Die Rolle von langreichweitiger Hirnkonnektivität für die menschliche Sprachverarbeitung

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Fred Henrik Hamker; Professor Dr. Thomas Knösche; Professor Dr. Tilo Schwalger
• Fachliche Zuordnung: Kognitive und systemische Humanneurowissenschaften ; Experimentelle und theoretische Netzwerk-Neurowissenschaften
• Förderung: Förderung seit 2025
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 550758043

Hochentwickelte Sprachfähigkeiten sind nur dem Menschen eigen. Es gibt Hinweise darauf, dass die makroskopischen und mikroskopischen Eigenschaften der weitreichenden Faserverbindungen, insbesondere zwischen dem Broca-Areal und parietalen und temporalen Regionen, für diese Fähigkeiten von Bedeutung sind. Wir wissen auch, dass der Informationsfluss vom und zum Broca-Areal mit den Sprachfähigkeiten und deren Erwerb zusammenhängt. Obwohl der genaue Mechanismus dieser Beziehung nicht klar ist, können wir davon ausgehen, dass an der Sprachverarbeitung miteinander vernetzte Areale im gesamten Gehirn beteiligt sind, von denen viele eine erhebliche Spezialisierung aufweisen. Innerhalb dieses Netzwerks kodiert eine große Anzahl von Wortnetzen (word webs) den Wortschatz. Während des Satzverständnisses werden die Wortnetze synchron aktiviert und durchlaufen syntaktische Verschmelzungsoperationen, die eine hierarchische Syntaxverarbeitung implementieren. Um wirklich zu verstehen, wie die Sprachverarbeitung mit den oben genannten strukturellen Merkmalen zusammenhängt, muss ein Modell des ganzen Hirns erstellt werden, das auf realistischen Dynamiken und Netzwerkarchitekturen basiert. Ziel dieses Projekts ist es, wichtige spezifisch menschliche Sprachoperationen mit strukturellen Merkmalen zu verknüpfen, die den Menschen von seinen engsten Verwandten unterscheiden, d. h. umfangreiche Verbindungen zwischen Frontal-, Parietal- und Temporallappen. Wir stellen die Hypothese auf, dass ein neuronaler Code, der auf Theta-Gamma-Kopplung und Attraktor-Dynamik basiert, die Aktivierung von Wortnetzen sowie Verschmelzungs- und Strukturbildungsoperationen ermöglicht. Wir gehen außerdem davon aus, dass die fronto-parieto-temporalen Verbindungen für diesen Prozess von besonderer Bedeutung sind, und versuchen, die spezifischen Rollen ihrer strukturellen Merkmale, wie Myelinisierung, Faseranzahl und Faserdurchmesserverteilung, zu erhellen. Ein Sprachverständnisexperiment wird umfangreiche Verhaltensdaten, magnetoenzephalographische Daten und Diffusions-MRT-Daten liefern, die zur Spezifizierung individueller Ganzhirnmodelle verwendet werden. Mithilfe eines neuen Multiskalen-Modellierungsrahmens wird das Netzwerk interagierender Hirnareale durch Mean-Field-Modelle lokaler kortikaler Schaltkreise und langreichweitiger Verbindungen dargestellt, während sprachrelevante Areale feinkörniger als Multi-Attraktor-Netzwerke beschrieben werden. Wir werden untersuchen, wie die vom Modell reproduzierten Sprachoperationen von bestimmten Hirnstrukturparametern abhängen, wobei der Schwerpunkt auf den bereits erwähnten weitreichenden Faserbahnen in der weißen Substanz liegt. Dies wird es uns ermöglichen, spezifische Schlussfolgerungen über die Relevanz der verschiedenen Fasereigenschaften (z.B. Dichte, Durchmesser, Myelinisierung) und der damit verbundenen dynamischen Phänomene (z.B. Verzögerung, Synchronisation, ephaptische Kopplung) für spezifisch menschliche Sprachoperationen zu ziehen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Tschechische Republik
• Partnerorganisation: Czech Science Foundation
• Kooperationspartner: Dr. Helmut Schmidt