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Vorhersage von Fledermauslauten Sprache schon im Gehirn abhören

| Redakteur: Christian Lüttmann

Worte hören, ehe sie gesprochen sind – in diese Richtung geht die Forschung von Biologen der Universität Frankfurt. Sie konnten durch Analyse der Hirnaktivität von Fledermäusen vorhersagen, welche Laute diese von sich geben werden. Die Ergebnisse könnten helfen, Krankheiten wie Parkinson oder Tourette-Syndrom besser zu verstehen, bei denen die Sprache gestört ist.

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Brillenblattnasen-Fledermaus
Brillenblattnasen-Fledermaus
(Bild: Carollia perspicillata / Carollia perspicillata / Alex Borisenko / CC BY-SA 3.0 / CC BY-SA 3.0)

Frankfurt a.M. – Fledermäuse sind berühmt für ihre Ultraschall-Navigation: Sie orientieren sich über ihr äußerst empfindliches Gehör, indem sie Ultraschall-Laute ausstoßen und anhand der Schall-Reflexionen ein Bild ihrer Umwelt erhalten. So findet z.B. die Brillenblattnasen-Fledermaus (Carollia perspicillata) die von ihr als Nahrung bevorzugten Früchte über dieses Echo-Ortungssystem. Gleichzeitig nutzen die Fledermäuse ihre Stimme auch zur Kommunikation mit den Artgenossen, wobei sie einen etwas tieferen Frequenzbereich wählen. Die Brillenblattnase verfügt dabei über eine stimmliche Bandbreite, die sich sonst nur noch bei Singvögeln und Menschen findet. Wie der Mensch erzeugt sie ihre Laute durch den Kehlkopf.

Nervensignale lassen Laute vorhersagen

Den Lautäußerungen (rechts) von Brillennasenfledermäuse gehen verschiedene Nervensignale (links) voran. Dauer und Frequenz der Lautäußerungen sind farbig dargestellt: oben ein Beispiel für einen Kommunikationslaut, unten ein Beispiel für einen Laut zur Echo-Ortung.
Den Lautäußerungen (rechts) von Brillennasenfledermäuse gehen verschiedene Nervensignale (links) voran. Dauer und Frequenz der Lautäußerungen sind farbig dargestellt: oben ein Beispiel für einen Kommunikationslaut, unten ein Beispiel für einen Laut zur Echo-Ortung.
(Bild: Juilo Hechavarria, Goethe Universität Frankfurt)

Der Neurowissenschaftler Julio C. Hechavarria vom Institut für Zellbiologie und Neurowissenschaft der Goethe-Universität hat zusammen mit seinem Team Gehirnaktivitäten der Brillenblattnase untersucht, die den Lautäußerungen vorangehen. Dabei identifizierten die Wissenschaftler eine Gruppe von Nervenzellen, die eine Verschaltung vom Stirnlappen in das Innere des Gehirns zum „Streifenkörper“ (Corpus striatum) herstellen. Wenn dieser Nerven-Schaltkreis rhythmisch Signale feuert, stößt die Fledermaus etwa eine halbe Sekunde später Laute aus. Dabei schien die Art des Rhythmus zu bestimmen, ob es sich um Echo-Ortung oder Kommunikationslaute handelte.

Da sich innerhalb einer halben Sekunde jedoch kaum eine Voraussage treffen lässt, schrieben die Frankfurter Forscher ein Computerprogramm, das ihre Hypothese testete: Der Computer analysierte die aufgezeichneten Laute getrennt vom neuronalen Rhythmus und stellte dann anhand der verschiedenen Rhythmen Prognosen. Das Ergebnis: Zu rund 80 Prozent lag der Rechner mit seinen Vorhersagen Ortungsruf versus Kommunikationslaut richtig. Die Vorhersagen waren besonders genau, wenn Signale vom Stirnlappen berücksichtigt wurden. Beim Menschen wird diese Hirnregion unter anderem mit der Planung von Handlungen in Verbindung gebracht.

Einsichten in menschliche Sprache gewinnen

Der neuronale Rhythmus der Fledermaus gleicht einem Rhythmus, der häufig am menschlichen Kopf gemessen werden kann, stellten die Forscher fest. Sie folgern daraus, dass dieser Typ des neuronalen Rhythmus generell mit der Lautbildung von Säugetieren zusammenhängen könnte. „Fledermäuse dienen seit mehr als 50 Jahren als Tiermodel zur Untersuchung, wie das menschliche Gehirn Hörreize verarbeitet und wie sich die menschliche Sprache entwickelt“, sagt Hechavarria. „Wir konnten jetzt erstmals zeigen, wie voneinander entfernte Hirnregionen bei der Fledermaus während der Lautbildung miteinander kommunizieren. Gleichzeitig wissen wir, dass die entsprechenden Gehirnnetzwerke bei Menschen gestört sind, die beispielsweise als Folge einer Parkinson-Krankheit stottern oder bei einem Tourette-Syndrom unwillkürliche Laute ausstoßen. Daher hoffen wir, dass wir mit der weiteren Untersuchung der Fledermaus-Lautbildung zu einem besseren Verständnis dieser menschlichen Krankheitsbilder beitragen können.“

Originalpublikation: Kristin Weineck, Francisco García-Rosales, Julio C. Hechavarria: Fronto-striatal oscillations predict vocal output in bats, PLOS Biology, DOI 10.1371/journal.pbio.3000658

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