Gehirnbereich, der das Sprachtiming entschlüsselt entdeckt

Während des Schneidens und Zusammenfügens von Sprachaufzeichnungen haben Wissenschaftler der Duke University in Durham, NC, und des Massachusetts Institute of Technology in Cambridge einen Bereich des Gehirns lokalisiert, der empfindlich auf das Timing von Sprache reagiert.
Der Sulcus temporalis superior zeigte größere Reaktionen auf Sprach-Quilts, die aus längeren Segmenten bestanden als kürzere Quilts.

Sprachtiming ist ein kritisches Element der gesprochenen Sprache und ein wesentliches Element der Struktur der menschlichen Sprache. Um Sprache zu verstehen, muss das Gehirn die sich schnell entwickelnde Information von Phonemen, Silben und Wörtern integrieren.

Phoneme sind die kürzesten, grundlegenden Spracheinheiten und dauern etwa 30-60 Millisekunden. Im Vergleich dazu benötigen Silben länger 200-300 Millisekunden und ganze Wörter sind länger.

Um mit der Flut von Informationen fertig zu werden, ist es wahrscheinlich, dass das menschliche Hörsystem Abkürzungen verwendet, um die Geräusche effektiv zu verarbeiten.

Studieren Co-Autor Tobias Overath, Assistant Research Professor für Psychologie und Neurowissenschaften bei Duke, enthüllt in der Zeitschrift Nature Neurologie dass diese Abkürzungen stattfinden können, indem das auditorische System Informationsabschnitte abtastet, deren Länge der eines durchschnittlichen Konsonanten oder einer Silbe entspricht.

Overath und seine Mitarbeiter, darunter der korrespondierende Autor Josh McDermott vom Massachusetts Institute of Technology (MIT), verwendeten einen innovativen Algorithmus, um neue Klänge aus zerschnittenen und wieder zusammengesetzten 30-960-Millisekunden-Stücken ausländischer Sprachaufnahmen zu erstellen. Die Autoren bezeichnen diese neuen Laute als "Sprechquilts".

Je kürzer die Schnipsel von Sprachsteppdecken waren, desto bedeutsamer war die Störung der ursprünglichen Sprachstruktur.

Die Wissenschaftler maßen die Aktivität von Nervenzellen, indem sie Sprachsteppdecken spielten, um Teilnehmer zu untersuchen, während sie ihre Gehirne in einer funktionellen Magnetresonanz-Bildgebungs-Maschine (fMRT) scannten.

Die folgenden Clips sind aufgeschnittene Aufnahmen der deutschen Sprache, die den Teilnehmern der Gehirn-Scan-Maschine wieder zusammengesetzt und abgespielt wurden, um zu untersuchen, wie das Gehirn die Laute der Sprache verarbeitet:

Credit: Tobias Overath, Duke Universität

Das Team theoretisierte, dass Gehirnbereiche, die an der Klangverarbeitung beteiligt sind, größere Reaktionen auf Sprachsteppdecken zeigen, die aus längeren Segmenten bestehen.

Die Theorie erwies sich als halbwegs korrekt - eine Region des Gehirns, die als superior temporal Sulcus (STS) bezeichnet wurde, wurde während der 480- und 960-Millisekunden-Steppdecken im Vergleich zu den 30-Millisekunden-Steppdecken hochaktiv. Im Gegensatz dazu änderten andere Bereiche des Gehirns, die an der Klangverarbeitung beteiligt sind, ihre Reaktion nicht aufgrund der Unterschiede in den Klangsteppdecken.

"Das war ziemlich aufregend. Wir wussten, dass wir auf etwas waren", kommentiert Overath, der auch Mitglied des Duke Institute for Brain Sciences ist.

Die STS-Hirnregion wird als integrierende auditorische und andere sensorische Information erkannt. Bisherige Studien haben jedoch nicht gezeigt, dass STS empfindlich auf Zeitstrukturen in der Sprache reagieren.

STS reagiert nicht auf Quilting-Manipulation, die auf Steuergeräusche angewendet wird

Um zu testen, ob die Aktivierung der STS auf Zeitstrukturen zurückzuführen ist und andere Erklärungen auszuschließen, testeten die Forscher zahlreiche Kontrollgeräusche, die sie zur Nachahmung von Sprache erzeugten.

Von den drei synthetischen Klängen, die sie kreierten und testeten, teilte die erste die Frequenz der Sprache, aber ihre Rhythmen fehlten, die zweite hatte die Tonhöhe von der Sprache entfernt und die dritte verwendete Umgebungsgeräusche.

Jeder der Kontrollsounds wurde in Stücke von 30 oder 960 Millisekunden zerhackt und als Quilts wieder zusammengesetzt, bevor sie den Teilnehmern vorgespielt wurden.

Im Gegensatz zu der Antwort auf die Sprachsteppdecken reagierte der STS nicht auf die Quiltmanipulation, wenn er auf die Kontrollgeräusche angewendet wurde.

Overath sagt:

"Wir haben sehr viel unternommen, um sicher zu sein, dass der Effekt, den wir in STS sahen, auf sprachspezifischer Verarbeitung und nicht auf einer anderen Erklärung beruhte, zum Beispiel Tonhöhe im Ton oder ein natürlicher Klang im Gegensatz zu einigen computergenerierter Sound. "

Zukünftige Forschung für die Gruppe wird untersuchen, ob die STS-Antwort für ausländische Sprache, die phonetisch unähnlich zu Englisch ist, ähnlich wie Mandarin oder Quilts vertrauten Sprache, die verständlich ist und Bedeutung hat.

Das Team erwartet, dass vertraute Sprache zu einer stärkeren Aktivierung auf der linken Seite des Gehirns führen kann, von der angenommen wird, dass sie in der Verarbeitungssprache dominant ist.

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