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NEWS - AUSBILDUNG

Zuhören oder Lippen lesen - wie neuronale Schwingungen Sprache entschlüsseln



Bern (05.11.2020) -

Ein vom Schweizerischen Nationalfonds untersttztes Forschungsteam hat herausgefunden, wie Schwingungen im Gehirn am Verstehen von gesprochener Sprache beteiligt sind: Sie bestimmen, welcher Sinn - Hren oder Sehen - hauptschlich beitrgt.

Wenn wir verstehen wollen, was uns jemand sagt, verlassen wir uns nicht nur auf das Gehr, sondern auch darauf, was wir sehen: Wir beobachten die Lippenbewegungen und den Gesichtsausdruck. Bisher war nicht bekannt, wie das Gehirn zwischen auditiven und visuellen Zeichen whlt. Doch eine vom Schweizerischen Nationalfonds (SNF) untersttzte Forschungsgruppe konnte nun zeigen, dass die Schwingungen der Neuronen im Gehirn an diesem Prozess beteiligt sind. Ausschlaggebend ist, in welcher Phase sich diese Oszillationen befinden: Je nachdem, wie die exakte Schwingungsposition unmittelbar vor dem entscheidenden Moment ist, wird hauptschlich der eine oder der andere Sinneskanal zum Verstndnis eingesetzt. Die Ergebnisse der Studie, unter der Leitung des Neurologen Pierre Mgevand von der Universitt Genf, wurden vor Kurzem in der Fachzeitschrift Science Advances (*) verffentlicht.

Verwirrende audiovisuelle Signale

Zu den Ergebnissen gelangten Pierre Mgevand und seine Kollegen Raphal Thz und Anne-Lise Giraud mit einem neuartigen Versuchssetting, das verwirrende audiovisuelle Eindrcke erzeugt. Sie platzierten die franzsischsprachigen Versuchspersonen vor einem Bildschirm, auf dem eine virtuelle Person Satzpaare sagt, die sehr hnlich klingen, zum Beispiel "Il n'y a rien boire" und "Il n'y a rien voir" (Es gibt nichts zu trinken/nichts zu sehen). Bei gewissen, von der virtuellen Person gesprochenen Stzen, wurde ein Konflikt programmiert: Die Versuchsperson hrte den einen Satz, sah aber (auf den Lippen) den anderen Satz. Zum Beispiel sprach die Person ein "b", die Lippen formten ein "v". Die Versuchspersonen wurden nun aufgefordert, den Satz zu wiederholen, den sie verstanden hatten. Dabei wurde die elektrische Aktivitt in ihrem Gehirn mit Elektroden aufgezeichnet.

Die Forschenden beobachteten, dass in den Fllen, bei denen die Informationen ber Ohr und Auge identisch waren, die Stze meistens korrekt wiederholt wurden. Widersprachen sich hingegen die auditiven und die visuellen Informationen, dann verliessen sich die Versuchspersonen entweder eher auf das, was sie hrten, oder auf das, was sie sahen. Wenn sie zum Beispiel ein "v" hrten, aber ein "b" sahen, wurde die Wahrnehmung in etwa zwei Dritteln der Flle durch das Hren dominiert. In den brigen Fllen war das Sehen fr die Interpretation ausschlaggebend.

Der Sinneskanal wird im Voraus festgelegt

Die Forschenden suchten nach Zusammenhngen zwischen diesen Ergebnissen und der elektrischen Aktivitt im Gehirn. Dabei zeigten sich Unterschiede zwischen Personen, die sich auf ihr Gehr verlassen, und denjenigen, die ihren Augen vertrauen: Rund 300 Millisekunden vor dem Zeitpunkt, in dem es zu einer bereinstimmung beziehungsweise zu einem Konflikt zwischen auditiven und visuellen Zeichen kam, befanden sich die zerebralen Schwingungen im hinteren Temporal- und Okzipitallappen der beiden Personengruppen in jeweils anderen Phasen.

"Wir wissen seit den 1970er-Jahren, dass in gewissen Situationen das Gehirn die visuellen Anhaltspunkte den auditiven vorzieht, und zwar verstrkt dann, wenn das Tonsignal gestrt ist, zum Beispiel durch Umgebungslrm. Wir knnen nun zeigen, dass die Neuronenschwingungen an diesem Prozess beteiligt sind. Doch ihre exakte Rolle bleibt ein Rtsel", erklrt Pierre Mgevand.

(*) R. Thz, A.-L. Giraud, P. Mgevand. The phase of cortical oscillations determines the perceptual fate of visual cues in naturalistic audiovisual speech. Science Advances (2020). https://doi.org/10.1126/sciadv.abc6348

Genaue Lokalisierung der Gehirnaktivitt

Fr das Experiment wurde jeder Satz nacheinander von sechs virtuellen Personen gesprochen - mit Hintergrundlrm, der das Hrverstndnis strte. Nach jedem der insgesamt 240 Stze des Experiments hatten die Versuchspersonen eine Sekunde Zeit, um zu wiederholen, was sie verstanden hatten.

Ursprnglich beteiligten sich 25 Freiwillige am Experiment, jedoch konnten nur 15 Aufnahmen der Gehirnaktivitten ausgewertet werden. Fr diese Art von Studie ist das eine relativ kleine Zahl. "Doch wir hatten das Glck, dass eine Person am Experiment teilnahm, die im Gehirn - wegen Epilepsie - implantierte Elektroden trgt, was uns sehr genaue Daten fr die Lokalisierung der Gehirnaktivitt verschaffte", erklrt Pierre Mgevand. Gewisse Ergebnisse der Studie mssen aber noch genauer untersucht werden. So konnte der Zusammenhang zwischen der Oszillationsphase und der Wahrnehmung der Stze nur in der rechten Hirnhlfte hergestellt werden. Dabei werden diese Informationen normalerweise eher in der linken Hirnhlfte aufgenommen.

Untersttzung fr unabhngige Wissenschaft

Dieses Projekt wurde vom Schweizerischen Nationalfonds im Rahmen des Frderinstruments "Ambizione" untersttzt. Die Ambizione-Beitrge richten sich an junge Forscherinnen und Forscher, die ein selbststndig geplantes Projekt an einer Schweizer Hochschule durchfhren, verwalten und leiten mchten. Die Beitrge werden fr maximal vier Jahre zugesprochen.

Der Text dieser Medienmitteilung, ein Download-Bild und weitere Informationen stehen auf der Webseite des Schweizerischen Nationalfonds zur Verfgung: http://www.snf.ch/de/fokusForschung/newsroom/Seiten/news-201105-medienmitteilung-wie-das-gehirn-gesprochene-sprache-entschluesselt.aspx



Universitt Genf,
Pierre Mgevand

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