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Originalpublikation

Ding, N., Melloni, L., Zhang, H., Tian, X., & Poeppel, D.
Cortical Tracking of Hierarchical Linguistic Structures in Connected Speech.

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Jeder Mensch besitzt eine Art Grammatik-Mechanismus im Gehirn, der bei der Sprachverarbeitung aktiv wird. Diese alte These konnte nun im Rahmen einer neurowissenschaftlichen Studie nachgewiesen werden. Sie stützt eine Theorie des bekannten Linguisten Noam Chomsky.

Noam Chomsky vertrat schon Mitte des 20. Jahrhunderts die Meinung, der Mensch müsse mit der Fähigkeit geboren werden, Sprache zu verstehen und erlernen zu können. Wissenschaftler des Max-Plack-Instituts für empirische Ästhetik und der New York University bestätigen nun einen Aspekt dieser Theorie. Mit Hilfe ausgeklügelter Tests konnten sie nachweisen, wie Menschen eine abstrakte, hierarchische Struktur verstehen können – auch wenn ein Satz sinnlos sein sollte. Im Gehirn scheint es eine Art Mechanismus zu geben, der dafür sorgt, dass grammatische Bausteine eines Satzes hierarchisch aufgebaut werden, auch wenn der Inhalt keinen Sinn ergibt.

Eine Art "Innere-Grammatik" hilft uns dabei, auch sinnlose Sätze als grammatikalisch richtig zu erkennen. Bild vergrößern
Eine Art "Innere-Grammatik" hilft uns dabei, auch sinnlose Sätze als grammatikalisch richtig zu erkennen.

„Eine zentrale Aussage von Chomsky ist, dass wir über angeborene grammatische Prinzipien verfügen, die unserer Sprachverarbeitung zugrunde liegen“, erklärt David Poeppel, einer der Autoren der Studie. „Unsere neurophysiologischen Befunde unterstützen diese Theorie: Wir verstehen den Sinn von aneinandergereihten Wörtern, weil unser Gehirn diese einzelnen Bestandteile kombiniert und dann hierarchisch sortiert. Dieser Prozess zeigt, dass wir über eine Art inneren Grammatik-Mechanismus verfügen.“

Auf der Basis einer alten These

Die Studie, die jetzt in der Fachzeitschrift Nature Neuroscience erscheint, baut auf Chomskys Arbeit „Syntactic Structures“ von 1957 auf. Danach nehmen wir Sätze wie „Farblose grüne Ideen schlafen wütend“ als sinnlos, aber grammatisch richtig wahr. Dies funktioniert, weil wir eine abstrakte Wissensgrundlage besitzen, die eine derartige Unterscheidung zulässt, auch wenn unserer Erfahrung nach keine statistische Beziehung zwischen den Wörtern vorhanden ist.

Die meisten Neurowissenschaftler und Psychologen widersprechen diesem Standpunkt. Sie gehen davon aus, dass unser Sprachverstehen nicht auf einer „inneren Grammatik“, beruht. Stattdessen basiere das Sprachverstehen auf einer statistischen Berechnung von Wörtern sowie Lautreizen zur Strukturierung. Das würde bedeuten, wir lernen rein durch Erfahrung, wie Sätze richtig konstruiert werden müssen. Viele Linguisten sind dagegen der Auffassung, es sei eine zentrale Eigenschaft der Sprachverarbeitung, hierarchische Strukturen zu bilden.

In dem Bemühen, diese Diskussion zu klären, untersuchten die Wissenschaftler nun, ob und wie linguistische Einheiten im Gehirn beim Sprachverstehen verarbeitet werden. Dafür wurde eine Reihe von Experimenten mit Hilfe von Magnetoenzephalographie (MEG) durchgeführt. Sie erlaubt Messungen kleinster magnetischer Felder, welche die Aktivität des Gehirns anzeigen. Zudem wurde eine Elektrokortikographie (ECoG) durchgeführt, ein klinisches Verfahren zur Überwachung der Gehirnaktivität von Neurochirurgiepatienten.

Die Studienteilnehmer hörten Sätze auf Englisch und Mandarin, in denen die hierarchische Struktur zwischen Wörtern, Phrasen und Sätzen nicht durch Intonation, also das Anheben oder Senken der Stimme, angezeigt wurde. Die Sätze wurden zudem mit gleichmäßigen Zeitabständen zwischen den Wörtern präsentiert. Die Studienteilnehmer hörten sowohl vorhersagbare Sätze, wie z.B. „New York schläft nie“ oder „Kaffee hält mich wach“, als auch wenig vorhersagbare Sätze („Pinkfarbene Spielsachen verletzten Mädchen“) oder Wortaufzählungen („Eier Gelee pink wach“) und eine Vielzahl von anderen manipulierten Sequenzen.

Durch dieses Studiendesign konnten die Wissenschaftler genau untersuchen, wie unser Gehirn verschiedene Arten von linguistischen Abstraktionen, wie Wortsequenzen („wütend grün schlafen farblos“), Phrasen („wütend schlafen“, „grüne Ideen“) oder Sätze („Farblose grüne Ideen schlafen wütend.“) identifiziert und verarbeitet. Das gelingt auch dann, wenn alle anderen intonatorischen Sprachmerkmale und statistischen Wortinformationen weggelassen werden, die von anderen Theorien als notwendige Voraussetzungen zum Satzbau angesehen werden.

Unser Gehirn unterscheidet drei Einheiten

Ihre Ergebnisse belegen, dass unser Gehirn drei verschiedene Komponenten der gehörten Sätze klar voneinander unterscheidet. Dabei spiegelt es die Hierarchie in der neuronalen Verarbeitung von linguistischen Strukturen wider: Wörter, Phrasen und Sätze. Die Rhythmen im Gehirn, sogenannte neuronale Oszillationen, die diesen Prozessen des Sprachverstehens zugrunde liegen, sind angepasst an die Zeitstruktur der jeweiligen Sprachstruktur, d.h. schnellere Rhythmen verfolgen Worte, langsamere verfolgen Sätze.

„Weil wir uns sehr bemüht haben, in den Experimenten Bedingungen zu schaffen, bei denen statistische Einflüsse oder Lauteinflüsse keine Rolle für die Verarbeitung spielen, zeigen unsere Ergebnisse, dass wir tatsächlich die Grammatik in unseren Köpfen nutzen“, erklärt Poeppel. „Unser Gehirn zielt zunächst auf Worte ab, bevor es dann versucht, Phrasen oder Sätze zu verstehen. Das zeigt, dass wir bei der Verarbeitung von Sprache auf der Grundlage von Grammatik aufbauen.“

Mit dieser kontroversen Schlussfolgerung hat das Team eine alte Diskussion neu entfacht. Die Annahme einer abstrakten, hierarchischen und grammatikbasierten Strukturbildung war von der Forschung eigentlich längst verworfen worden.

AH/MG/MEZ

 
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