Extraktion und Analyse schneller akustischer Informationen in einem erweiterten kortiko-subkortikalen Sprachnetzwerk

Einleitung: Im Sprachsignal enthaltene Informationen ergeben sich aus der zeitlichen Abfolge und veränderlichen Zusammensetzung akustischer Parameter (Frequenz, Amplitude). Die Erfassung segmentaler Informationen (Lautebene) erfordert eine zeitlich hochaufgelöste Analyse dieser Parameter (z.B. in Formantenübergängen). Das Asymmetric Sampling in Time (AST) Modell [1] ist ein neurofunktionelles Konzept der Extraktion sprachlicher Informationen, nach dem die linke Hemisphäre bevorzugt Parameter, die sich in kurzen Zeitfenstern (20 – 40 ms) ändern erfasst. Bei der Verarbeitung nicht sprachlicher Stimuli erklärt das AST die Beobachtung, dass Patienten mit links temporalen Läsionen Defizite bei der Benennung schneller Tonfolgen und Unterscheidung von Mikropattern (MP, als Einheit wahrgenommene Stimuli, deren interne Struktur durch die zeitliche Abfolge eines schnellen Tonpaares bestimmt wird) zeigen [2]. Forschungsgegenstand waren die Verarbeitung schneller akustischer Informationen und klinisch anatomische Zusammenhänge von Läsion und Verarbeitungsdefizit. Im Fokus stand die Einbindung des Kleinhirns in einem postulierten kortiko-subkortikalen Netzwerk, in welchem eine kortiko-parallele Informationenverarbeitung stattfindet, die im Sinne eines Vorwärtsmodells, eine Vorhersage kognitiver Verarbeitungsprozesse zulässt [3].

Methode: Untersucht wurden 12 rechtshändige Kontrollen und Patienten mit links temporoparietalen Läsionen. Die kürzeste Stimulus Onset Asynchronität (SOA, zeitlich versetzter Beginn mit dem zwei Töne präsentiert werden) für die Benennung von Tonsequenzen und Unterscheidung von MP (Hirsh Sherrick Schwelle, HSS), sowie die Unterscheidbarkeit von Lautpaaren wurden erfasst. Eine läsionsbasierte Subtraktionsanalyse wies funktionskritische Hirnregionen nach, die als Seed für eine Konnektivitätsanalyse entlang von Faserverbindungen (probabilistische Traktografie) dienten.

Ergebnis: Für die HSS zeigte die Patientengruppe sig. längere SOAs für Sequenzbenennung und MP Unterscheidung als die Kontrollgruppe (U-Test: p= 0,02). Die Zahl korrekt unterschiedener Lautpaare für den phonemischen Kontrast Artikulationsort korrelierte invers mit der HSS für die Benennung/Unterscheidung einer Tonsequenz (r_s=-0,4, p = 0,04/r_s=-0,6, p = 0,002). Die Subtraktionsanalyse ergab eine funktionskritische Hirnregion im Bereich der weiße Substanz (WM) des posterioren Gyrus temporalis medius (pMTG), post. Sulcus temporalis superior (pSTS) und G. angularis (AG). Ausgehend von dieser Region konnten ipsilaterale temporofrontale Konnektivitäten entlang des Fasciculus arcuatus, des Fasc. longitudinalis inferior und subkortikale Konnektivitäten über den Tractus temporopontinus in das Kleinhirn gezeigt werden.

Diskussion: Ein Zusammenhang zwischen der Verarbeitung schneller nicht sprachlicher und sprachlicher Stimuli konnte gezeigt werden. Entgegen der im AST postulierten Repräsentation schneller akustischer Information im STG, befand sich die funktions-kritische Hirnregion im Bereich der WM des pMTG, pSTS und AG. Der Traktografiebefund legt nahe, dass die Informationsverarbeitung in einem, über das klassische kortiko-zentrische Sprachnetzwerk hinausgehenden, erweiterten kortiko-subkortikalen Netzwerk stattfindet. Das Ergebnis ist vereinbar mit der Annahme, dass insbesondere die Codierung der zeitlichen Struktur eines akustischen Signals in diesem Netzwerk die parallele Informationsverarbeitung begünstigt [4].

Literatur:

[1] Poeppel D. Speech Commun, 41: 245 – 55 (2003).

[2] Efron R. Brain, 86: 403 – 24 (1963).

[3] Ramnani N. Nat Rev Neurosci, 7(7):511 – 22 (2006).

[4] Kotz SA, Schwartze M. Trends Cogn Sci, 14(9):392 – 9 (2010).