Ein neuronales Modell zur sensomotorischen Entwicklung des Sprechens

Zusammenfassung

Hintergrund: Die detaillierte Kenntnis der Neurophysiologie des Spracherwerbs ist wichtig für das Verständnis der Sprachentwicklung und seiner evtl. auftretenden Störungen. Methode: Es wurde ein computerimplementiertes neuronales Modell zur Sensomotorik des Sprechens entwickelt, das in der Lage ist, die neuronale Funktion unterschiedlicher kortikaler Areale beim Sprechen detailliert darzustellen. Ergebnisse: (i) Zwei sensorische und zwei motorische Repräsentationen und zugehörige neuronale Abbildungen (Projektionen) bilden die sensomotorische Rückmeldesteuerung. Diese Repräsentationen und Abbildungen werden bereits während der prälinguistischen Phase des Spracherwerbs ausgebildet und trainiert. (ii) Im Zentrum der linguistischen Phase des Spracherwerbs steht der Aufbau lexikalischer Laut-, Silben- und Wortrepräsentation und das Training der Abbildungen vom Lexikon zur Sensorik und Motorik. Dies stellt den Aufbau der sensomotorischen Vorwärtssteuerung dar. (iii) Drei prälinguistische Lernphasen - stumme Artikulation, quasistationäre vokalische Artikulation und die Realisierung artikulatorischer Protogesten - können anhand der mit dem Modell durchgeführten Simulationsstudien definiert und in Relation zu den zeitlichen Phasen des Spracherwerbs gestellt werden. Schlussfolgerungen: Das neuronale Modell gibt Aufschluss über die detaillierte Funktion bestimmter kortikaler Areale beim Sprechen. Insbesondere kann gezeigt werden, dass Sprachentwicklungsstörungen bereits durch einen verzögerten oder gestörten Verlauf einer der hier definierten prälinguistischen Lernphasen entstehen können.

Abstract

Background: Detailed knowledge of the neurophysiology of speech acquisition is important for understanding the developmental aspects of speech perception and production and for understanding developmental disorders of speech perception and production. Method: A computer implemented neural model of sensorimotor control of speech production was developed. The model is capable of demonstrating the neural functions of different cortical areas during speech production in detail. Results: (i) Two sensory and two motor maps or neural representations and the appertaining neural mappings or projections establish the sensorimotor feedback control system. These maps and mappings are already formed and trained during the prelinguistic phase of speech acquisition. (ii) The feedforward sensorimotor control system comprises the lexical map (representations of sounds, syllables, and words of the first language) and the mappings from lexical to sensory and to motor maps. The training of the appertaining mappings form the linguistic phase of speech acquisition. (iii) Three prelinguistic learning phases - i. e. silent mouthing, quasi stationary vocalic articulation, and realisation of articulatory protogestures - can be defined on the basis of our simulation studies using the computational neural model. These learning phases can be associated with temporal phases of prelinguistic speech acquisition obtained from natural data. Conclusions: The neural model illuminates the detailed function of specific cortical areas during speech production. In particular it can be shown that developmental disorders of speech production may result from a delayed or incorrect process within one of the prelinguistic learning phases defined by the neural model.

Schlüsselwörter

Sprechen - Sprachproduktion - Sensomotorik - Spracherwerb - zerebraler Kortex - neuronales Modell - neuronales Lernen - Sprachentwicklungsstörung

Key words

speech - speech production - sensorimotor control - speech acquisition - cerebral cortex - neural model - neural learning - disorders of speech production

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