Sprache wächst mit dem Gehirn

Forschungsbericht (importiert) 2009 - Max-Planck-Institut für Kognitions- und Neurowissenschaften

Autoren
Brauer, Jens
Abteilungen
Neuropsychologie (Prof. Dr. Angela Friederici)
MPI für Kognitions- und Neurowissenschaften, Leipzig
Zusammenfassung
Sprache ist eine grundlegende Eigenschaft des Menschen, deren Besitz uns von allen anderen Lebewesen unterscheidet. Kinder erlernen dieses komplexe System von Zeichen und deren Bedeutungen scheinbar mühelos. Eine spannende Frage bleibt dabei, wie das Gehirn von Kindern die vielschichtigen Aufgaben zu bewältigen lernt, die bei der Verarbeitung von Sprache erforderlich sind. Bildgebende Methoden, die es erlauben, die Prozesse im Gehirn von Kindern zu beobachten, während sie Sprache verarbeiten, geben Antworten auf diese Frage.

Eine besondere Gabe

Sprache ist ein komplexes System von Zeichen und deren Bedeutungen. Die Zeichen – gesprochene, geschriebene oder gestikulierte Buchstaben und Wörter – können in den verschiedensten Beziehungen zueinander stehen und in unterschiedlichen Kontexten und Satzzusammenhängen erscheinen, was wiederum ihre Bedeutungen, ihre Semantik, zu ändern oder zu nuancieren vermag. Dabei gibt es fundamentale Regeln, wie Wörter miteinander kombiniert werden dürfen, um einen Satz zu bilden. Dies ist die Syntax einer Sprache. Semantik und Syntax sind zwei bedeutsame Charakteristika einer jeden Sprache.

Es gibt Hypothesen und Theorien darüber, inwieweit die Sprache im Lauf der Evolution möglicherweise zu einem wichtigen Selektionsmerkmal des Menschen wurde, da sie sich als ein entscheidender Faktor für kooperatives Zusammenwirken mehrerer Individuen von großem Vorteil erwiesen haben könnte. In der Folge hat der Mensch wahrscheinlich eine angeborene Fähigkeit zur Sprache entwickelt. Dies scheint plausibel, wenn man bedenkt, wie vermeintlich mühelos Kinder dieses komplexe System innerhalb nur weniger Jahre erlernen und meistern – eine erstaunliche Leistung. Man kann davon ausgehen, dass unser Gehirn eine besondere Veranlagung hat, Sprache zu verarbeiten, und dass diese Anlage auch bei Kindern, die gerade erst beginnen, eine Sprache zu ergründen, schon zum Tragen kommt.

Wie Sprache wächst

Wenn ein Säugling beginnt, seine Muttersprache zu lernen, muss er schon im ersten Lebensjahr eine Reihe komplexer Aufgaben bewältigen. Denn bereits lange bevor ein Kind anfängt zu sprechen, arbeitet das Gehirn daran, Sprache zu entdecken. Um im Alter von etwa zwölf Monaten die ersten Wörter zu sprechen, muss ein Kind zunächst einmal gelernt haben, Sprache als solche wahrzunehmen und den einströmenden Sprachfluss sinnvoll zu zerlegen. Dabei besteht das Problem unter anderem darin, einzelne Bedeutungseinheiten wie Wörter oder Wortgruppen als solche zu erkennen und zu verarbeiten. Wir begegnen diesem Problem in ähnlicher Weise auch als Erwachsene, wenn wir eine uns völlig unbekannte Sprache hören und uns schwer damit tun zu erraten, wo einzelne Wörter anfangen oder aufhören.

Die Ergebnisse mehrerer Studien konnten zeigen, dass Säuglinge für diese Aufgaben insbesondere die sprechmelodischen Eigenschaften (Prosodie) ihrer Muttersprache nutzen, also Betonungsmuster, Variationen der Tonhöhe oder die Sprechgeschwindigkeit. Bereits Säuglinge sind in der Lage, die für ihre Muttersprache typischen Betonungsmuster zu identifizieren. Beispielsweise ist eine typische Akzentuierung für zweisilbige Wörter im Deutschen die Betonung der ersten Silbe („Pápa“), im Französischen hingegen die Betonung der zweiten Silbe („Papá“). In einer Studie wurden französische und deutsche Säuglinge im Alter von vier bis fünf Monaten untersucht, denen solche unterschiedlichen Betonungsmuster mit Akzentuierung der ersten oder zweiten Silbe vorgespielt wurden. Dabei zeigte sich, dass das Gehirn schon in diesem frühen Alter deutlich zwischen der bekannten muttersprachlichen und der unbekannten Betonung von Wörtern zu unterscheiden vermag (Abb. 1). Dies belegt, dass bereits bei Säuglingen im Alter von vier Monaten eine sprachspezifische Gedächtnisrepräsentation der muttersprachlichen Wortmelodie ausgebildet ist.

EEG-Daten von Säuglingen im Alter von vier bis fünf Monaten. Französische und deutsche Säuglinge hörten Wörter in zwei verschiedenen Sprachmelodien. Es zeigt sich die so genannte „mismatch response“ (MMR) als Indikator eines erhöhten Verarbeitungsaufwands. Die französischen Säuglinge zeigen eine MMR als Reaktion auf die im Französischen untypische „bába“-Betonung, die deutschen Säuglinge hingegen auf die im Deutschen untypische „babá“-Betonung. Das verdeutlicht die erleichterte Verarbeitung der eigenen Muttersprache bereits in diesem frühen Alter [1].

Solches Wissen kann den Kindern dabei helfen, Wortgrenzen in ihrer natürlichen Muttersprache zu erkennen, wobei die Sensibilität für sprechmelodische Betonungsmuster der Sprache für Kinder den Einstieg in die komplexeren Strukturen der Sprachsyntax erleichtern kann, denn auch syntaktisch relevante Grenzen, die zusammenhängende Satzteile markieren, werden vom Sprecher in der Regel prosodisch gekennzeichnet.

Der Blick ins Gehirn

Hirnaktivität während der Sprachverarbeitung bei Erwachsenen und Vorschulkindern. Bei Erwachsenen finden sich aktive Hirnregionen für Semantikverarbeitung im mittleren und hinteren Anteil des oberen Schläfenlappens (siehe Markierung in Abb. 2a) sowie im hinteren Anteil des frontalen Operkulums im unteren Frontallappen (Abb. 2b). Für Syntaxverarbeitung aktivieren Erwachsene vorrangig den gesamten oberen Schläfenlappen (seinen vorderen, mittleren und hinteren Anteil, Abb. 2c) sowie das frontalen Operkulum, diesmal vor allem dessen vorderen Anteil (Abb. 2d). Kinder zeigen insgesamt stärkere Aktivierungen, die weniger spezifisch auf den jeweiligen Aspekt von Sprache (Semantik oder Syntax) reagieren. Das Sprachnetzwerk von Kindern aktiviert jeweils den gesamten oberen Schläfenlappen (Abb. 2e, 2g) sowie das gesamte frontale Operkulum (Abb. 2f, 2h). Bei Kindern ist auch der äußere Anteil des unteren Frontallappens (das Broca-Areal) an der Verarbeitung beider Sprachaspekte beteiligt. Dieses Areal kommt bei aufwendigeren Verarbeitungsprozessen im Gehirn ins Spiel und ist im Netzwerk von Erwachsenen nur sehr schwach beteiligt. Eine Region zeigt hier eine besondere Bedeutung für die Syntaxverarbeitung bei Kindern (rote Markierung in Abb. 2g) [2].

Einen genaueren Einblick in die Hirnstrukturen, in denen sprachliche Informationen verarbeitet werden, bietet die funktionelle Magnetresonanztomographie (fMRT). Um zu erforschen, welches die Hirnareale sind, die an der Verarbeitung syntaktischer und semantischer Information beteiligt sind und welche Rolle diese Areale während der Sprachentwicklung bei Kindern spielen, wurden Vorschulkinder und Erwachsene untersucht. Sie hatten in einem fMRT-Experiment die Aufgabe, die Korrektheit gehörter Sätze einzuschätzen. Diese Sätze waren normale, korrekte Sätze („Die Biene summt“) oder aber sie waren inkorrekt, entweder hinsichtlich ihrer Semantik („Das Haus malt“) oder ihrer Syntax („Das Eis am schmeckt“). Die Verarbeitung einer solchen syntaktischen oder semantischen Verletzung im Satz verlangt einen erhöhten Prozessaufwand in den Hirnarealen, die für die Verarbeitung der syntaktischen Struktur oder des semantischen Gehalts verantwortlich sind.

Erwachsene und Vorschulkinder im Vergleich der zeitlichen Abfolge, in der die verschiedenen Hirnregionen des Sprachnetzwerkes ins Spiel kommen. Die Farben verdeutlichen die Aktivierungszeitpunkte von Grün (sehr frühe Aktivierung) über Gelb bis Rot (sehr späte Aktivierung). Auffällig ist, dass bei Kindern vor allem die Regionen des unteren Frontallappens sehr spät reagieren (roter Bereich) [3].

Die Studie machte deutlich, dass Vorschulkinder und Erwachsene dasselbe Netzwerk von Hirnregionen nutzen, wenn sie gesprochene Sprache verarbeiten. Kinder jedoch zeigen eine insgesamt stärkere Aktivierung, die außerdem weniger zwischen den verschiedenen Aspekten der Sprache unterscheidet. Mit anderen Worten: Kinder nutzen sowohl für die Verarbeitung syntaktischer als auch semantischer Informationen das gesamte Netzwerk, wohingegen im Sprachnetzwerk von Erwachsenen eher bestimmte Hirnregionen auf Syntax- beziehungsweise Semantikverarbeitung spezialisiert sind. Darüber hinaus ist bei Kindern eine Hirnregion, die für aufwendigere Sprachverarbeitungsprozesse wichtig ist, stärker in das Netzwerk eingebunden, nämlich das Broca-Areal (Abb. 2).

Eine Analyse der zeitlichen Struktur der Verarbeitungsprozesse im Gehirn zeigt, dass die beteiligten Areale bei Kindern langsamer aktiviert werden als bei Erwachsenen (Abb. 3). Sowohl die stärkere und weniger spezialisierte wie auch die insgesamt spätere Aktivierung des Sprachnetzwerkes bei Kindern sprechen für einen erhöhten Verarbeitungsaufwand im sich noch entwickelnden Sprachverarbeitungssystem. Bei Kindern scheinen die relevanten Prozesse der Sprachverarbeitung noch nicht hinreichend automatisiert zu sein, und wahrscheinlich bedingt das noch nicht voll ausgereifte Gehirn von Kindern diesen erhöhten Aufwand in der Verarbeitung.

Originalveröffentlichungen

1.
A. D. Friederici, M. Friedrich, A. Christophe:
Brain responses in 4-month-old infants are already language specific.
Current Biology 17: 1208–1211 (2007).
2.
J. Brauer, A. D. Friederici:
Functional neural networks of semantic and syntactic processes in the developing brain.
Journal of Cognitive Neuroscience 19: 1609–1623 (2007).
3.
J. Brauer, J. Neumann, A. D.Friederici:
Temporal dynamics of perisylvian activation during language processing in children and adults.
NeuroImage 41: 1485–1493 (2008).
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