Broca en Wernicke revisited

Professor Hagoort onderzoekt wat de hersenen doen wanneer wij naar taal luisteren of zelf taal produceren. Op het Max Planck Instituut in Nijmegen heeft hij een internationaal team van wetenschappers om zich heen verzameld, die hoogstaand onderzoek doen naar het talige brein. Vanmiddag laat Hagoort zien wat de modernste technieken ons tot nu toe aan kennis hebben opgeleverd over de infrastructuur van ons brein. Maar eerst begint hij met een klein stukje geschiedenis.

Standaardmodellen

De werking van taal in het brein is al vanaf de negentiende eeuw onderwerp van onderzoek. Met name de artsen Paul Broca en Carl Wernicke hielden zich hiermee bezig. Zij onderzochten subaspecten van het menselijk taalvermogen in relatie tot processen in het brein. Omdat zij nog niet beschikten over de hersenscantechnieken van nu, baseerden zij hun kennis op het gedrag van patiënten met bepaalde hersenbeschadigingen. Broca ontdekte op deze manier een verband tussen een deel van de hersenen en het vermogen om te kunnen spreken. Wernicke op zijn beurt ontdekte dat er een verband bestond tussen een ander deel van de hersenen en het vermogen om spraak te begrijpen. Deze hersengebieden werden bekend als de gebieden van Broca en Wernicke.

Hagoort laat zien dat de gebieden van Broca en Wernicke nog steeds zijn opgenomen in de meeste standaardmodellen van het talige brein. Toch blijkt uit recent onderzoek dat het netwerk dat bij taal betrokken is, een veel groter oppervlak bestrijkt dan dat van Broca en Wernicke. De nieuwste techniek die dat aantoont, is er een waarbij de verspreiding (diffusie) van watermoleculen in het brein zichtbaar wordt. Op die manier worden verbindingen tussen hersencellen gemeten. Uit dit soort hersenscans (bekend als DTI) blijkt onder andere dat het vertakkingspatroon dat zich bij menselijke spraak aftekent, veel uitgebreider is dan dat bij makaken en chimpansees.

Interactie in de hersenen

Een andere moderne methode is MEG, een hersenscan waarbij heel kleine magneetvelden worden gedetecteerd. Uit dit soort scans weten we bijvoorbeeld dat er andere delen van de hersenen actief zijn bij het lezen van zinnen dan bij het horen van spraak. Aan de hand van fMRI-signalen kunnen neurowetenschappers tegenwoordig precies zien welke gebieden aan elkaar gekoppeld zijn in termen van ritmiek. Dat kan doordat hersenen continu snelle en langzame ritmes (oscillaties) afgeven. Daaruit blijkt dat allerlei hersengebieden nauw met elkaar samenwerken. En dat er bijvoorbeeld veel interactie is tussen de voor- en de achterkant van de hersenen.

Maar deze geavanceerde methodes hebben ons tegelijkertijd geleerd dat de gebieden van Broca en Wernicke wel degelijk een belangrijke rol spelen bij de verwerking van taal, aldus Hagoort. Ze nemen een centrale plek in in de neurale netwerken, die zichtbaar worden in DTI-scans. Het zijn centrale punten in het brein waar informatie uit andere plaatsen in het brein samenkomt. Maar het zijn dus niet de enige hersengebieden die bij taal betrokken zijn. Bovendien lijkt het idee dat taalproductie is geregeld in het gebied van Broca en taalbegrip in het gebied van Wernicke achterhaald, zoals we zullen zien.

Verwerking van zinnen

Moderne hersenscans laten zien dat talige activiteiten voornamelijk hersenactiviteit in de linkerhersenhelft opleveren. Daar zijn zo’n 50.000 woorden uit je moedertaal opgeslagen, vertelt Hagoort. Maar ook een heleboel grammaticale regels die nodig zijn om een oneindige hoeveelheid nieuwe woorden en zinnen te kunnen maken. Dit principe werd in 1829 al benoemd door de taalkundige Wilhelm von Humboldt: “Language makes an infinite use of finite means”.

En daarmee is de basis gelegd voor het nieuwe model dat Hagoort en zijn collega’s de afgelopen jaren ontwikkelden: het zogenaamde Memory Unification Model. Volgens dat model bestaat ons talige brein enerzijds uit een geheugencomponent en anderzijds een unificatiecomponent, waarin talige eenheden worden gecombineerd: klanken tot woorden en woorden tot zinnen. Voor dat laatste zijn we aangewezen op de syntaxis, het regelsysteem waarmee we zinnen kunnen maken. En interessante vraag is nu of we voor het encoderen (het omzetten van gedachten naar zinnen) en ontleden van zinnen dezelfde hersengebieden gebruiken. Uit observaties bij afasiepatiënten lijkt het of we hier te maken hebben met twee verschillende systemen. Hersenscans laten een ander beeld zien.

Herhalingseffect

Hagoorts haalt een gedragsexperiment aan van zijn collega-onderzoeker Katrien Segaert. Uit dit experiment blijkt dat mensen na het produceren van een passieve zin – De houthakker wordt uitgescholden door de jager – eerder geneigd zijn nog een passieve zin te produceren (De koningin wordt gekust door de koning) dan een actieve zin ( De koning kust de koningin ).

Uit breinscans blijkt bovendien dat er repetitie supressie optreedt als mensen twee keer achter elkaar een passieve zin horen. Dit betekent dat er minder breinactiviteit nodig is als een stimuluskenmerk (passief/actief) herhaald wordt. Een passieve zin begrijpen we makkelijker als er een passieve zin aan vooraf gaat.

Om te kijken of er een verschil was tussen taalproductie en taalbegrip, werd nog een ander experiment gedaan. Daarbij moesten proefpersonen een plaatje beschrijven waarop een rood en een groen poppetje zichtbaar waren. De ene keer moesten ze het groene poppetje als onderwerp van de zin nemen en de andere keer het rode poppetje. Dat leverde de ene keer een actieve (Groen slaat rood ) en de andere keer een passieve zin (Rood wordt geslagen door groen) op. Van tevoren kregen ze een passieve (of actieve) zin te horen. In alle gevallen bleek het herhalingseffect van toepassing. Dat wijst erop dat bij taalproductie en taalbegrip dezelfde hersengebieden actief zijn.