De hersenen aan het woord

Gedachten omzetten in woorden en zinnen; woorden en zinnen registreren en interpreteren. Daar gaat het om bij taalproductie en taalverwerking. Welke gebieden in de hersenen zijn daarbij betrokken? En zijn dat bij iedereen dezelfde gebieden?

Spreken en verstaan van taal gaan razendsnel, ofschoon de onderliggende neurale mechanismen uiterst complex zijn. Het duurt niet langer dan een halve seconde om na het zien van een eenvoudig plaatje uit te spreken wat daarop is afgebeeld. Elk stap in het proces dat uiteindelijk leidt tot het uitspreken of het horen van een woord of een zin neemt niet veel meer dan 100 tot 200 milliseconden in beslag.

Neuropsycholoog Peter Hagoort, hoogleraar aan de Katholieke Universiteit te Nijmegen en directeur van het daar gevestigde F.C. Donders Centre for Cognitive Neuroimaging: ‘De verschillende stappen corresponderen met verschillende gebieden in de hersenen. Bij de meeste mensen zijn de belangrijkste taalfuncties op de linkerhersenhelft gesitueerd, vooral in het gebied rond de groeve van Sylvius, de frontaalkwab, en de temporaalkwab. Daar liggen ook de bekende gebieden van Broca (frontaal) en Wernicke (temporaal). Beschadigingen in het perisylvische gebied leiden, zoals bekend, tot verschijnselen van afasie.’

Met geavanceerde hersenscantechnieken zoals fMRI en PET is inmiddels aangetoond dat er veel meer hersengebieden betrokken zijn bij taal dan die klassieke regio’s. Hagoort: ‘De “handboekgedachte” dat productie-afasie het gevolg is van een laesie in het gebied van Broca, terwijl het begrijpen van taal vooral aangedaan zou zijn bij een laesie in het gebied van Wernicke, is veel te simplistisch. Beide laesies leveren zowel problemen op met het produceren als met begrijpen van taal. Bovendien is de correlatie tussen het type uitvalsverschijnsel dat de neuroloog aantreft en de laesie in het algemeen verre van perfect. Dat heeft ook te maken met de grote individuele variatie in de wijze waarop het taalsysteem in de hersenen is gerepresenteerd. Die variatie is waarschijnlijk groter dan die van het motorische of het primaire visuele systeem. Misschien omdat het zich evolutionair later heeft ontwikkeld. Daar komt bij dat de omvang van de laesie niet bepalend blijkt voor de ernst van de stoornis. Ik heb patiënten gezien met een zeer omvangrijke laesie met minimale taaluitvalsverschijnselen en omgekeerd, patiënten met een zeer focale laesie met een behoorlijk ernstige vorm van afasie.’

Netwerk

‘Eigenlijk is dat geen verrassing’, aldus Hagoort. Bij hogere cognitieve processen zoals spreken en verstaan, werken verschillende hersengebieden nauw samen. Een beschadiging in een dergelijk netwerk heeft daarom niet alleen lokale gevolgen, maar beïnvloedt, zegt hij ‘tevens de neurale orkestratie van het gehele systeem’. Hagoort: ‘Het taalvermogen is evenals andere hogere cognitieve functies zowel gelokaliseerd als gedistribueerd in de hersenen verankerd. Bepaalde gebieden in het brein zijn noodzakelijk en verantwoordelijk voor ons taalvermogen. Maar tegelijkertijd zijn de verschillende onderdelen van het taalvermogen de uitkomst van een neurofysiologisch proces waarbij de verschillende hersengebieden worden ingeschakeld en hun activiteit in de tijd op elkaar is afgestemd.

Precies daarom is het volgens de Nijmeegse neuropsycholoog zo noodzakelijk om beelden van hersenstructuren aan te vullen met registraties van hersenactiviteit. Zo kan een (globaal) beeld ontstaan van bijvoorbeeld het neurale netwerk dat betrokken is bij het spreken van losse woorden. Afhankelijk van de taak - proefpersonen wordt gevraagd een plaatje te benoemen of een woord uit te spreken - begint het proces in de occipitale, ventro-temporale of anterieur-frontale regio’s van het brein. De volgende stap is de selectie van een zogenaamd lexicaal concept: als een spreker heeft besloten dat hij het concept boom wil gebruiken, moet dat worden opgezocht in het mentale lexicon, dat deel uitmaakt van het geheugen. Vervolgens selecteert het brein de bijpassende woordinformatie. Daarbij is vermoedelijk de middelste temporaalgyrus betrokken. De neurale activiteit verspreidt zich vervolgens naar het gebied van Wernicke waar de opgeslagen fonologische codes - de klankpatronen - voor woorden worden opgehaald. Die gegevens gaan naar het gebied van Broca of naar het middengedeelte van de linker bovenste temporaalschors voor fonologisch codering van de lexicale concepten.

In de laatste fase worden sensorisch-motorische gebieden die betrokken zijn bij de articulatie van woorden geactiveerd, met name delen van het cerebellum en de primaire motorische en sensorische gebieden op de linkerhersen- helft. Maar ook een deel van de motorschors op de rechterhemisfeer wordt actief.

Humor

Inderdaad, de rechterhersenhelft, terwijl de linkerhersenhelft toch bij uitstek het ‘talige’ gedeelte van het brein is. Wie gokt dat de linkerhersenhelft de ‘taalhemisfeer’ is, gokt dan ook meestal goed. Slechts bij minder dan 20 procent van de linkshandigen is taal bilateraal of hoofdzakelijk rechtshemisferisch gerepresenteerd. ‘Maar’, legt Hagoort uit, ‘dat wil niet zeggen dat onder normale omstandigheden de rechterhersenhelft geen rol speelt in ons taalvermogen. Laesies in die hersenhelft mogen dan weliswaar niet tot cruciale uitval van taalfuncties leiden, soms leiden ze wel tot een vrij monotone spraak en, belangrijker nog, patiënten blijken de dubbele gelaagdheid van taal niet meer te appreciëren. Ze verliezen hun gevoel voor humor.’

Het belang van het samenspel tussen linker- en rechterhersenhelft is jaren geleden door de Amerikaan Howard Gardner al eens als volgt geïllustreerd: Stel, onze hersenhelften gaan allebei naar een film van de Marx Brothers. De linkerhersenhelft zal zich vooral tot Groucho’s woordspelletjes aangetrokken voelen; de rechterhelft, visueel gevoelig als deze is en gespitst op subtiliteiten en nuances, vindt Harpo’s clownerieën het leukst. Maar het nonsensicale samenspel uit hun films is pas écht te genieten als beide hersenhelften samenwerken via het corpus callosum.

Neurochirurgen kunnen natuurlijk maar beter niet gokken in welke hersenhelft de taalfuncties voornamelijk zijn gehuisvest. Zij moeten dat zeker weten, en hoe gedetailleerder hun kennis over de locatie van de essentiële taalgebieden, hoe beter voor de patiënt. Chirurgen komen daar onder andere achter door in het perisylvische gebied zo’n twintig loci elektrisch te stimuleren, terwijl de patiënt een plaatje tracht te benoemen. Meestal worden er wel enkele plekken gevonden die bij stimulatie de benoeming doen stokken. Dergelijke taalgebieden liggen bij elke patiënt weer ergens anders - ziedaar opnieuw de individuele verschillen. Met behulp van technieken als fMRI en PET zijn die plekken nog veel preciezer in beeld te brengen.         Hagoort is betrokken bij een project van het UMC te Utrecht waarin dat gebeurt. Het gaat daarbij om zwaar epileptische patiënten bij wie de focus van de epilepsie operatief wordt verwijderd. Hagoort: ‘Tot nu toe gaat het om experimentele toepassing. Scantechnieken brengen immers ook altijd ruis met zich mee, en je wilt dat de signaal-ruisverhouding zodanig is dat je altijd en bij elke patiënt voldoende betrouwbaar kunt meten. Dat moeten we nog onder de knie krijgen.’

Plasticiteit

Een andere klassieke opvatting (‘bijna een dogma’, meent Hagoort) die vooral de laatste jaren onder vuur is komen te liggen, is het idee dat rond de puberteit de ontwikkeling van de hersenen voltooid zou zijn. ‘We weten nu dat ook in het volwassen brein nieuwe zenuwcellen worden aangemaakt waarvan de functionele betekenis overigens nog grotendeels onduidelijk is. Bovendien blijkt het brein in functionele zin uitermate plastisch. Dat wil zeggen: de effectiviteit van het neurale vuurpatroon neemt bij herhaalde toepassing van bepaalde functies toe, of juist af. Neem het benoemen van een object. Hoe vaker je dat doet, hoe sneller dat gaat. Dat frequentie-effect is ook aan te tonen met behulp van fMRI. Delen van de frontaalkwab nemen toe in activiteit, terwijl de gebieden die bij eerste keer benoemen betrokken waren, in activiteit afnemen. Belangrijkste vraag is natuurlijk hoe we bij beschadiging van het taalsysteem die plasticiteit kunnen mobiliseren om zoveel mogelijk functioneel herstel te bewerkstelligen.’

Potentialen

De hersenen beschikken over gescheiden verwerkingscircuits voor het analyseren van de structuur (de syntaxis: de regels voor de woordvolgorde bij zinsvorming) en de betekenis (de semantiek) van taaluitingen. Dat is onder andere aan het licht gekomen met behulp van elektrofysiologische experimenten. Proefpersonen krijgen zinnen aangeboden, terwijl bij hen een EEG wordt afgenomen. Door de afzonderlijke stukjes EEG die na zo’n stimulus optreden te middelen is een karakteristiek patroon van pieken en dalen verkregen. Die vertegenwoordigen bepaalde hersenpotentialen of ERP’s: event-related-potentials. De aanname is dat verschillende hersenpotentialen worden opgewekt door verschillende groepen van hersencellen. ERP’s hebben een negatieve of een positieve polariteit. (Wat bij ERP-registraties wordt opgepikt is een potentiaalverandering van een actieve elektrode ten opzichte van een inactieve referentie-elektrode).

Eén zo’n ERP staat bekend als de N400. Dat betekent dat een negatieve piek in het EEG zichtbaar is ongeveer 400 milliseconden nadat een woord is aangeboden. Het blijkt dat de amplitude van deze piek wordt beïnvloed door de mate waarin betekenissen van woorden in een zin samenhangen. Hoe makke-    lijker een woord is in te passen in een gegeven context, hoe kleiner de amplitude.

Hagoort geeft een voorbeeld. ‘Neem de zinnen: “De jongen stopt het snoepje in zijn mond na afloop van de les” en “De jongen stopt het snoepje in zijn zak na afloop van de les”. Beide uitspraken zijn perfect te begrijpen. Toch zal er een verschil zijn in de amplitude van de N400-potentiaal. Zin nummer één heeft een lagere piek dan nummer twee, simpelweg omdat de hersenen het woord “mond” eerder verwachten dan het woord “zak”.’

Hagoort en zijn medewerkers hebben een equivalent van deze potentiaal gevonden die uitsluitend betrekking heeft op de syntactische structuur van een zin. Als proefpersonen betekenisloze zinnen krijgen aangeboden als: “De gelaarsde gitaar kookte tijdens de ijzeren verjaardag” of “ De gelaarsde gitaar kookten tijdens de ijzeren verjaardag”, dan registreren ze de laatste zin feilloos als syntactisch niet correct. Dat gaat gepaard met een, in dit geval, positieve ERP die zijn piek bereikt na ongeveer 600 milliseconden. Vandaar de naam: P600.

Compensatie

Deze ERP’s zijn in de eerste plaats interessant omdat ze aantonen dat een onderscheid dat taalkundigen al sinds jaar en dag maken - het verschil tussen semantiek en syntaxis - ook op neurofysiologisch niveau bestaat. Maar ze kunnen ook van pas komen in het onderzoek naar en de behandeling van afasie.

Hagoort: ‘Door vooraf, tijdens en na een logopedische behandeling taalgevoelige ERP’s te meten, hebben we wellicht een objectieve maat voor het succes van zo’n therapie in handen. En op termijn kunnen we met behulp van die ERP-effecten betere diagnoses stellen. We kunnen ze gebruiken om de vraag te beantwoorden of bij een patiënt met een taalstoornis voornamelijk de betekenisanalyse niet goed functioneert of dat zijn syntactische analyse niet naar behoren verloopt.’

ERP’s kunnen daarbij zichtbaar maken welke compensatiestrategieën het brein inzet om toch nog tot een interpretatie van een taaluiting te komen. Bij patiënten bij wie de syntactische analyse hapert (agrammatisme) vertoont de P600-potentiaal bijvoorbeeld geen piek bij een schending van de grammaticale regels. Maar de andere maat, N400, blijkt wel te functioneren. Hetgeen betekent dat deze patiënten taal uitsluitend op semantisch niveau verwerken. ‘Ze interpreteren woorden lineair, een voor een, alsof je ze een woordenlijst aanbiedt’, zegt Hagoort. ‘In de trant van “man appel eten”. Dat is geen zin, maar voor hen is het niettemin een betekenisvolle mededeling.’

Denken

Dat mensen bij wie het taalsysteem ernstig gestoord is, zich een weg moeten zoeken in een wereld die ze als chaotisch en betekenisloos ervaren, is een misvatting, aldus Hagoort. ‘Het gaat niet om een algemene cognitieve achteruitgang, zoals bij de ziekte van Alzheimer. Maar dat neemt niet weg dat de we vraag moeten stellen hoe taal en denken zich tot elkaar verhouden. Ik herinner mij een patiënt die een plaatje omschreef als “man leest de radio” - in plaats van de krant. Toch kende hij wel degelijk het verschil tussen een radio en een krant: hij kon alleen niet meer de juiste woorden bij de juiste gedachten uit het geheugen opdiepen.

Gedachten hoeven op zichzelf niet talig te zijn: wiskundigen bijvoorbeeld denken niet per se in woorden. Maar natuurlijk beïnvloeden taal en denken elkaar wel. Flarden van gedachten sturen het proces van taalproductie, maar vervolgens beïnvloeden woordkeus en zinsvorming weer de gedachtevorming: het is een cyclisch proces.’

Die wederzijdse beïnvloeding kan ook op een fundamenteler niveau spelen. Hagoort: ‘Er zijn talen waarin geen woorden bestaan voor links of rechts. Mensen die een dergelijke taal spreken, oriënteren zich in de ruimte met behulp van een absoluut referentiesysteem, vergelijkbaar met noord-zuid en oost-west. Persoon A zit naast persoon B. Ook als B zich omdraait, blijft A in dezelfde positie en verandert rechts niet in links of omgekeerd. Dat heeft uiteraard gevolgen voor de wijze waarop deze mensen denken over ruimte en richting, en ook in die zin is er dus een wisselwerking tussen taal en denken.’ <<

Apentaal

De gedachte dat taal, zoals de beroemde Amerikaanse linguïst Noam Chomsky heeft betoogd, een typische menselijke vaardigheid is, een faculteit die als het ware plotseling in de evolutie naar voren trad, is niet meer van deze tijd. Peter Hagoort: ‘Het is ook een onzinnige gedachte. Chomsky is in dat opzicht geen Darwiniaan, hij ziet geen voorlopers van de taal, terwijl die er wel degelijk zijn.’ Niettemin is er (nog steeds) een heftig debat gaande over de mate waarin primaten zoals chimpansees en bonobo’s in staat zijn tot het gebruik van symbolen. Kenmerkend voor het menselijk taalgebruik is dat we met een eindig aantal symbolen en een beperkt aantal combinatieprincipes een oneindig aantal zinnen kunnen genereren. Apen zijn niet in staat voortdurend nieuwe boodschappen te genereren. Ze hebben weliswaar geen gebrek aan concepten en kunnen omgaan met abstracte begrippen als ‘gelijk’ en ‘ongelijk’, maar met syntactische categorieën kunnen ze niet overweg. De interessante vraag is daarom volgens velen niet zozeer: Hebben apen taal?, maar: Welk mechanisme missen apen dat ten grondslag ligt aan de menselijke taalaanleg?

Ook anatomisch en neurofysiologisch zijn er verschillen tussen mensen en (andere) primaten: de menselijke neocortex is veel omvangrijker en overeenkomstige anatomische structuren hebben verschillende functies. Zo blijkt het gebied van Broca homoloog aan het gebied F5 bij primaten. De neuronen van F5 vuren als primaten grijpbewegingen maken, of als ze anderen dat zien doen. Is F5 daarmee qua functie een voorloper van het gebied van Broca? Misschien wel. Hagoort: ‘Recentelijk is door die vondst een oude gedachte weer actueel geworden: dat wij de wijze waarop wij de buitenwereld interpreteren op de een of andere manier omzetten in de handelingscomponent daarvan. Ik bedoel: de waarnemer van taal zou op neuraal niveau - men spreekt van mirrorneurons - de articulatorische bewegingen die het spreken mogelijk maken als het ware spiegelen, zoals apen dat doen met die grijpbewegingen. Dus: spraakwaarneming zou in zekere zin identiek zijn aan spraakproductie. Het is een omstreden theorie, dat wel.’