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Lesen und das menschliche Gehirn

Ein EU-Team untersuchte die kognitive Neurologie beim Lesen. Im Rahmen der Untersuchung wurde erfolgreich die Wahrnehmung von Buchstaben und Wörtern modelliert und mit Elektroenzephalografie verifiziert. Hierdurch wurde die Recycling-Theorie über die Entwicklung des Lesens validiert.
Lesen und das menschliche Gehirn
Für die meisten Menschen ist das Lesen nicht mit Anstrengung verbunden. Hinter dieser Mühelosigkeit steckt jedoch ein Cluster, der aus komplexen und miteinander verbundenen Kognitionsprozessen besteht, die bislang größtenteils unbekannt sind.

Im Rahmen des EU-finanzierten Projekts VIFER (The visual front-end of reading) wurde die visuelle Wahrnehmung geschriebener Wörter erforscht. Forscher betrachteten, wie das statistische Lernen diese Wahrnehmung beeinflusst. Das Team erstellte eine umfassende lernbasierte neurocomputergestützte Erklärung für die Wortwahrnehmung. Forscher integrierten mithilfe eines Elektroenzephalogramms (EEG) in den Neurocomputeransatz zudem Elektrophysiologie. Diese Methode führte zu neuartigen Typen neuronaler Signaturen, welche die Charakterisierung zeitlicher und räumlicher Aspekte über die beim Lesen beteiligte kortikale Verarbeitung ermöglichten.

Das Team entwickelte bedeutsamerweise mehrere fortschrittliche Neurorechenmodelle, mit denen es möglich ist, die Feindetails der visuellen Wortwahrnehmung zu beschreiben. Die ersten Ergebnisse bezogen sich auf Prozesse, die bei der Wahrnehmung von Buchstaben beteiligt sind. Simulationen zeigten eine plausible hierarchische Struktur von visuellen Merkmalen, die sich während des unbeaufsichtigten perzeptuellen Lernens einstellte. Die Untersuchung stützte die Recycling-Hypothese, die besagt, dass sich kortikale Strukturen entwickeln, um das allgemeine Sehvermögen und die Wahrnehmung von Buchstaben zu unterstützen.

Das Team untersuchte zudem die kognitiven Mechanismen, über die Buchstaben zu Worten kombiniert werden sowie das Entstehen statistischer lexikalischer Unregelmäßigkeiten. Durch die Erweiterung desselben Modells, das für die Buchstabenwahrnehmung verwendet wird, wurden problemlos lexikalische grammatikalische Strukturen erkannt, die einzelne Wörter repräsentieren. Das Ergebnis zeigte, dass der generative Ansatz erfolgreich auf die sequentielle Verarbeitung von Buchstaben angewandt werden kann und dass das erstellte statistische Modell effektiv psycholinguistische Muster simuliert.

Die Arbeit an der Wahrnehmung ganzer Wörter beinhaltete die Entwicklung eines weiteren Modells, mit dem es möglich war, zahlreiche Details hinsichtlich der visuellen Wortwahrnehmung auf neuronaler Ebene zu simulieren. Eines dieser Details war die räumliche Normalisierung. Das Modell erklärte überdies, wie durch Normalisierung verschiedene psycholinguistische Phänomene wie unter anderem die Vertauschung von Buchstaben entstehen. Simulationen offenbarten Details über hierarchische Strukturen, welche die Wortwahrnehmung ermöglichen. Einzelne Buchstaben sind das wichtigste Element für die Wahrnehmung.

Eine fortschrittliche Analyse von EEG-Signaturen enthüllte die komplexe Dynamik von visuellen Wahrnehmungsprozessen, die mit dem Lesen verbunden sind. Über solche Prozesse lassen sich theoretisch aufgrund kortikaler Aktivitäten wahrgenommene Buchstaben/Wörter entschlüsseln. Desungeachtet ergab die Überprüfung der Hypothese, dass EEG-Signale lediglich eine Unterscheidung von untergeordneten visuellen Merkmalen zulassen könnten. Stattdessen erforschte das Team visuell evozierte Ruhepotentiale sowie deren Verwendung als Instrument für die Untersuchung kognitiver Mechanismen.

Die VIFER-Ergebnisse waren dabei behilflich, die beim Lesen beteiligten kognitiven Funktionen zu enthüllen. Dies könnte potenziell zu neuen Behandlungen für Lesestörungen führen.

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Schlüsselwörter

Lesen, Wortwahrnehmung, VIFER, visuelle Wahrnehmung, Neurocomputer, EEG
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