auch die grammatikalische Korrektheit von Sätzen und die richtige Betonung der Sprache. Es werden Tonalge, Satzmelodie und der Sprachrhythmus so aufeinander Abgestimmt, dass die Zusammenarbeit aller Sprechorgane zu einer möglichst optimalen Aussprache führt. Neuere Untersuchungen zeigen, dass nicht nur das Sprechen vom Broca Areal mitgesteuert wird, sondern darüber hinaus noch einige weitere Funktionen über diese Hirnregion vermittelt werden. Dazu gehört beispielsweise vermutlich auch die Verarbeitung von musikalischen Reizen.
Die Broca-Aphasie: Sprachstörungen nach Schädigung des Broca-Areals
So komplex wie die Funktionen des Broca Areals sind auch die möglichen Auswirkungen bei Beschädigungen desselben. Besonders erscheint die Lösung des Gehirns dann, wenn Kinder oder Jugendliche, deren Hirnentwicklung noch nicht vollständig abgeschlossen ist, einen Schaden am Broca Areal erleiden. Während bei gesunden Personen die Sprachproduktion von der dominanten Hirnhälfte gesteuert wird, übernimmt die Broca Region der anderen Hemisphäre normalerweise ganz andere Aufgaben. Bei Beschädigungen an unvollständig entwickelten Gehirnen wird die Sprachproduktion auf die unbeschädigte Hemisphäre verlegt, sofern dies möglich ist. Patienten mit Broca Aphasie sprechen häufig stockend und verlangsamt. Sie neigen dazu, im Telegrammstil zu formulieren oder verwechseln Laute miteinander. Vor allem Worte, die keine eigene Bedeutung haben, wie beispielsweise Artikel oder Präpositionen, werden oft weggelassen.
Ursachen und Symptome der Broca-Aphasie
Die Broca-Aphasie hat ihren Namen vom Ort der zugrundeliegenden Läsion bekommen. Patienten mit einer Broca-Aphasie leiden unter der Minderdurchblutung des Broca-Areals. Ursache der Broca-Aphasie ist in den meisten Fällen eine Minderdurchblutung der Arteria praerolandica, dies ist eine Verzweigung der Arteria cerebri media, sie wird im Ursprung also durch die Arteria carotis interna versorgt. Auch hier ist die Händigkeit des Patienten von großer Bedeutung, ist die Arteria praerolandica rechtsseitig verschlossen, so wird sich eine Broca-Aphasie in Regel eher bei Linkshändern zeigen. Ist die Arteria praerolandica linksseitig verschlossen bzw. ihre Durchblutung stark gestört, so können Linkshänder und auf jeden Fall die Rechtshänder eine Broca-Aphasie erleiden. Patienten mit Broca-Aphasie zeigen als hauptsächliches Symptom eine Sprache, die sich durch kurze und unvollständige Sätze auszeichnet. Häufig fehlen Funktionswörter wie Artikel, die Substantive werden nicht dekliniert und die Verben werden in ihrer Grundform genutzt. Der Sprachfluss ist wesentlich langsamer als üblich und das Sprechen an sich scheint Patienten mit Broca-Aphasie große Schwierigkeiten zu bereiten. Patienten mit Broca-Aphasie ist sehr wohl bewusst, dass mit ihrer Sprache etwas nicht stimmt. Sie bemerken die überlangen Pausen, die sie beim Versuch zu sprechen machen und die zum einen begründet sind in der langwierigen Suche nach dem richtigen Wort, zum anderen in den motorischen Einschränkungen an sich. Patienten, die unter einer Broca-Aphasie leiden, haben sehr große Probleme, ihre Sprache richtig zu steuern, manchmal streuen sie Laute ein, die nicht dorthin gehören, wo sie gesprochen wurden oder sie lassen Laute einfach aus.
Beispiel für die Sprache eines Patienten mit Broca-Aphasie
Um zu verdeutlichen, wie sich die Sprache eines Patienten mit Broca-Aphasie von der eines Gesunden und der eines Patienten mit globaler Aphasie unterscheidet, ein Beispiel: Frau N.: ja … Garten … Sohn … Schie … toch … äh … Sohn und … Schiebertochte … Faul … nein … Faumen fülken … nein … Korb Faumen … Garten … ich Sonne sitzen, dann … hause … Kuchen backen … Der Fachbegriff, für die von Frau N. gezeigte sprachliche Einschränkung (sie sagt z.B. „Faulmenchuchen“ statt „Pflaumenkuchen“), lautet phonematische Paraphasie. Auch wenn die Sprache von Frau N. noch weit von allgemein verständlicher Sprache entfernt ist, so ist doch verständlich, was Frau N. erzählen möchte, ganz im Gegensatz zu Herrn G., dessen äußerungen als globaler Aphasiker überhaupt nicht mehr zu verstehen sind.
Die schnelle Verarbeitung von Sprache: Eine Meisterleistung des Gehirns
Zuhören, verstehen, verarbeiten - und das alles gleichzeitig. Unser Gehirn leistet Erstaunliches, wenn es um die schnelle Verarbeitung von Sprache geht. Egal ob im Gespräch, beim Zuhören, beim Lesen oder Schreiben: Sprache ist Kopfsache. Wir denken in einer Sprache und wir teilen unsere Gedanken (meist) in Worte gefasst. Die Sprache ist also essenziell für die zwischenmenschliche Kommunikation. Um den Gesprächsfluss aufrecht zu erhalten, versuchen wir die nächsten Worte unseres Gesprächspartners zu erahnen, bevor dieser sie ausgesprochen hat und verarbeiten gleichzeitig das Gesagte zu neuen Gedanken.
Die Dominanz der linken Hirnhälfte bei der Sprachverarbeitung
Dass bei diesen Prozessen die linke Hirnhälfte gegenüber der rechten überlegen ist, zeigt ein einfacher Test: Spielt man Versuchspersonen gleichzeitig auf dem linken und rechten Ohr zwei unterschiedliche Silben vor, geben die meisten Menschen an, nur das gehört zu haben, was auf dem rechten Ohr gesagt wurde. Interessant ist in diesem Zusammenhang, dass sich in der sogenannten Pfeifsprache ein anderes Bild zeigt. Bei dieser ist die linke Hirnhälfte nicht bevorzugt.
Mikrostruktur und Sprachverarbeitung: Die Rolle des Planum temporale
„Wissenschaftler haben vor langer Zeit entdeckt, dass eine für Sprache wichtige Hirnregion namens Planum temporale häufig links größer ist als rechts“, erläutert Dr. Sebastian Ocklenburg von der Arbeitseinheit Biopsychologie der Ruhr-Universität Bochum. Dabei hätten die Nervenzellen des linken Planum temporale eine höhere Anzahl an neuronalen Verbindungen, als die der rechten Hirnhälfte. „Unklar war bisher aber, ob diese asymmetrische Mikrostruktur entscheidend für die linksseitige Überlegenheit bei der Sprachverarbeitung ist“, ergänzt Erhan Genç, ebenfalls aus dem Forscherteam der Ruhr-Universität Bochum und der Technischen Universität Dresden. Dank einer speziellen Form der Magnetresonanztomografie konnte die Dichte und räumliche Anordnung von Nervenzellfortsätzen im Planum temporale der linken und rechten Hirnhälften festgestellt werden. Der Test an fast hundert Versuchspersonen habe dabei gezeigt, dass Versuchspersonen mit einer besonders schnellen Sprachverarbeitung in der linken Hirnhälfte auch besonders viele Nervenzellfortsätze im linken Planum temporale besaßen. „Aufgrund dieser Mikrostruktur ist die Sprachverarbeitung linksseitig schneller und wahrscheinlich auch die zeitliche Präzision höher, mit der das Gehörte entschlüsselt wird“, folgert Ocklenburg. Interessant ist dabei, dass Menschen, deren Faserverbindungen in der linksseitigen Hirnregion geschwächt sind, wortwörtlich ins Stottern geraten können - davon gehen zumindest mehrere Studien aus.
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