Hjernens og sprogets udvikling

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

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

Hjernen er en skulptur, der formes af erfaringen
Synaptogenese
Beskæring

Metabolisme som en funktion af alder
Metabolism (sugar)
Age

Grå og hvid substans

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

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

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

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

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).

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

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

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).

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

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.