Sprache · Stimme · Gehör 2005; 29(3): 112-120
DOI: 10.1055/s-2005-873118
Schwerpunktthema
© Georg Thieme Verlag KG Stuttgart · New York

Neurobiologische Grundlagen der Sprachlautwahrnehmung: Klinische und funktionell-bildgebende Befunde

Neurobiological Basis of Speech Sound Perception: Clinical and Functional Imaging DataH. Ackermann1 , I. Hertrich1 , K. Mathiak1 , 2
  • 1Abteilung Allgemeine Neurologie, Hertie Institut für Klinische Hirnforschung, Universität Tübingen
  • 2Klinik für Psychiatrie und Psychotherapie, Rheinisch-Westfälische Technische Hochschule Aachen
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Publikationsverlauf

Publikationsdatum:
29. September 2005 (online)

Zusammenfassung

Ein klassischer Lehrsatz der klinischen Neurologie behauptet eine weitgehend bilateral-symmetrische Verarbeitung der linguistischen „information bearing elements” des akustischen Sprachsignals im Bereich des auditiven Kortex, d. h. eine Bindung der auditiven Ebene der Sprachwahrnehmung an beide Hirnhälften. Neuere klinische, psychoakustische und funktionell-bildgebende Befunde erfordern jedoch in wenigstens zwei Hinsichten eine Erweiterung dieses Modells:

(a) Zumindest Plosiv-Vokal Verbindungen, die häufigsten Silbenstrukturen überhaupt und die ersten linguistischen Einheiten, die im Verlauf der psychomotorischen Entwicklung eines Menschen erworben werden, weisen eine effizientere - wenn auch nicht exklusive - Enkodierung im Bereich der Sprach-dominanten Hirnhälfte auf.

(b) Unter spezifischen Bedingungen scheinen neben dem Temporallappen auch inferior-dorsolaterale Anteile des linken Frontalhirns und die rechte Kleinhirnhemisphäre an der Sprachlautwahrnehmung beteiligt zu sein.

Einige Befunde weisen darauf hin, dass die Lateralitätseffekte der Sprachlautwahrnehmung sowohl auf der Ebene des Temporallappens als auch fronto-zerebellärer Strukturen domänübergreifende (nicht-modulare) Operationen widerspiegeln. Vor diesem Hintergrund könnten Asymmetrien zentral-auditiver Verarbeitung über einen „Schneeballeffekt” zu den Lateralitätseffekten nachgeordneter kognitiver Aspekte der Sprachverarbeitung geführt haben. Mit anderen Worten: Das Wortformlexikon hat sich im Bereich derjenigen Hirnhälfte angesiedelt, die auch eine effizientere Analyse der „information bearing elements” des akustischen Sprachsignals durchführt.

Abstract

In contrast to the anterior and posterior ”language zones” of the perisylvian region (Broca's and Wernicke's area), unilateral lesions of the auditory cortex fail to elicit persistent clinical deficits. But damage to the supratemporal plane of both hemispheres and / or the respective afferent projections may give rise to the syndrome of pure word deafness (impaired auditory speech comprehension, repetition of verbal material as well as writing to dictation concomitant with largely unaffected spontaneous speech production and reading). Based on these findings, a classical tenet of clinical neurology maintains that the processing of the acoustic correlates of spoken speech utterances lacks significant functional asymmetries. However, a variety of more recent clinical, psychoacoustic and functional imaging data suggest a revised model of speech sound encoding:

(a) Stop consonant-vowel syllables show distinct lateralization effects, most presumably, due to an enhanced proficiency of the left hemisphere in the encoding of formant transitions, i.e. rapid shifts of spectral energy distribution.

(b) A right-cerebellar / left-prefrontal network participates in the determination of segment lengths such as word-medial pauses.

In addition, these findings appear to reflect functional asymmetries of temporal resolution or integration mechanisms acting upon speech and non-speech domains. Conceivably, side-differences of general-auditory operations ”snowball” into lateralization effects of higher-order levels of speech perception.

Literatur

  • 1 Liberman A M. Speech: A special code. Cambridge, MA; MIT Press 1996
  • 2 Kuhl P K. Early language acquisition: cracking the speech code. Nature reviews.  Neuroscience. 2004;  5 831-843
  • 3 Jusczyk P W. The discovery of spoken language. Cambridge, MA; MIT Press 1997
  • 4 Ackermann H, Hertrich I, Grodd W. et al . „Das Hören von Gefühlen”: Funktionell-neuroanatomische Grundlagen der Verarbeitung affektiver Prosodie.  Aktuelle Neurologie. 2004;  31 449-460
  • 5 Bregman A S. Auditory scene analysis: The perceptual organization of sound. Cambridge, MA; MIT Press 1990
  • 6 Poeck K. The temporal lobes.  In: (eds): Handbook of clinical neurology
  • 7 Lichtheim L. On aphasia.  Brain. 1885;  7 433-485
  • 8 Lichtheim L. Ueber Aphasie.  Deutsches Archiv für Klinische Medicin. 1885;  36 204-268
  • 9 Kussmaul A. Die Störungen der Sprache: Versuch einer Pathologie der Sprache. 4. Aufl Leipzig; Vogel 1910 (Erstausgabe 1877)
  • 10 Ackermann H, Mathiak K. Symptomatologie, pathologisch-anatomische Grundlagen und Pathomechanismen zentraler Hörstörungen (reine Worttaubheit, auditive Agnosie, Rindentaubheit): eine Literaturübersicht.  Fortschritte der Neurologie und Psychiatrie. 1999;  67 509-523
  • 11 Geschwind N. Disconnexion syndromes in animals and man.  Brain. 1965;  88 237-294, 585 - 644
  • 12 Schacter D L. Priming and multiple memory systems: perceptual mechanisms of implicit memory.  Journal of Cognitive Neuroscience. 1992;  4 244-256
  • 13 Griffiths T D, Warren J D. The planum temporale as a computational hub.  Trends in Neuroscience. 2002;  25 348-353
  • 14 Studdert-Kennedy M, Shankweiler D. Hemispheric specialization for speech perception.  Journal of the Acoustical Society of America. 1970;  48 579-594
  • 15 Ackermann H, Mathiak K, Wildgruber D. et al .Neurobiologische Grundlagen der Sprachlautwahrnehmung: Klinische und funktionell-bildgebende Befunde. In: Müller HM, Rickheit G (Hrsg.) Neurokognition der Sprache. Tübingen; Stauffenburg 2004: 167-189
  • 16 Schwartz J, Tallal P. Rate of acoustic change may underlie hemispheric specialization for speech perception.  Science. 1980;  207 1380-1381
  • 17 Tallal P, Miller S, Fitch R H. Neurobiological basis of speech: a case for the preeminence of temporal processing. In: Tallal P, Galaburda AM, Llinàs RR, von Euler C (eds.) Temporal information processing in the nervous system: Special reference to dyslexia and dysphasia. New York, NY; The New York Academy of Sciences 1993, 27 - 47 (Annals of the New York Academy of Sciences, vol. 682)
  • 18 Krashen S D. Cerebral asymmetry. In: Whitaker H, Whitaker HA (eds.) Studies in neurolinguistics. vol. 2 New York, NY; Academic Press 1976: 157-191
  • 19 Ivry R B, Robertson L C. The two sides of perception. Cambridge, MA; MIT Press 1998
  • 20 Poeppel D. Pure word deafness and the bilateral processing of the speech code.  Cognitive Science. 2001;  25 679-693
  • 21 Näätänen R, Winkler I. The concept of auditory stimulus representation in cognitive neuroscience.  Psychological Bulletin. 1999;  125 826 - 859
  • 22 Ackermann H, Hertrich I, Mathiak K, Lutzenberger W. Contralaterality of cortical auditory processing at the level of the M50/M100 complex and the mismatch field: a whole-head magnetoencephalography study.  NeuroReport. 2001;  12 683-1687
  • 23 Molfese D L, Erwin R J. Intrahemispheric differentiation of vowels: principal component analysis of auditory evoked responses to computer-synthesized vowel sounds.  Brain and Language. 1981;  13 333-344
  • 24 Näätänen R, Lehtokoski A, Lennes M. et al . Language-specific phoneme representations revealed by electric and magnetic brain responses.  Nature. 1997;  385 432-434
  • 25 Shestakova A, Brattico E, Huotilainen M. et al . Abstract phoneme representations in the left temporal cortex: magnetic mismatch negativity study.  NeuroReport. 2002;  13 1813-1816
  • 26 Molfese D L, Schmid A. An auditory evoked potential study of consonant perception in different vowel environments.  Brain and Language. 1983;  18 57-70
  • 27 Molfese D L. Left hemisphere sensitivity to consonant sounds not displayed by the right hemisphere: electrophysiological correlates.  Brain and Language. 1984;  22 109-127
  • 28 Mathiak K, Hertrich I, Lutzenberger W. et al . Preattentive processing of consonant-vowel syllables at the supratemporal plane: a whole-head magnetencephalography study.  Brain Research Cognitive Brain Research. 1999;  8 251-257
  • 29 Mathiak K, Hertrich I, Lutzenberger W. et al . Encoding of temporal speech features (formant transients) during binaural and dichotic stimulus application: a whole-head magnetencephalography study.  Brain Research Cognitive Brain Research. 2000;  10 125-131
  • 30 Hertrich I, Mathiak K, Lutzenberger W. et al . Hemispheric lateralization of the processing of consonant-vowel syllables (formant transitions): effects of stimulus characteristics and attentional demands on evoked magnetic fields.  Neurpsychologia. 2002;  40 1902-1917
  • 31 Ackermann H, Hertrich I, Lutzenberger W. et al .Cerebral organization of speech sound perception: Hemispheric lateralization effects at the level of the supratemporal plane, the inferior dorsolateral frontal lobe and the cerebellum. In: König R, Heil P, Budinger E, Scheich H (eds) The auditory cortex: A synthesis of human and animal research. Mahwah, NJ; Erlbaum 2005: 181-200
  • 32 Vihla M, Lounasmaa O V, Salmelin R. Cortical processing of change detection: dissociation between natural vowels and two-frequency complex tones.  Proceedings of the National Academy of Sciences USA. 2000;  97 10 590-10 594
  • 33 Jäncke L, Wüstenberg T, Scheich H. et al . Phonetic perception and the temporal cortex.  NeuroImage. 2002;  15 733-746
  • 34 Ojemann G A. Brain organization for language from the perspective of electrical stimulation mapping.  Behavioral and Brain Sciences. 1983;  6 189-230
  • 35 Blumstein S E, Baker E, Goodglass H. Phonological factors in auditory comprehension in aphasia.  Neuropsychologia. 1977;  15 19-29
  • 36 Blumstein S E, Cooper W E, Zurif E B. et al . The perception and production of voice-onset time in aphasia.  Neuropsychologia. 1977;  15 371-383
  • 37 Poeppel D. A critical review of PET studies of phonological processing.  Brain and Language. 1996;  55 317-351
  • 38 Fiez J A, Raichle M E, Miezin F M,. et al . PET studies of auditory and phonological processing: effects of stimulus characteristics and task demands.  Journal of Cognitive Neuroscience. 1995;  7 357-375
  • 39 Burton M W, Small S L, Blumstein S E. The role of segmentation in phonological processing: an fMRI investigation.  Journal of Cognitive Neuroscience. 2000;  12 679-690
  • 40 Ackermann H, Daum I. Neuropsychological deficits in cerebellar syndromes. In: Bédard MA, Agid Y, Chouinard S, Fahn S, Korczyn AD, Lespérance P (eds) Mental and Behavioral Dysfunction in Movement Disorders. Totowa, NJ; Humana Press 2003: 147-156
  • 41 Ackermann H, Mathiak K, Ivry R B. Temporal organization of „internal speech” as a basis for cerebellar modulation of cognitive functions.  Behavioral and Cognitive Neuroscience Reviews. 2004;  3 14-22
  • 42 Mathiak K, Hertrich I, Grodd W. et al . Cerebellum and speech perception: a functional magnetic resonance imaging study.  Journal of Cognitive Neuroscience. 2002;  14 902-912
  • 43 Mathiak K, Hertrich I, Grodd W. et al . Discrimination of temporal information at the cerebellum: functional magnetic resonance imaging of nonverbal auditory memory.  NeuroImage. 2004;  21 154-162

1 Detaillierte Literaturangaben zu diesem Abschnitt, finden sich in [10].

2 Die sich über einen Zeitraum von Jahrzehnten erstreckenden Arbeiten von A. Liberman werden nach einem im Jahre 1996 erschienenen Sammelband zitiert (ausführliche Darstellung in [15]).

Prof. Dr. Hermann Ackermann, MA

Abteilung Allgemeine Neurologie

Hertie Institut für Klinische Hirnforschung

Universität Tübingen

Hoppe-Seyler-Str. 3

72076 Tübingen

eMail: hermann.ackermann@uni-tuebingen.de