De betekenis van woorden in de hersenen in kaart brengen

Bij taalbegrip zijn weefsels in het hele brein betrokken, niet slechts één gebied

Taal beperkt zich niet tot één hersendeel. Integendeel, bij het vaststellen van de betekenis van woorden zijn veel verschillende hersengebieden betrokken en nieuwe gegevens wijzen uit dat deze gebieden zich overal op de kreukelige buitenlaag van de hersenen bevinden.

Eén bepaald hersengebied speelt bijvoorbeeld in op de woorden 'familie', 'thuis' en 'moeder'. Het bevindt zich in een kleine klomp weefsel in de rechterzijde van de hersenen, boven en achter het oor. Een complexe nieuwe hersenkaart geeft dit deel en andere gebieden weer. De kaart brengt honderden hersengebieden in beeld die inspelen op woorden.

Wetenschappers beschreven deze nieuwe kaart in een verhandeling die op 27 april online werd gepubliceerd in Nature.

Russell Poldrack was hier niet bij betrokken. Hij is neurowetenschapper aan de Universiteit van Stanford in Californië en bestudeert de hersenstructuren en hoe ze functioneren. Volgens hem geeft de gedetailleerde nieuwe kaart aan dat de manier waarop mensen taal begrijpen veel ingewikkelder is dan wetenschappers hadden gedacht. Bij het begrijpen van woorden zijn ook meer hersengebieden betrokken dan wetenschappers hadden verwacht.

Dit komt erop neer, zegt Poldrack, "dat deze gegevens suggereren dat we ons beeld moeten herzien van hoe de hersenen betekenis organiseren".

Jack Gallant is computationeel neurowetenschapper aan de Universiteit van Californië in Berkeley en één van de auteurs van de nieuwe studie. Wetenschappers wisten al dat verschillende concepten afhangen van activiteit in verschillende hersendelen, merkt hij op. De meesten dachten echter dat grote delen van het brein verschillende concepten behandelen, bijvoorbeeld één groot gebied voor visuele concepten en een ander voor emotionele concepten. De linkerhemisfeer of hersenhelft werd het belangrijkst geacht voor taal.

Bij eerdere studies werden slechts één enkel woord of enkele zinnen getest, zegt Gallant. Die studies maakten ook enkel ruwe inschattingen van de locaties in de hersenen waar deze betekenissen zich voordeden. Dat is zo'n beetje alsof je via Google Maps naar de landen van de wereld kijkt, in plaats van in te zoomen op de straten.

Gallant en zijn team brachten dan ook de activiteit in kaart van zowat 60.000 tot 80.000 hersengebieden ter grootte van een erwt. Die zijn overal verspreid over de buitenste laag van de hersenen, de cortex. De hersenen van de vrijwilligers werden gescand in een functional magnetic resonance imaging-machine (fMRI, functionele magnetischeresonantieweergavemachine). Intussen luisterden de deelnemers naar verhalen uit The Moth Radio Hour (een programma waarbij mensen persoonlijke verhalen vertellen voor een live publiek).

"De mensen waren dol op dit experiment", aldus Gallant.

Het verschil met andere studies was dat de auteurs "levenechte, ingewikkelde verhalen" gebruikten, zegt Uri Hasson, een neurowetenschapper aan de Universiteit van Princeton die niet deelnam aan het onderzoek. "Zo krijg je ook echt een betekenisvol beeld van hoe het brein werkt."

Het team van Gallant gebruikte een computerprogramma om de concepten te identificeren per één à twee seconden van elk verhaal. Door vast te stellen welke hersengebieden oplichtten op elk moment konden ze in kaart brengen waar 985 van de concepten van de verhalen opduiken in de hersenen.

Het team stelde vast dat de betekenis van woorden niet alleen de linkerhemisfeer activeert. De betekenissen 'versprongen' naar groepen zenuwcellen over de gehele oppervlakte van de buitenzijde van de hersenen.

Na in kaart te hebben gebracht waar bepaalde betekenissen werden gerepresenteerd in het brein, gingen de onderzoekers na waar individuele woorden zich konden voordoen. Vaak dook één enkel woord op in meer dan één locatie. Het woord 'top' bijvoorbeeld kwam voor in een hersengebied met kledingwoorden (top als 'topje', 'bovenstukje'), maar het was ook zichtbaar in een gebied dat gerelateerd is aan getallen en maten.

De hersenkaarten van de zeven deelnemers aan de studie waren verrassend gelijkaardig. Dat kan volgens Gallant echter te wijten zijn aan hun gedeelde levenservaringen. De zeven testpersonen groeiden op en liepen school in Westerse samenlevingen. Hun aantal was te klein om verschillen tussen de geslachten vast te stellen, zegt hij nog, en het zou volgens hem ideaal zijn het experiment te herhalen met 50 of 100 mensen.

Gallant hoopt dat de kaart alvast een hulpmiddel kan zijn voor andere wetenschappers. Op een mooie dag kan het werk wetenschappers mogelijk helpen bij het decoderen van woorden in onuitgesproken gedachten. Dit zou steun kunnen bieden aan mensen met amyotrofische laterale sclerose of andere aandoeningen die de communicatie dwarsbomen. De kaart is maar een stukje van de puzzel, zegt Gallant. Onderzoekers hebben ook nood aan een draagbaar instrument om hersenactiviteit te meten en de huidige MRI-machines zijn allesbehalve draagbaar.

Vertaling: Bart De Becker

Bron: Student Science