Neurophonetik und translationale Neurorehabilitation

Die Forschungsgruppe Neurophonetik and Translationale Neurorehabilitation basiert auf einem Kooperationsvertrag zwischen der Universität Tübingen und den Fachkliniken Hohenurach. Die Projekte dieser Arbeitsgruppe befassen sich hauptsächlich mit den neuronalen Grundlagen der sprachlichen Kommunikation unter Berücksichtigung klinischer Untersuchungen, psycholinguistischer Experimente und bildgebend-neurowissenschaftlicher Studien... mehr Info

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1. Perzeption beschleunigter Sprache bei blinden Versuchspersonen


Während die normale Sprechgeschwindigkeit bei ca. 5 Silben/Sekunde liegt, können Blinde lernen, beschleunigte synthetische Sprachäußerungen bis zu einer Rate von über 20 Silben/Sekunde zu verstehen. In einem seit mehreren Jahren von der Deutschen Forschungsgemeinschaft geförderten Projekt (AC 55/9-1, HE 1573/6-2) wurde ausgehend von einer Einzelfallbeschreibung (Hertrich et al., Neurocase 2009;15:163) zunächst eine Gruppenstudie durchgeführt, die unter Verwendung von funktionell-bildgebenden Methoden das zerebrale Netzwerk hämodynamischer Aktivierung unter Applikation ultraschneller Sprache bei blinden und sehgesunden Individuen darzustellen versuchte. Es zeigten sich unter anderem signifikante „responses“ im Bereich des visuellen Kortex der rechten Hemisphäre, des Pulvinar und der „pre-supplementary motor area“ (pre-SMA) (Dietrich et al., BMC Neurosci 2013;14:74; Dietrich et al., PLoS ONE 2015;10:e0132196). Passend dazu konnte in MEG-Ableitungen eine rechts-okzipitale Signalkomponente dokumentiert werden, die ein „phase-locking“ zum akustischen Sprachsignal aufwies (Hertrich et al., Brain Lang 2013;124:9). Auf der Basis dieser Ergebnisse wurde das Modell einer "visuellen Strategie" der auditiven Sprachverarbeitung bei blinden Probanden aufgestellt: Es wird angenommen, dass die visuelle Hirnrinde über eine subkortikale audiovisuelle Schnittstelle ein afferentes auditorisches Timing-Signal erhält, das dann zur pre-SMA weitergeleitet wird (Hertrich et al., Front Psychol 2013;4:530). Auf der Grundlage dieses Netzwerks könnte ein silbisches "event recording" dazu herangezogen werden, segmental-phonetische Repräsentationen des links-frontalen Sprachgenerierungs-Netzwerks mit dem Silbenrhythmus des einkommenden Sprachsignals zu synchronisieren. Diese Analysen wurden erweitert durch (i) ein Lernexperiment bei blinden, sehbehinderten und sehgesunden Probanden (Dietrich et al., Front Hum Neurosci 2013;7:701; Dietrich et al., PLoS ONE
 2015;10:e0122863).

2. Sprech- und Stimmstörungen bei Kleinhirnerkrankungen


Kleinhirnläsionen und –erkrankungen können zu einem distinkten Syndrom an Sprech- und Stimmstörungen führen, das als ataktische Dysarthrie bezeichnet wird. In Zusammenarbeit mit der Arbeitsgruppe Schöls wurde der Frage nachgegangen, ob sich bei den einzelnen Varianten spinozerebellärer Ataxien (SCA) Subtypen einer ataktischen Dysarthrie unterscheiden lassen, abhängig davon, welche Komponenten des Kleinhirns bevorzugt von dem zugrundeliegenden neurodegenerativen Prozess betroffen sind (herangezogen wurden bislang Probanden mit Friedreich’scher Ataxie sowie SCA3 und SCA6). Unter anderem zeigte sich, dass bei Friedreich-Patienten zwei dysarthrische Merkmale , nämlich herabgesetztes Sprechtempo und Stimmunregelmäßigkeiten, mit dem Ausmaß der Ataxie in anderen motorischen Domänen korrelieren (Brendel et al., Cerebellum 2013;12:475), während bei Individuen, die an anderen Formen einer spinozerebellären Ataxie litten, artikulatorische Beeinträchtigungen einen Prädiktor des Schweregrades der Koordinationsstörungen darstellen (Brendel et al., J Neurol 2015;262:21).

 

3. Verarbeitung von Präsuppositionen in Satzäusserungen


In Koopertion mit dem Sonderforschungsbereich 833 "Bedeutungskonstitution – Dynamik und Adaptivität sprachlicher Strukturen" wurde eine magnetenzephalographische (MEG) Studie durchgeführt (Hertrich et al., Brain Lang 2015;149:1), die zeigen konnte, dass die Einbettung einer lautsprachlichen Äußerung in einen Kontext signifikante Effekte hat auf die MEG-Signale während der Sprachperzeption. Die Erfülltheit oder Nichterfülltheit von Präsuppositionen im Testsatz durch einen vorausgehenden Kontextsatz korrelierte mit frühen auditorischen Antworten auf die Silben-onsets mit einer Latenz von 70-200 ms. Zusätzlilch zeigten sich auch grossflächige Suppressions-Effekte in der Amplitude von Alpha-Wellen, die vermutlich als Korrelat eines kognitiven Loads angesehen werden können.

 

4. Theoretische Arbeiten


a) Akustische Kommunikation in komparativer Perspektive (menschliche und nicht-menschliche Primaten)

Gesprochene Sprache stellt ein exklusives Verhaltensmerkmal des Menschen dar und muss unter anderem als eine notwendige Bedingung unserer artspezifischen kumulativen Kulturentwicklung eingestuft werden. Vor diesem Hintergrund gilt, dass „any account of what is special about the human brain must specify the neural bases of our unique trait of articulate speech – and the evolution of these remarkable skills in the first place” (siehe Passingham 2008). In Zusammenarbeit mit dem Primaten-Neurobiologen Steffen Hage, Universität Tübingen, und dem Neurolinguisten Wolfram Ziegler, LMU München (siehe unten: Kooperationspartner), wurde ein Zwei-Stufen-Modell der phylogenetischen Entwicklung der Sprechmotorik vorgestellt, das auf eine herausragende Rolle der Basalganglien in diesem Zusammenhang hinweist (Ackermann et al., Behav Brain Sci. 2014; 37:529; veröffentlicht zusammen mit 30 „open peer commentaries“ und einer „authors“ response“).

b) Die Rolle der Supplementary motor area (SMA) bei der Sprachverarbeitung

Die SMA , mesiofrontal vor dem motorischen Kortex, besteht aus einer posterioren Region, die hauptsächlich der motorischen Kontrolle dient (SMA proper) während der anteriore Teil (pre-SMA) mehr an Mechanismen der kognitiven Kontrolle beteiligt ist. Beide Teile der SMA spielen für die Sprachverarbeitung eine wichtige Rolle, obwohl sie traditionell nicht zu den Sprachverarbeitungszentren im engeren Sinne zählen. Wesentliche Kontrollfunktionen der SMA proper sind Initiierung und Timing der Artikulation, während der pre-SMA übegeordnete Kontrollfunktionen zukommen, z.B. für semantisches Monitoring, lexikalische Disambiguierung und kognitives Switching (Hertrich et al., Neurosci Biobehav Rev 2016;68:602).

Anschließend an diese Überlegungen ist zur Zeit ein Projekt in Vorbereitung, in dem untersucht wird, inwieweit das Verständnis beschleunigter Sprache durch virtuelle Läsionen (Theta-burst Magnetstimulation) der SMA proper und der SMA proper differentiell beeinträchtigt wird.

 

 

 

 


 
Name
Arbeitsgruppe
Telefon
E-Mail
Prof. Dr. Hermann Ackermann
Prof. Dr. Hermann Ackermann Research Group Leader
Neurophonetics
07071 29-87529 
 Bettina Brendel
Bettina Brendel
Neurophonetics
 
 Susanne Dietrich
Susanne Dietrich
Neurophonetics
 
 Ingo Hertrich
Ingo Hertrich
Neurophonetics
 

2016

 

Hertrich I, Dietrich S, Ackermann H. The role of the supplementary motor area for speech and language processing. Neurosci Biobehav Rev 2016;68:602-610.

 

2015

 

Dietrich S, Hertrich I, Ackermann H. Network Modeling for Functional Magnetic Resonance Imaging (fMRI) Signals during Ultra-Fast Speech Comprehension in Late-Blind Listeners. PLoS ONE 2015;10:e0132196.

Dietrich S, Hertrich I, Kumar V, Ackermann H. Experience-Related Structural Changes of Degenerated Occipital White Matter in Late-Blind Humans – A Diffusion Tensor Imaging Study. PLoS ONE. 2015;10:e0122863.

Hertrich I, Kirsten M, Tiemann S, Beck S, Wühle A, Ackermann H, Rolke B. Context-dependent impact of presuppositions on early magnetic brain responses during speech perception. Brain Lang 2015;149:1-12.

 

2014

 

Marien P, Ackermann H, Adamaszek M, Barwood CHS, Beaton A, Desmond J, et al. Consensus paper: Language and the cerebellum - an ongoing enigma. Cerebellum 2014;13:386-410.

Ackermann H, Hage SR, Ziegler W. Brain mechanisms of acoustic communication in humans and nonhuman primates: An evolutionary perspective. Behav Brain Sci 2014;37:529-546.

 

2013

 

Dietrich S, Hertrich I, Ackermann H. Ultra-fast speech comprehension in blind subjects engages primary visual cortex, fusiform gyrus, and pulvinar -- a functional magnetic resonance imaging (fMRI) study. BMC Neurosci 2013;14:74.

Hertrich I, Dietrich S, Ackermann H. Tracking the speech signal: Time-locked MEG signals during perception of ultra-fast and moderately fast speech in blind and in sighted listeners. Brain Lang 2013;124:9-21.

 

2012

 

Lidzba K, Staudt M, Zieske F, Schwilling E, Ackermann H. Prestroke/poststroke fMRI in aphasia: Perilesional hemodynamic activation and language recovery. Neurology 2012;78:289-291.

Dietrich S, Hertrich I, Riedel A, Ackermann H. Brief report: Impaired differentiation of vegetative/affective and intentional nonverbal vocalizations in a subject with Asperger Syndrome (AS). J Autism Dev Disord 2012;42:2219-2224.

 

2011

 

Hertrich I, Dietrich S, Ackermann H. Cross-modal interactions during perception of audiovisual speech and nonspeech signals: An fMRI study. J Cogn Neurosci 2011;23:221-237. 

 

2010

 

Ackerman H, Ziegler W. Brain mechanisms underlying speech motor control. In: Hardcastle WJ, Laver J, Gibbon FE (eds). The Handbook of Phonetic Sciences, 2nd ed. Wiley-Blackwell, Malden/MA 2010:202-250.

Brendel B, Hertrich I, Erb M, Lindner A, Riecker A, Grodd W, Ackermann H. The contribution of mesiofrontal cortex to the preparation and execution of repetitive syllable productions: An fMRI study. NeuroImage 2010;50:1219-1230.

Ackermann H, Riecker A. The contribution(s) of the insula to speech production: A review of the clinical and functional imaging literature. Brain Struct Funct 2010;214:419-433.

 

2009

 

Steinbrink C, Ackermann H, Lachmann T, Riecker A. Contribution of the anterior insula to temporal auditory processing deficits in developmental dyslexia. Hum Brain Mapp 2009;30:2401-2411.

Hertrich I, Mathiak K, Lutzenberger W, Ackermann H. Time course of early audiovisual interactions during speech and nonspeech central auditory processing: A magnetoencephalography study. J Cogn Neurosci 2009;21:259-274.

 

2008

 

Ackermann H. Cerebellar contributions to speech production and speech perception: Psycholinguistic and neurobiological perspectives. Trends Neurosci 2008;31:265-272.

Sidiropoulos K, de Bleser R, Ackermann H, Preilowski B. Pre-lexical disorders in repetition conduction aphasia. Neuropsychologia 2008;46:3225-3238.

Kooperationspartner in Tübingen


Sigrid Beck
English Department, Faculty of Humanities, University of Tuebingen 

Steffen R. Hage
Werner Reichardt Centre for Integrative Neuroscience and Department of Biology, University of Tuebingen

Gerhard Jäger
Department of Linguistics, Faculty of Humanities, University of Tuebingen

Bettina Rolke
Department of Psychology, Faculty of Science, University of Tuebingen

 

Nationale Partner 


Jürgen Trouvain
Computational Linguistics and Phonetics, Saarland University, Saarbrücken

Hubert Truckenbrodt
Centre for General Linguistics, Humbold-University Berlin

Wolfram Ziegler
Institute of Phonetics and Speech Processing, Ludwig-Maximilians-University Munich

Andreas Riedel
Department of Psychiatry and Psychotherapy, University of Freiburg

Vinod Kumar
Department of Psychiatry, Psychotherapy and Psychosomatics, University Hospital, RWTH, Aachen University

 

Internationale Partner


Martin J. Ball
IKE / Enheten för Logopedi, Linköping University, Linköping, Sweden

William Idsardi
Department of Linguistics, University of Maryland, College Park, MD, USA

Serge Pinto
Brain & Language Research Institute, LPL - CNRS & Universite d'Aix-Marseille, Aix-en-Provence, France

Forschungsgruppenleitung
Prof. Hermann Ackermann hermann.ackermann(at)uni-tuebingen.de Anschrift

Zentrum für Neurologie
Hertie-Institut für klinische Hirnforschung
Abteilung Neurologie mit Schwerpunkt neurovaskuläre Erkrankungen

Hoppe-Seyler-Straße 3
72076 Tübingen
 
Tel.:  +49 (0)7125-1511161