Stimmverarbeitung: nicht nur Menschen, auch Affen können das
Stimmen gehören zu den aussagekräftigsten sozialen Signalen, da sie nicht nur Sprache, sondern auch eine Fülle von nonverbalen Hinweisen enthalten, die für soziale Interaktionen entscheidend sind. „Nehmen wir eine Stimme wahr, hören wir nicht nur einen Ton, sondern erkennen darin eine Person, oft schon anhand einer einzigen Äußerung, und es stellt sich heraus, dass wir diese Fähigkeit mit anderen Primaten teilen“, erläutert Pascal Belin, Koordinator des Projekts COVOPRIM, das vom Europäischen Forschungsrat(öffnet in neuem Fenster) finanziert wurde. Belin zufolge steht bei der Stimmforschung meist die Sprache im Mittelpunkt(öffnet in neuem Fenster), sodass es bei den nonverbalen Signalen eine Wissenslücke gibt, obwohl diese eine längere Evolutionsgeschichte vorzuweisen haben. Das Team von COVOPRIM verglich daher das Verhalten und die zerebralen Aspekte der Stimmwahrnehmung von Menschen und Primaten, „um zu ermitteln, welche Mechanismen in der Evolution konserviert wurden und welche artenspezifisch sind“, erklärt Belin von der Universität Aix-Marseille(öffnet in neuem Fenster), an der das Projekt angesiedelt ist. Die Ergebnisse deuten darauf hin, dass die Gehirne unserer Altvorderen, als sie begannen, ihre Stimme zum Sprechen zu benutzen, bereits mit der notwendigen neuronalen Verarbeitungsmaschinerie ausgestattet waren.
Verhaltens- und Gehirntests zur Sprachverarbeitung
Im Rahmen von COVOPRIM wurden für Menschen und Affen ähnliche Versuchsabläufe angewandt. Es wurden Makaken und Marmosetten ausgewählt, weil sie häufig in neurowissenschaftlichen Modellen zum Einsatz kommen und weil sie ein vielfältiges Stimmrepertoire besitzen. Zwei evolutionäre Vergleiche mit dem Menschen zeigen, dass die Vokalisierungen der Makaken eher denen des Menschen als denen ihrer höher klingenden Verwandten, den Marmosetten, ähneln. In einer Reihe von Experimenten stellten automatisierte Testsysteme Sprachwahrnehmungsaufgaben mit steigendem Schwierigkeitsgrad. So mussten die Affen beispielsweise einen Bildschirm bedienen, der zu den Sprachreizen passte, und dabei absichtliche akustische Ablenkungen ignorieren. Ohne Training oder Anleitung mussten die Affen ihre eigenen Strategien entwickeln und wurden mit Leckereien belohnt, was sie millionenfach zum Spielen anspornte. Die Menschen wurden dann unter genau denselben Bedingungen getestet, ganz ohne verbale Anweisungen. „Wir stellten fest, dass die Fähigkeit zur Stimmwahrnehmung sowohl bei Menschen als auch bei Affen stark variiert, sodass wir ihre Empfindlichkeit gegenüber Stimmhinweisen wie etwa der Tonhöhe quantifizieren konnten“, erklärt Belin. Im Rahmen eines weiteren Experiments untersuchte das Team die Gehirne von Menschen, Makaken und Marmosetten mittels vergleichender funktioneller Magnetresonanztomografie (MRT). Unter Einsatz desselben Scanners und auditiver Stimuli (Menschen- und Affenstimmen sowie nicht vokalische Kontrollgeräusche) konnte das Team nachweisen, dass menschliche „Stimmbereiche“ auch bei diesen Affen existieren. „Es war zwar bekannt, dass die Trennung zwischen Neuwelt- und Altweltaffen vor etwa 40 Millionen Jahren stattfand, aber es war unbekannt, ob der gemeinsame Vorfahre spezialisierte Hirnstrukturen zur Analyse von Vokalisierungen von Individuen derselben Art besaß. Unsere Ergebnisse legen nun nahe, dass dies tatsächlich der Fall war“, fügt Belin hinzu. Mithilfe einer weiteren Versuchsreihe wurden die Eigenschaften einzelner Neuronen in den Stimmbereichen von Makaken erforscht. Hochdichte Elektroden-Arrays wurden in die Stimmbereiche dreier Makaken implantiert. Anschließend zeichnete das Team die Aktivität von Hunderten Neuronen auf, die auf Stimmreize reagierten. „Wir konnten die Existenz von ‚Stimmzellen‘ im Makakengehirn bestätigen. Diese Neuronen reagieren selektiv auf Makakenvokalisationen, was bisher kaum erforscht wurde. Unerwarteterweise entdeckten wir außerdem Makakenneuronen, die selektiv auf die menschliche Stimme zu reagieren scheinen: Sie feuern mindestens doppelt so viel wie bei nicht vokalischen Geräuschen! Das ist faszinierend, denn Menschen und Makaken haben keine gemeinsame Evolution durchlaufen. Vielleicht ist es dadurch zu erklären, dass Labormakaken von Geburt an jeden Tag Menschenstimmen hören“, merkt Belin an.
Auswirkungen auf Krankheitsbehandlungen
Belin schlägt vor, dass die Ergebnisse von COVOPRIM zur besseren Diagnostik und Behandlung von Erkrankungen mit beeinträchtigter Sprachverarbeitung wie zum Beispiel Autismus-Spektrum-Störungen oder Schizophrenie beitragen könnten. Sie könnten beispielsweise als Grundlage für die nächste Generation von Kortikalimplantaten zur Wiederherstellung oder Optimierung der Sprachwahrnehmung dienen. „Jetzt, da wir wissen, wo die Stimmen verarbeitet werden, planen wir zu untersuchen, wie dies abläuft: Wie sind die Stimmzellen organisiert? Worin bestehen ihre Berechnungsmechanismen? Wie plastisch sind sie? Sind diese Neuronen für die Wahrnehmung erforderlich?“, berichtet Belin.