Perzeption von Sprache mit normaler und ultra-schneller Silbenrate - funktionale Neuroplastizität bei Blinden im Vergleich zum normalen Sprachverarbeitungs-Netzwerk

• Antragsteller: Professor Dr. Ingo Hertrich
• Fachliche Zuordnung: Kognitive und systemische Humanneurowissenschaften ; Augenheilkunde ; Klinische Neurologie; Neurochirurgie und Neuroradiologie
• Förderung: Förderung von 2010 bis 2017
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 165013256

• Erstellungsjahr: 2017

Zusammenfassung der Projektergebnisse

Ausgangspunkt für das Gesamtprojekt war eine Einzelfallstudie an einer blinden Versuchsperson, die im Zusammenhang mit der Perzeption ultra-schneller Sprache signifikante Aktivierungen im visuellen Cortex zeigte. Eine bereits laufende Gruppenstudie zur Perzeption ultra-schneller Sprache an blinden (keine Geburtsblinden, sondern später Erbindete) und sehenden Versuchspersonen wurde fortgeführt und - in Kooperation mit der Augenklinik der Universität Tübingen - eine Trainings Studie begonnen, in der die Neuroplastizität beim Lernen der Perzeption ultra-schneller Sprache untersucht wurde. Diese Trainingsstudie wurde weitergeführt. Die Ergebnisse des Gesamtprojekts konnten eine Hypothese bestätigen, nach der blinde Versuchspersonen beim Hören beschleunigter Sprache ihren visuellen Cortex nutzen um die Zeitauflösung für den Silbenrhythmus des perzipierten Sprachsignals zu verbessern. Dabei scheint die Aktivität von Teilen des rechten primären visuellen Cortex in ein Netzwerk eingebunden zu sein, das afferente auditorische Signale über eine subkortikale audiovisuelle Schnittstelle, das Pulvinar und Teile der sekundären, nicht-bildkodierenden Sehbahn zum Occipitalhirn leitet. Neben fMRI-Aktivierungemustern wurden weitere Indizien für dieses Netzwerk gefunden: in funktionalen Konnektivitätsmustern (dynamic causal modeling, DCM), strukturellen white-matter Veränderungen (diffusion tensor imaging, DTI) im Bereich des Thalamus und der Sehbahn und im Magnetenzephalogramm (MEG) in Form von Phase locking der magnetischen Gehirnaktivität im Occipitalhirn mit den Silben-Onsets im akustischen Sprachsignal. Weitere Ergebnisse des Projekts betreffen die Rolle der pre-SMA bei der Rezeption beschleunigter Sprache, die vermutlich darin besteht, das ankommende Signal mit der Aktivität der frontalen Sprachgenerierungsmechanismen zu koordinieren, damit u.a. prädiktive (top-down generierte) verbale Information mit dem ankommenden Sprachsignal synchronisiert wird. Dieser Aspekt berührt allgemeine Mechanismen der Sprachverarbeitung im Sinne einer Perception-Action-Loop, sowohl bei Blinden als auch bei Sehenden.

Projektbezogene Publikationen (Auswahl)

• (2012). Magnetic brain activity phase-locked to the envelope, the syllable onsets, and the fundamental frequency of a perceived speech signal. Psychophysiology, 49(3), 322-334
  Hertrich, I., Dietrich, S., Trouvain, J., Moos, A., & Ackermann, H.
  
• (2013). How can audiovisual pathways enhance the temporal resolution of time-compressed speech in blind subjects? Frontiers in Psychology, 4, 530
  Hertrich, I., Dietrich, S., & Ackermann, H.
  
• (2013). Tracking the speech signal – Time-locked MEG signals during perception of ultra-fast and moderately fast speech in blind and in sighted listeners. Brain and Language, 124(1), 9-21
  Hertrich, I., Dietrich, S., & Ackermann, H.
  
• (2013). Training of ultra-fast speech comprehension induces functional reorganization of the central-visual system in late-blind humans. Frontiers in Human Neuroscience, 7, 701
  Dietrich, S., Hertrich, I., & Ackermann, H.
  
• (2013). Ultra-fast speech comprehension in blind subjects engages primary visual cortex, fusiform gyrus, and pulvinar -- a functional magnetic resonance imaging (fMRI) study. BMC Neurosci, 14(1), 74
  Dietrich, S., Hertrich, I., & Ackermann, H.
  
• (2015). Experience-Related Structural Changes of Degenerated Occipital White Matter in Late-Blind Humans – A Diffusion Tensor Imaging Study. PLoS ONE, 10(4), e0122863
  Dietrich, S., Hertrich, I., Kumar, V., & Ackermann, H.
  
• (2015). Network Modeling for Functional Magnetic Resonance Imaging (fMRI) Signals during Ultra-Fast Speech Comprehension in Late-Blind Listeners. PLoS ONE, 10(7), e0132196
  Dietrich, S., Hertrich, I., & Ackermann, H.
  
• (2016). The role of the supplementary motor area for speech and language processing. Neuroscience & Biobehavioral Reviews, 68, 602-610
  Hertrich, I., Dietrich, S., & Ackermann, H.