Neurolinguïstiek

door Lise Menn

Neurolinguïstiek is de studie van hoe taal in de hersenen wordt gerepresenteerd: dat wil zeggen, hoe en waar onze hersenen onze kennis opslaan van de taal (of talen) die we spreken, begrijpen, lezen en schrijven, wat er in onze hersenen gebeurt als we die kennis verwerven, en wat er gebeurt als we die in ons dagelijks leven gebruiken. Neurolinguïsten proberen vragen als deze te beantwoorden: Wat in onze hersenen maakt menselijke taal mogelijk – waarom is ons communicatiesysteem zo uitgebreid en zo verschillend van dat van andere dieren? Maakt taal gebruik van dezelfde soort neurale berekeningen als andere cognitieve systemen, zoals muziek of wiskunde? Waar in je hersenen bevindt zich een woord dat je geleerd hebt? Hoe komt een woord ‘in je op’ als je het nodig hebt (en waarom komt het soms niet in je op?)

Als je twee talen kent, hoe schakel je dan tussen die twee en hoe voorkom je dat ze elkaar in de weg zitten? Als je vanaf je geboorte twee talen leert, hoe verschillen je hersenen dan van die van iemand die maar één taal spreekt, en waarom? Is de linkerkant van je hersenen echt ‘de taalkant’? Als je door een beroerte of ander hersenletsel het vermogen verliest om te praten of te lezen, hoe goed kun je dan opnieuw leren praten? Van welke soorten therapie is bekend dat ze helpen, en welke nieuwe vormen van taaltherapie zien er veelbelovend uit? Hebben mensen die talen lezen die van links naar rechts worden geschreven (zoals Engels of Spaans) een andere taal op een andere plaats dan mensen die talen lezen die van rechts naar links worden geschreven (zoals Hebreeuws en Arabisch)? Hoe zit het als je een taal leest die wordt geschreven met een ander soort symbolen in plaats van een alfabet, zoals Chinees of Japans? Als je dyslectisch bent, waarin verschilt je brein dan van dat van iemand die geen moeite heeft met lezen? En als je stottert?

Zoals u ziet is de neurolinguïstiek diep verweven met de psycholinguïstiek, die de studie is van de taalverwerkingsstappen die nodig zijn voor het spreken en begrijpen van woorden en zinnen, het leren van eerste en latere talen, en ook van de taalverwerking bij stoornissen van de spraak, de taal en het lezen. Informatie over deze stoornissen is verkrijgbaar bij de American Speech-Language Hearing Association (ASHA), op http://www.asha.org/public/.

Hoe onze hersenen werken
Waar is taal in de hersenen?
Afasie
Dyslexie en stotteren
Hoe neurolinguïstische ideeën zijn veranderd
Hoe neurolinguïstisch onderzoek is veranderd
door: Lise Menn
Acknowledgements
Suggested Reading (*) and References

Hoe onze hersenen werken

Onze hersenen slaan informatie op in netwerken van hersencellen (neuronen en gliacellen). Deze neurale netwerken zijn uiteindelijk verbonden met de delen van de hersenen die onze bewegingen (inclusief die nodig zijn om spraak te produceren) en onze interne en externe sensaties (geluiden, bezienswaardigheden, aanraking, en die afkomstig zijn van onze eigen bewegingen) besturen. De verbindingen binnen deze netwerken kunnen sterk of zwak zijn, en de informatie die een cel uitzendt kan de activiteit van sommige van zijn buren verhogen en de activiteit van andere remmen. Telkens wanneer een verbinding wordt gebruikt, wordt deze sterker. Dicht verbonden buurten van hersencellen voeren berekeningen uit die worden geïntegreerd met informatie uit andere buurten, waarbij vaak sprake is van terugkoppellussen. Veel berekeningen worden gelijktijdig uitgevoerd (de hersenen zijn een massaal parallelle informatieprocessor).

Het leren van informatie of een vaardigheid gebeurt door nieuwe verbindingen tot stand te brengen en/of de sterkte van bestaande verbindingen te veranderen. Deze lokale en lange-afstandsnetwerken van met elkaar verbonden hersencellen vertonen plasticiteit http://merzenich.positscience.com/?page_id=143 – dat wil zeggen dat ze gedurende ons hele leven kunnen blijven veranderen, waardoor we kunnen leren en (tot op zekere hoogte) kunnen herstellen van hersenletsel. Voor mensen met afasie http://www.asha.org/public/spraakstoornissen/afasie.htm (taalverlies als gevolg van hersenletsel) kunnen, afhankelijk van hoe ernstig het letsel is, intensieve therapie en oefening, misschien in combinatie met transcraniële magnetische stimulatie (TMS), belangrijke verbeteringen in taal en in bewegingscontrole teweegbrengen; zie de sectie Afasie hieronder, en de daar geplaatste links. Computer-gebaseerde methodes om dergelijke intensieve taaloefeningen onder toezicht van een spraak-taal patholoog mogelijk te maken komen beschikbaar.

Waar is taal in de hersenen?

Deze vraag is moeilijk te beantwoorden, omdat hersenactiviteit is als de activiteit van een enorme stad. Een stad is zo georganiseerd dat de mensen die er wonen kunnen krijgen wat ze nodig hebben om van te leven, maar je kunt niet zeggen dat een complexe activiteit, zoals het vervaardigen van een produkt, ‘op’ één plaats is. Grondstoffen moeten op het juiste moment aankomen, er zijn onderaannemers nodig, het product moet in verschillende richtingen worden verscheept. Zo is het ook met onze hersenen. We kunnen niet zeggen dat taal ‘in’ een bepaald deel van de hersenen zit. Het is zelfs niet waar dat een bepaald woord zich ‘op’ één plaats in iemands hersenen bevindt; de informatie die samenkomt wanneer we een woord begrijpen of zeggen, komt van vele plaatsen, afhankelijk van wat het woord betekent. Wanneer we bijvoorbeeld een woord als ‘appel’ begrijpen of uitspreken, gebruiken we waarschijnlijk informatie over hoe appels eruit zien, aanvoelen, ruiken en smaken, ook al zijn we ons daar niet van bewust. Luisteren, begrijpen, praten en lezen zijn dus activiteiten in veel delen van de hersenen. Sommige delen van de hersenen zijn echter meer betrokken bij taal dan andere delen.

De meeste delen van je hersenen die cruciaal zijn voor zowel gesproken als geschreven taal bevinden zich in de linkerkant van de cortex van je hersenen (de linkerhersenhelft), ongeacht welke taal je leest en hoe het geschreven is. We weten dit omdat afasie bijna altijd veroorzaakt wordt door letsel aan de linker hersenhelft, niet door letsel aan de rechter hersenhelft, ongeacht welke taal u spreekt of leest, en ongeacht of u überhaupt kunt lezen. (Dit geldt voor ongeveer 95% van de rechtshandige mensen en ongeveer de helft van de linkshandige mensen). Een groot deel van de hersenen (de ‘witte stof’) bestaat uit vezels die verschillende gebieden met elkaar verbinden, omdat het gebruik van taal (en denken) de snelle integratie vereist van informatie die in veel verschillende hersengebieden is opgeslagen en/of verwerkt.

De gebieden aan de rechterkant zijn essentieel om effectief te kunnen communiceren en om te begrijpen wat mensen zeggen. Als u tweetalig bent, maar niet beide talen vanaf uw geboorte hebt geleerd, kan uw rechterhersenhelft iets meer betrokken zijn bij uw tweede taal dan bij uw eerste taal. Onze hersenen zijn enigszins plastisch – dat wil zeggen dat hun organisatie afhangt van onze ervaringen en van onze genetische aanleg. Bijvoorbeeld, veel van de ‘auditieve’ gebieden van de hersenen, die betrokken zijn bij het begrijpen van gesproken taal bij mensen met een normaal gehoor, worden gebruikt bij het (visueel) begrijpen van gebarentaal door mensen die doof zijn vanaf hun geboorte of die vroeg doof zijn geworden (en geen cochleaire implantaten hebben). En blinden gebruiken de “visuele” gebieden van hun hersenen bij het verwerken van woorden die in braille zijn geschreven, ook al wordt braille op de tast gelezen. http://www.scientificamerican.com/article.cfm?id=the-reading-region

Talige sprekers ontwikkelen speciale vaardigheden om te bepalen welke taal ze gebruiken en of het gepast is om hun talen te mengen, afhankelijk van met wie ze spreken. Deze vaardigheden kunnen ook voor andere taken nuttig zijn. http://www.nih.gov/researchmatters/may2012/05072012bilingual.htm

Afasie

Wat is afasie? Is het verliezen van taal na hersenletsel het omgekeerde van het leren ervan? Mensen die moeite hebben met het spreken of begrijpen van taal als gevolg van hersenletsel zijn niet als kinderen. Het gebruik van taal vereist vele soorten kennis en vaardigheden. Mensen met afasie hebben verschillende combinaties van dingen die ze nog op een volwassen manier kunnen doen en dingen die ze nu onhandig of helemaal niet meer doen. In feite zien we verschillende patronen van profielen van gespaarde en verminderde linguïstische vaardigheden bij verschillende mensen met afasie.

Therapie kan afasiepatiënten helpen om verloren vaardigheden te verbeteren of terug te winnen en het beste gebruik te maken van de resterende vaardigheden. Volwassenen die hersenletsel hebben opgelopen en afasisch worden, herstellen langzamer dan kinderen die hetzelfde soort letsel hebben opgelopen, maar ze blijven gedurende tientallen jaren langzaam vooruitgaan als ze goede taalstimulatie krijgen en geen bijkomende beroertes of ander hersenletsel hebben. Raadpleeg voor meer informatie ASHA (http://www.asha.org/public/speech/disorders/Aphasia.htm), de National Aphasia Association (http://aphasia.org/), Aphasia Hope (http://www.aphasiahope.org/), of de Academy of Aphasia (http://www.academyofaphasia.org/ClinicalServices/)

Dyslexie en stotteren

Hoe zit het met dyslexie, en kinderen die moeite hebben met leren praten, ook al kunnen ze normaal horen? Waarom hebben mensen leesproblemen? Onderzoek suggereert dat dyslectici moeite hebben met het verwerken van de klanken van taal en moeite hebben om het gedrukte woord te relateren aan de klanken. Genetische verschillen en genetisch bepaalde verschillen in de hersenen zijn gevonden in families met dyslexie en taalontwikkelingsstoornissen, en onderzoek op dit gebied helpt ons te begrijpen hoe genen werken bij het opzetten van de initiële ‘bedrading’ van al onze hersenen. Er zijn sterke aanwijzingen dat geschikte taaltherapie effectief is voor kinderen met ontwikkelingsstoornissen op het gebied van lezen en taal, waaronder stotteren. De ASHA biedt nuttige informatie over deze beide stoornissen: zie http://www.asha.org/public/speech/disorders/lbld.htm.

Hoe neurolinguïstische ideeën zijn veranderd

Vele gevestigde ideeën over neurolinguïstiek – in het bijzonder over de rol van de traditionele ’taalgebieden’ (Broca’s gebied, Wernicke’s gebied) in de linker hersenhelft – zijn door recent bewijsmateriaal in twijfel getrokken en in sommige gevallen omvergeworpen. De belangrijkste recente bevindingen zijn waarschijnlijk 1) dat uitgebreide netwerken van gebieden die ver verwijderd liggen van de traditionele taalgebieden, nauw betrokken zijn bij het taalgebruik, 2) dat de taalgebieden ook betrokken zijn bij de verwerking van niet-talige informatie, zoals sommige aspecten van muziek http://www.youtube.com/watch?v=ZgKFeuzGEns, en 3) dat de correlaties van bepaalde gebieden van de hersenen met bepaalde taalstoornissen veel minder sterk zijn dan werd gedacht. Deze nieuwe informatie is beschikbaar gekomen door grote verbeteringen in ons vermogen om te zien wat er in de hersenen gebeurt als mensen spreken of luisteren, en door de accumulatie en analyse van vele jaren van gedetailleerde afasietestgegevens.

Hoe neurolinguïstisch onderzoek is veranderd

Voor meer dan honderd jaar was het onderzoek in de neurolinguïstiek bijna volledig afhankelijk van de studie van taalbegrip en -productie door mensen met afasie. Deze studies van hun taalvermogen werden aangevuld met betrekkelijk ruwe informatie over waar het letsel zich in de hersenen bevond. Neurologen moesten die informatie, voor zover die er was, afleiden uit de andere vermogens die verloren waren gegaan, en uit autopsie-informatie, die niet vaak beschikbaar was. Enkele patiënten die op het punt stonden een operatie te ondergaan om ernstige epilepsie of tumoren te verlichten, konden worden bestudeerd door directe hersenstimulatie, wanneer dit medisch noodzakelijk was om de chirurg weg te leiden van gebieden die essentieel waren voor het taalgebruik van de patiënt.

Erge generatie computergestuurde röntgenstudies (CAT scans, CT scans) en radiografische cerebrale doorbloedingstudies (angiogrammen) begonnen experimentele en observationele studies van afasie in de zeventiger jaren te vergroten, maar zij gaven zeer ruwe informatie over waar het beschadigde deel van de hersenen zich bevond. Deze vroege beeldvormingstechnieken van de hersenen konden alleen zien welke delen van de hersenen ernstige schade of een beperkte doorbloeding hadden. Ze konden geen informatie geven over de werkelijke activiteit die in de hersenen plaatsvond, zodat ze niet konden volgen wat er gebeurde tijdens de taalverwerking bij normale of afasische sprekers. Studies van normale sprekers in die periode keken meestal naar welke kant van de hersenen het meest betrokken was bij het verwerken van geschreven of gesproken taal, omdat deze informatie kon worden verkregen uit laboratoriumtaken waarbij gelezen of geluisterd werd onder moeilijke omstandigheden, zoals het luisteren naar verschillende soorten informatie die tegelijkertijd aan de twee oren werden gepresenteerd (dichotisch luisteren).

Sinds de jaren negentig heeft er een enorme verschuiving plaatsgevonden op het gebied van de neurolinguïstiek. Met moderne technologie kunnen onderzoekers bestuderen hoe de hersenen van normale sprekers taal verwerken, en hoe een beschadigd brein het letsel verwerkt en compenseert. Deze nieuwe technologie stelt ons in staat de hersenactiviteit te volgen die gaande is terwijl mensen lezen, luisteren en spreken, en ook om een zeer fijne ruimtelijke resolutie te krijgen van de locatie van beschadigde delen van de hersenen. De fijne ruimtelijke resolutie is afkomstig van magnetische resonantiebeeldvorming (MRI), die een prachtig beeld geeft van welke hersengebieden beschadigd zijn; de resolutie van CT-scans is ook enorm verbeterd. De voortdurende activiteit van de hersenen kan op verschillende manieren worden gevolgd. Voor sommige doeleinden is de beste methode het detecteren van de elektrische en magnetische signalen die neuronen onderling uitzenden, met behulp van sensoren buiten de schedel (functionele magnetische resonantiebeeldvorming, fMRI; elektro-encefalografie, EEG; magnetoencefalografie, MEG; en event-related potentials, ERP). Een andere methode is het waarnemen van het gebeurtenisgerelateerde optische signaal, EROS; hierbij worden snelle veranderingen waargenomen in de manier waarop neuraal weefsel infrarood licht verstrooit, dat door de schedel kan dringen en ongeveer een centimeter in de hersenen kan kijken. Een derde familie van methoden houdt in dat veranderingen in de bloedstroom naar verschillende delen van de hersenen worden gevolgd door te kijken naar de zuurstofconcentratie (BOLD) of naar veranderingen in de manier waarop het bloed nabij-infrarood licht absorbeert (nabij-infrarood spectroscopie, NIRS). Hersenactiviteit kan ook tijdelijk worden veranderd door transcraniële magnetische stimulatie (stimulatie van buiten de schedel, TMS), zodat onderzoekers de effecten van deze stimulatie kunnen zien op hoe goed mensen spreken, lezen en taal begrijpen. NIRS-, EROS-, ERP- en EEG-technieken zijn vrij van risico’s, zodat zij ethisch kunnen worden gebruikt voor onderzoek bij normale sprekers, alsook bij mensen met afasie die niet bijzonder gebaat zouden zijn bij deelneming aan een onderzoekstudie. TMS lijkt ook veilig te zijn.

Het is erg ingewikkeld om uit te zoeken hoe de informatie uit verschillende delen van de hersenen in real time kan worden gecombineerd, dus een ander soort vooruitgang is voortgekomen uit de ontwikkeling van manieren om computers te gebruiken om delen te simuleren van wat de hersenen zouden kunnen doen tijdens het spreken of lezen.

Onderzoeken naar wat mensen met afasie en andere taalstoornissen precies wel en niet kunnen blijven ook bijdragen aan ons begrip van de relaties tussen hersenen en taal. Bijvoorbeeld, het vergelijken van hoe mensen met afasie presteren op tests van de syntaxis, gecombineerd met gedetailleerde beeldvorming van hun hersenen, heeft aangetoond dat er belangrijke individuele verschillen zijn in de delen van de hersenen die betrokken zijn bij het gebruik van grammatica. Ook het vergelijken van mensen met afasie in verschillende talen laat zien dat de verschillende vormen van afasie enigszins verschillende symptomen hebben in verschillende talen, afhankelijk van het soort foutkansen dat elke taal biedt. Bijvoorbeeld, in talen die verschillende vormen hebben voor mannelijke en vrouwelijke voornaamwoorden of mannelijke en vrouwelijke bijvoeglijke naamwoorden, kunnen mensen met afasie genderfouten maken bij het spreken, maar in talen die geen verschillende vormen hebben voor verschillende geslachten, kan dat specifieke probleem zich niet voordoen.

door: Lise Menn

Acknowledgements

Met veel dank aan LSA-leden Sheila E. Blumstein, David Caplan, Gary Dell, Nina Dronkers, en Matt Goldrick voor zeer nuttige feedback en suggesties.

Linguistic Society of America