Hjernens og sprogets udvikling Christian Gerlach Learning Lab Denmark University of Århus Hjernens ontogenetiske udvikling Begrænsninger i vores viden om hjernens ontogenese Sprogets udvikling Ikke-klassiske sprogområders betydning for sprog Hjernens ontogenetiske udvikling 1
Et par facts: Hjernens mindste funktionelle enhed er neuronet. I fosterstadiet dannes der ca. 250.000 nye neuroner i minuttet. Slutprodukt: Ca. 15-32 milliarder neuroner ved fødslen. Og så går det ned ad bakke: -100 g. (ca. 8 %) ved de 70. Neuroner er langsomme: 100 m/s. Men; hvert neuron er forbundet med op til 15.000 andre neuroner. Indtil for nyligt (< 15 år) var det en almindelig antagelse at hjernen var færdigudviklet i 6-7 årsalderen Rækkefølgen hvormed forskellige områder i hjernen modnes Paul Flechsig, 1901 Metabolisme som en funktion af alder Metabolism (sugar) Age Chugani 1998. Preventive Medicine 2
Hjernen er en skulptur, der formes af erfaringen Synaptogenese Beskæring Metabolisme som en funktion af alder Metabolism (sugar) Age Grå og hvid substans 3
Hjernens modning i tid Giedd et al. 1999. Nature Billeddannelse af nervebaner (DTI) Højdepunkt for mængden af grå substans i udvalgte områder af hjernen 12 år 5 år 16½ år 4
Og hvad er det nu lige det betyder? Øgning af grå substans: Læringspotentiale + Effektivisering - Øgning af hvid substans: Effektivisering + Læringspotentiale - Voksenalderen Et skift fra synaptogese og beskæring til forstærkning og svækkelse af synapser Fysiologiske forandringer sker gennem hele livet: Hjernen er plastisk Draganski et al. 2004. Nature 5
Begrænsninger i vores viden om hjernens ontogenese Problem 1: De fleste studier der har undersøgt hjernens ontogenetiske udvikling har ikke samtidigt undersøgt adfærdsmæssig (kognitiv) udvikling. Sammenhænge mellem strukturelle ændringer i hjernen og udviklingsmæssige ændringer i adfærd og kognition hviler derfor på indirekte slutninger Problem 2: De fleste studier der har undersøgt hjernens ontogenetiske udvikling har fokuseret på den modale (gennemsnitlige) udvikling og ikke på individuelle forskelle. Tværsnits- vs. længdesnits-undersøgelser 6
Udtalte individuelle forskelle i tætheden af grå substans Frontallapperne (grå substans) Alder Jernigan & Gamst 2005. Neurobiology of ageing Men hvordan ser de individuelle forskelle ud? Modning Alder Sprogets udvikling 7
Det grove billede Sakai 2005. Science Den voksne hjerne som model Anatomiske forskelle Temporallapperne er præget af en udtalt strukturel asymmetri der kan udgøre det anatomiske grundlag for specialiseringen af venstre og højre temporallap for henholdsvis sproglige og musiske funktioner (Disse anatomiske forskelle ses også hos døve). 8
Fonologi fmri-studie af 20 børn 2-3 måneder gamle Forlæns og baglæns tale: + fonologisk information + hurtige lydlige overgange - universel prosodi Forlæns + baglæns vs. stilhed Forlæns vs. baglæns Dehaene-Lambertz et al. 2002. Science Fonologi OT-studie af 14 (sovende) børn 2-5 dage gamle Rød = Forlæns tale, Grøn = Baglæns, Blå = stilhed Optical topography/ Near-infrared spectroscopy Peña et. al. 2003. PNAS Fonologi Frem til ca. 7 md. skelner børn mellem alle (universelt) forekommende fonologiske kontraster (/p/ vs. /k/) Herefter og frem til 12 md. aftager følsomheden for fonologiske kontraster, der ikke optræder i modersmålet, mens følsomheden for kontraster, der gør, øges. Følsomheden for fonologiske kontraster korrellerer med senere sprog-færdigheder (ex. ordforråd) Kuhl 2004. Nature Reviews Neuroscience 9
Fonologi Event-relaterede potentialer (ERP) hos 50 børn på 11 måneder Dereren forskelpå P- og N-respondenters senere vokabular: P > N Rivera-Gaxiola et. al. 2005. NeuroReport Prosodi OT-studie af 21 (sovende) børn Flad (-tonehøjde) > Normal Homae et. al. 2007. Neuroscience Research Segmentering af ord Følsomhed for fonologiske kontraster kan bruges til at afkode stavelser og kombinationer heraf. Nogle vil være hyppige, andre sjældne. Statistiske træk -> ord-segmentering Prosodi: Begyndelser og endelser på ord afviger i tryk (dansk har ofte tryk på begyndelsen af ord). Tryk -> ord-segmentering Noget tyder på, at ord-segmentering indtil ca 7 md. hviler på statistiske træk hvorefter tryk dominerer. Kuhl 2004. Nature Reviews Neuroscience 10
Ansigter vs. ord Er den sensitive periode for fonologiske kontraster et udtryk for en særlig sproglig parathed? 6 md. Er lige gode til at skelne mellem menneskeog abeansigter 9 md. Er, som voksne, bedre til at skelne mellem menneske- end abeansigter Pascalis et al. 2002. Science Myelinisering MR: 48 børn (8 med mindre neurologiske anomalier) 1 md. -3 år. Wernickes område modnes tidligere end Brocas: Sprogperception er på plads tidligere end sprogproduktion Pujol et al. 2006. Neurology (Tentative) Konklusioner De neurale områder, der understøtter sprog, er på plads meget tidligt i livet. De sprogfunktioner, som de understøtter, undergår kvantitative snarere end kvalitative forandringer gennem livet. Dette peger på en genetisk disposition for sprog. Udviklingen af sprog er dog kraftigt betinget af erfaring. Der findes givetvis sensitive perioder for optimal sprogudvikling, men næppe nogle kritiske. Det er givetvis erfaring (sproglig påvirkning), der lukker af for plasticiten (læring former hjernen). 11
Ikke-klassiske områders betydning for sprog Kategori-specifikke genkendelsesforstyrrelser Paraply: Anordning til at beskytte mod regn Kompas: Redskab til at fortælle dig hvilken vej du går Skovl: Et metalredskab til at grave huller i jorden Giraf: Fugl, ved ikke hvad den bruges til Frø: Fugl uden vinger Næsehorn: Dyr, kan anvendes som føde Hundehvalp: Plante/træ af en eller anden slags Afgør om billedet forestiller en rigtig ting eller en nonsensting Afgør om billedet forestiller en naturlig eller menneskeskabt ting 12
En mulig kobling mellem motoriske funktioner og begrebsforståelse Gerlach et al. 2002. Journal of Cognitive Neuroscience Referencer Chugani, H. T. (1998). A critical period of brain development: studies of cerebral glucose utilization with PET. Preventive Medicine 27: 184-188. Dehaene-Lambertz, G., Dehaene, S., & Hertz-Pannier, L. (2002). Functional Neuroimaging of Speech Perception in Infants. Science 298: 2013-2015. Draganski, B., Gaser C., Busch, V., Schuierer, G., Bogdahn, U., & May, A. (2004). Changes in grey matter induced by training: Newly honed juggling skills show up as a transient feature on a brainimaging scan. Nature 472: 111-112. Gerlach, C., Law, I., & Paulson, O. B. (2002). When action turns into words. Activation of motor-based knowledge during categorization of manipulable objects. Journal of Cognitive Neuroscience 14: 1230 1239. Giedd, J. N., Blumenthal, J., Jeffries, N. O., Castellanos, F. X., Liu, H., Zijdenbos, A. et al. (1999). Brain development during childhood and adolescence: a longitudinal MRI study. Nature Neuroscience 2:861-863. Homae, F., Watanabe, H., Nakano, T., & Taga, G. (2007). Prosodic processing in the developing brain. Neuroscience Research 59: 29-39. Jernigan, T.L. & Gamst, A.C. (2005). Changes in volume with age-consistency and interpretation of observed effects. Neurobiology of Aging 26: 1271-1278. Kuhl, P. K. (2004). Early language acquisition: cracking the speech code. Nature Reviews Neuroscience 5: 831-843. Pascalis, O., de Haan, M., & Nelson, C. A. (2002). Is Face Processing Species-Specifc During the First Year of Life? Science 296: 1321-1323. Pena, M., Maki, A., Kovacic, D., Dehaene-Lambertz, G., Koizumi, H., Bouquet, F., & Mehler, J. (2003). Sounds and silence: An optical topography study of language recognition at birth. PNAS 30: 11702-11705. Pujol, J., Soriano-Mas, C., Ortiz, H., Sebastian-Galles, N., Losilla, J. M., & Deus, J. (2006). Myelination of language-related areas in the developing brain. Neurology 66: 339-343. Rivera-Gaxiola, M., Lindsay Klarman, C. A., Garcia-Sierra, A., & Kuhl, P. A (2005). Neural patterns to speech and vocabulary growth in American infants. NeuroReport 16: 495-498. Sakai, K. L. (2005). Language Acquisition and Brain Development. Science 310: 815-819. 13