marc wittmann / ernst pöppel

 

Neurobiologie des Lesens

 

In: Bodo Franzmann et al., Handbuch Lesen, München 1999, S. 224-236 (ohne Literaturangaben)

 

Für den Lesenden ist das Lesen einzelner Wörter oder eines Textes wie ein Kinder­spiel, meist können wir ohne Anstrengung die Bedeutung eines Textes erfassen. Beim Lesen transzendieren wir die aufs Blatt gedruckten Zeichen, wir gleiten fast unmerklich in eine Welt aus abstrakten Gedanken oder tiefen Gefühlen. Die Sinn­entnahme aus Texten, die auf der erfahrungsweltlichen Ebene so mühelos gelingt, ist deshalb naturwissenschaftlich noch lange nicht erklärt. Wenn man den Prozeß des Lesens zum neurobiologischen Untersuchungsgegenstand wählt, zeigt sich, daß hier ein äußerst komplexes Geschehen vorliegt.

. Diese lassen sich gliedern in Systeme der 1. Reizaufnahme (Wahrnehmung), 2. Bearbeitung (Lernen, Gedächtnis, Assoziation), 3. gefühlsmäßige Bewertung (Emotionen) und 4. willentliche Aktionen (Motorik, Absichten) (Pöppel 1989). Anders ausgedrückt: Durch Augenbewegungen geleitet, gelangen optische Reize in Form von Buchstaben auf die Netzhaut des Auges (die Retina), wo sie umgewandelt werden, um dann als neuronale Information in ver­schiedene Teile des Gehirns geschickt zu werden. Es kommt beim bewußten Erkennen gelesener Worte zur Sinnentnahme, worauf wir etwa mit Zuneigung oder Abneigung reagieren können. Es wird dann neues Wissen, semantisches und bildhaftes, durch Speicherung im Gedächtnis aufgebaut, welches wiederum Grundlage dafür wird, wie wir neu zu lesende Texte auffassen und bewerten. Dieses durch Lesen errichtete Wissensgebäude kann letztendlich Teil unserer Persönlichkeit werden und ist von der Datenquelle, der Ausgangsbasis in Form von Buchstaben, zwar weit entfernt, doch davon abhängig.

 

1.    Von der Reizaufnahme und der Kontrolle der Augenbewegungen beim Lesen

 

. Es geht um die Kontaktstelle der äuße­ren und der inneren Welt, die bekanntlich Störungen unterworfen sein kann. Wenn beispielsweise die Rezeptoren in der Netzhaut fehlen oder aufgrund einer genetischen Erkrankung verlorengehen (z.B. Retinitis pigmentosa), dann fehlt der lesende Zugriff auf die Welt, oder er bricht zusammen, so wie er gelernt worden war. Es kann dann aber versucht werden, oft durch mühsame Anstrengung, einen anderen Sinneskanal, den Tastsinn, zum Lesen zu nutzen (über die Tastschrift).

Wenn wir lesen, dann richten wir jenen Punkt im Auge, der die beste Sehschärfe hat, auf die Worte, die im gegebenen Augenblick im Zentrum des Bewußtseins ste­hen. Dieser Punkt, die Fovea centralis in der Netzhaut, ist ein anatomisch speziell gekennzeichneter Bereich, in dem die Sinneszellen (ausschließlich Zapfen) beson­ders dicht angeordnet sind. Die anatomischen Bedingungen bestimmen also, wo wir beim Lesen hinschauen. Wie wesentlich dieser schärfste Punkt der Sehleistung für das Lesen ist, merken Patienten mit Störungen in diesem zentralen Bereich. Die Peri­pherie der Netzhaut ist viel weniger leistungsfähig, um Leseinformation aufzunehmen. Die Netzhaut als Eingangstor des Lesens ist aber eine komplexe und vor allem auch inhomogene Struktur, die über dem Thalamus mit dem visuellen Cortex im Hinter­hauptlappen der Großhirnrinde in Verbindung steht.

Die visuelle Information ist in dem Stimulationsmuster der aktivierten Rezeptoren enthalten, wobei so unterschiedliche Reizqualitäten wie Farbe, Helligkeit, Form oder auch Bewegung für den Wahrnehmungseindruck übermittelt werden müssen. Zwei neuronale Leitungsbahnen sind dabei identifiziert worden, die an der raumzeitlichen Auflösungsfähigkeit des Betrachteten beteiligt sind. Die magnozelluläre Leitungs­bahn (die Zellen dieser Bahn werden kurz M-Zellen genannt) verarbeiten die Akti­vität von Photorezeptoren über der gesamten Retina, während die parvozelluläre Leitungsbahn (bestückt mit P-Zellen) Informationen aus den zentralen Anteilen der Retina (vor allem aus fovealen und parafovealen Bereichen) weiterleitet. Diese beiden Leitungsbahnen unterscheiden sich funktional: Die elektrophysiologische Weiterleitungsrate der M-Leitungsbahn ist deutlich schneller als die der P-Leitungsbahn, M-Zellen können deshalb auch stärker von sich schnell bewegenden Stimuli ange­sprochen werden. Die P-Zellen hingegen haben eine höhere räumliche Auflösungs­fähigkeit von Umgebungsreizen. Zusammenfassend kann man sagen, daß Reize mit niedriger räumlicher Komplexität und hoher zeitlicher Frequenz die M-Leitungsbahn ansprechen, Reize mit hoher räumlicher Komplexität und niedriger zeitlicher Frequenz die P-Leitungsbahn aktivieren (Lehmkule 1993).

Auf welche Weise sind nun die beiden Leitungsbahnen am Leseprozeß beteiligt? Wenn wir lesen, vollführen unsere Augen typische Blicksprünge (Sakkaden) über die Zeilen hinweg zu bestimmten Punkten, die ganz kurz fixiert werden, wobei die Größe dieser Blicksprünge einerseits von der Struktur der Buchstaben, andererseits aber auch vom Inhalt des Gelesenen abhängig ist. Diese Sakkaden werden durch ein im Gehirn weiträumig verteiltes okulomotorisches Netzwerk gesteuert, welches automatisch oder unter Willkürkontrolle funktioniert (Büttner/Büttner-Ennever 1988). Lesen zeichnet sich durch ein Wechselspiel aus Fixationen und Sakkaden aus. Wäh­rend einer Fixation kann die Form und das Muster eines Reizes, der auf die Fovea stabil projiziert wird, durch das P-System effizient verarbeitet werden, was durch die funktioneile Eigenschaft der hohen räumlichen Auflösungsfähigkeit gewährleistet wird. Die M-Zellen verarbeiten dabei noch grob Information über die Raumlage von Stimuli auf der Retina, was wichtig ist, um okulomotorisch einen relevanten Reiz auf der Fovea zu plazieren (Lehmkule 1993).

Nach einer bestimmten Theorie ist nun das zeitliche Wechselspiel der Aktivität beider Leitungsbahnen entscheidend für das Gelingen des Leseprozesses (Breitmeyer 1980, 1993): Aufgrund der elektrophysiologischen Eigenschaften der P-Leitungsbahnen würde nämlich das während einer Fixation entstandene Abbild des betrach­teten Textteils bis zur nächsten Fixation überdauern, was eine Überlagerung der auf-einanderfolgenden Bilder zur Folge hätte. Durch die abrupt erfolgende Sakkade aber entsteht eine plötzliche Veränderung des Retinabildes, was durch die zeitlichen Eigen­schaften der M-Leitungsbahnen schnell registriert wird, woraufhin die noch andauernde Aktivität im P-System unterdrückt wird. Durch die aufeinanderfolgenden Fixationen und Sakkaden werden somit abwechselnd die P- und die M-Zellen aktiviert. Ent­scheidend dabei ist also das Funktionieren und die korrekte zeitliche Abstimmung der beiden Prozeßkomponenten. In Studien konnte nachgewiesen werden, daß viele Menschen mit spezifischen Leseschwierigkeiten ein Defizit in der Sensitivität der M-Leitungsbahnen aufweisen, was sich u.a. in einer Beeinträchtigung der zeitlichen Auflösungsfähigkeit zeigt (Lovegrove/Williams 1993). Vorstellbar ist, daß diese Personen wegen der Funktionsbeeinträchtigung des M-Systems die einzelnen Fixa-tionsabbilder nicht als eindeutig zeitlich getrennt wahrnehmen, sondern daß es zu Überlagerungen kommt, die das Lesen erschweren.

Eine weitere Theorie, welche die Befunde einer Dysfunktion des magnozellulären Systems berücksichtigt, bezieht die anatomischen Verbindungen der M-Zellen zu posterioren Anteilen des parietalen Cortex ein (Stein/Walsh 1997). Dieser Teil des Großhirns ist wesentlich an der Kontrolle von Augenbewegungen und räumlicher Aufmerksamkeit beteiligt - wichtige Komponenten beim Lesen. Durch eine funktio-nelle Beinträchtigung des magnozellulären Systems, das an der Kontrolle der Au­genbewegungen entscheidend Anteil hat, könnte die binokulare Fixation destabili­siert werden. Resultat solch einer Störung wäre, daß die Abbilder der Buchstaben, welche die zwei Augen zunächst unabhängig voneinander einfangen, vom Leser nicht deckungsgleich wahrgenommen werden könnten, was zu einer Verzerrung des zu lesenden Textes führen würde. Unabhängig von den Theorien und empirischen Befunden, die sich auf das Funktionieren der beiden Leitungssysteme beziehen, kann eine Beeinträchtigung der willkürlichen Steuerung von Augenbewegungen in der ex­perimentellen Situation bei Kindern mit Lese-Rechtschreibschwäche festgestellt werden (Biscaldi/Fischer/Aiple 1994): Auf das Lesen bezogen könnten fehlerhafte Blicksprünge zu einem erschwerten Lesefluß führen, was sich dann in Auslassungen oder falschen Leseergebnissen manifestieren würde. Insbesondere scheint die Fähig­keit, Sakkaden bei plötzlich auftauchenden Reizen unterdrücken zu können, von Wichtigkeit zu sein. Kinder mit Lese-Rechtschreibschwächen konnten im Vergleich zu im Lesen unauffälligen Kindern ihre Blicksprünge bei in der Peripherie auftau­chenden Stimuli schlechter unterdrücken; sie zeigten also Schwierigkeiten in der Willkürkontrolle ihrer Blickbewegungen (Fischer/Biscaldi/Hartnegg 1998).

 

 

2.   Zentrale Verarbeitungsmechanismen des Gehirns

 

Um den Leseprozeß als Ganzes unter neurowissenschaftlicher Sichtweise zu verste­hen, müssen einige Sachverhalte über zentrale neuronale Verarbeitungsmechanis­men, insbesondere auch über Sprache, dargestellt werden. Das Wissen um die Orga­nisation mentaler Funktionen stützt sich hauptsächlich auf zwei Methoden, die kom­plementär eingesetzt werden: 1. Die Erfassung von Defiziten bei Patienten mit eng umschriebenen Gehirnverletzungen aufgrund äußerer Einwirkung oder aufgrund eines Schlaganfalls. 2. Die Aufzeichnung von Hirnaktivität mit modernen bildgebenden Verfahren, während Probanden Aufgaben durchführen, so z.B. eine Rechenaufgabe bewältigen oder dargebotene Wörter lesen. Bei diesen computerunterstützten Verfah­ren handelt es sich um MEG (Magnetoenzephalographie) zur Erfassung kurzfristiger elektrischer Veränderungen im Gehirn; um MRI (Kernspintomographie; engl. magnetic résonance imaging) zur strukturellen Beschreibung und neuerdings auch zur funktio­neilen Diagnostik (fMRI); um PET (Positronen-Emissions-Tomographie) zur Erfas­sung chemischer Veränderungen und zur Beschreibung dynamischer Prozesse im Energieverbrauch oder in der Durchblutung des Gehirns. (Einen Überblick zu neuro-radiologischen Aktivierungsstudien bei der Erfassung sprachlicher Leistungen, ins­besondere auch beim Lesen, geben Ackermann/Wildgruber/Grodd 1997.)

Eine wesentliche Erkenntnis, die mit Hilfe dieser Verfahren gewonnen wurde, ist, daß beim Lesen, wie auch bei anderen komplexen kognitiven Operationen, gleich­zeitig verschiedene Areale des Gehirns aktiv sind. In diesen über das Großhirn ver­teilten Arealen werden Teil-Komponenten des komplexen Vorgangs bearbeitet, die - zu einem Ganzen integriert - z.B. Lesen ausmachen. Dabei können mindestens fünf Teil-Kompetenzen beim Verständnis von Sprache unterschieden werden: 1. Die lexi­kalische, 2. die semantische, 3. die syntaktische, 4. die sprachlautliche und 5. die prosodische Kompetenz (vgl. dazu auch Damasio/Damasio 1992).

Beim Lesen kommt natürlich noch die orthographische Kompetenz hinzu, also das Vermögen, Buchstaben in Wörtern korrekt zu verarbeiten. Diese scheinbar so triviale Aufgabenstellung kann aber für manche Patienten mit einer bestimmten Form von Lesestörung (der reinen Alexie) nur mit großer Mühe verbunden sein. Diese Patienten sehen zwar die Schrift, sie können aber die einzelnen Buchstaben und auch die Wör­ter als Ganzes nur sehr schwer erfassen (Woods/Pöppel 1974, Huber/Poeck/Sprin­ger 1991). Diese Form von Alexie tritt auf bei Verletzungen des linken Hinterhaupt­lappens, des Bereiches der Großhirnrinde, der an der Analyse des visuellen Inputs beteiligt ist. Man weiß, daß verschiedene Nervenzellverbände im visuellen Cortex auf bestimmte Orientierungen von Liniensegmenten reagieren (Hubel/Wiesel 1985). Da die Nervenzellen mit unterschiedlichen Eigenschaften aber räumlich voneinander getrennt sind, stellt sich natürlich die Frage, wie aus der räumlich getrennten Reprä­sentation der Liniensegmente die Wahrnehmung eines „A" im Gegensatz zu einem „H" möglich wird.

Hypothetisiert wird zur Zeit ein kortikaler Mechanismus, bei dem zeitlich syn­chron auftretende 40-Hz-Schwingungen reziprok miteinander verbundene, räumlich verteilte Funktionsareale binden könnte (Singer 1993). Eine zeitliche Bindungsfunk­tion, welche die Repräsentationen der Liniensegmente zu einem ganzen Buchstaben „binden" würde, wäre daher vorstellbar. Aber unabhängig davon, wie die neuronalen Mechanismen der Buchstabenwahmehmung dort ablaufen, ist ein intakter linksseitiger visueller Kortex Bedingung für das Erkennen der Schrift. Letztendlich können min­destens zwei linkshemisphärische Areale angenommen werden, die, falls beeinträchtigt, zu verschiedenen Formen von Alexie führen: 1. Im Hinterhauptlappen (führt zur reinen Alexie; tritt also ohne Schreibstörung, der Agraphie, auf, s.o.), 2. im Gyrus angularis, Teil des Scheitellappens. Dieses Areal wird auch als Schriftsprachzentrum bezeich­net. Eine Verletzung dieser Region kann zu einer schweren Form von Alexie mit einhergehender Agraphie führen (Benson 1985).

Wenn wir lesen, dann sind die erwähnten Teil-Kompetenzen stets gefordert, müs­sen die neuronalen Repräsentationen gleichzeitig aktiv sein. Parallel zu diesen Akti­vitäten gibt es solche in jenen Bereichen, in denen Information gespeichert sind, denn Gelesenes ist immer bezogen auf schon Vorhandenes; ohne Gedächtnis können wir nicht lesen, was sich in einfachster Weise im Buchstabenwissen ausdrückt, aber auch auf der abstrakten Ebene des Wissens gilt, denn eine Information wird immer bezogen auf schon im Gedächtnis repräsentiertes Wissen. Des weiteren ist neuronale Aktivität hervorgehoben in Bereichen, die die gefühlsmäßige Bewertung besorgen; es gibt kein geistiges Geschehen, das nicht von vornherein eingebettet ist in eine emotionale Bewertung (Pöppel 1993, Wittmann/Eisenkolb/Perleth 1997), die sich auf der Erlebnisebene im Interesse oder Desinteresse am Gelesenen widerspiegelt.

 

Abgesehen von den Studien an Patienten mit umschriebenen Verletzungen des Gehirns werden mit bildgebenden Verfahren an gesunden Personen die Areale der Großhirnrinde identifiziert, die mit den linguistisch beschreibbaren Teil-Kompetenzen-eine der großen Herausforderungen für Dichter und Schriftsteller. Prosodische Infor­mation wird vor allem durch die niedrigeren Frequenzen des Sprachsignals transportiert und dabei im Gehirn dominant rechtshemisphärisch verarbeitet (Ivry /Lebby 1998).

Beim Lesen kommt natürlich noch die orthographische Kompetenz hinzu, also das Vermögen, Buchstaben in Wörtern korrekt zu verarbeiten. Diese scheinbar so triviale Aufgabenstellung kann aber für manche Patienten mit einer bestimmten Form von Lesestörung (der reinen Alexie) nur mit großer Mühe verbunden sein. Diese Patienten sehen zwar die Schrift, sie können aber die einzelnen Buchstaben und auch die Wör­ter als Ganzes nur sehr schwer erfassen (Woods/Pöppel 1974, Huber/Poeck/Sprin­ger 1991). Diese Form von Alexie tritt auf bei Verletzungen des linken Hinterhaupt­lappens, des Bereiches der Großhirnrinde, der an der Analyse des visuellen Inputs beteiligt ist. Man weiß, daß verschiedene Nervenzellverbände im visuellen Cortex auf bestimmte Orientierungen von Liniensegmenten reagieren (Hubel/Wiesel 1985). Da die Nervenzellen mit unterschiedlichen Eigenschaften aber räumlich voneinander getrennt sind, stellt sich natürlich die Frage, wie aus der räumlich getrennten Reprä­sentation der Liniensegmente die Wahrnehmung eines „A" im Gegensatz zu einem „H" möglich wird.

Hypothetisiert wird zur Zeit ein kortikaler Mechanismus, bei dem zeitlich syn­chron auftretende 40-Hz-Schwingungen reziprok miteinander verbundene, räumlich verteilte Funktionsareale binden könnte (Singer 1993). Eine zeitliche Bindungsfunk­tion, welche die Repräsentationen der Liniensegmente zu einem ganzen Buchstaben „binden" würde, wäre daher vorstellbar. Aber unabhängig davon, wie die neuronalen Mechanismen der Buchstabenwahmehmung dort ablaufen, ist ein intakter linksseitiger visueller Kortex Bedingung für das Erkennen der Schrift. Letztendlich können min­destens zwei linkshemisphärische Areale angenommen werden, die, falls beeinträchtigt, zu verschiedenen Formen von Alexie führen: 1. Im Hinterhauptlappen (führt zur reinen Alexie; tritt also ohne Schreibstörung, der Agraphie, auf, s.o.), 2. im Gyrus angularis, Teil des Scheitellappens. Dieses Areal wird auch als Schriftsprachzentrum bezeich­net. Eine Verletzung dieser Region kann zu einer schweren Form von Alexie mit einhergehender Agraphie führen (Benson 1985).

Wenn wir lesen, dann sind die erwähnten Teil-Kompetenzen stets gefordert, müs­sen die neuronalen Repräsentationen gleichzeitig aktiv sein. Parallel zu diesen Akti­vitäten gibt es solche in jenen Bereichen, in denen Information gespeichert sind, denn Gelesenes ist immer bezogen auf schon Vorhandenes; ohne Gedächtnis können wir nicht lesen, was sich in einfachster Weise im Buchstabenwissen ausdrückt, aber auch auf der abstrakten Ebene des Wissens gilt, denn eine Information wird immer bezogen auf schon im Gedächtnis repräsentiertes Wissen. Des weiteren ist neuronale Aktivität hervorgehoben in Bereichen, die die gefühlsmäßige Bewertung besorgen; es gibt kein geistiges Geschehen, das nicht von vornherein eingebettet ist in eine emotionale Bewertung (Pöppel 1993, Wittmann/Eisenkolb/Perleth 1997), die sich auf der Erlebnisebene im Interesse oder Desinteresse am Gelesenen widerspiegelt.

Abgesehen von den Studien an Patienten mit umschriebenen Verletzungen des Gehirns werden mit bildgebenden Verfahren an gesunden Personen die Areale der Großhirnrinde identifiziert, die mit den linguistisch beschreibbaren Teil-Kompetenzen assoziiert sind. Im visuellen Kortex konnten dabei - komplementär zu den Studien an den hirnverletzten Patienten mit Alexie - funktionale Bereiche identifiziert werden, die an der orthographischen Verarbeitung beteiligt sind. Mit einer PET-Untersuchung an gesunden Probanden, die schriftliches Material dargeboten bekamen, konnten seitliche Anteile des linken Hinterhauptlappens mit der Verarbeitung von Buchstaben in Verbindung gebracht werden, während mittlere Anteile des linken Hinterhaupt­lappens mit der Verarbeitung der Form von ganzen Wörtern assoziiert waren (Petersen/Fox/Snyder/Raichle 1990).

Lautsprachliches Prozessieren beim Lesen geschieht in temporofrontalen Bereichen (also dem Schläfen- und dem Stirnlappen), wobei insbesondere mehrere Stellen des Frontallappens eine tragende Rolle spielen (eine fMRI Studie hierzu bei Pugh/Shaywitz / Shaywitz / Constable / Skudlarski / Fulbright / Bronen / Shankweiler / Katz / Fletcher/Gore 1996). Der Temporallappen gilt als „Multifunktionszentrum", das nicht nur an lautsprachlicher und semantischer, sondern auch an orthographischer In­formationsverarbeitung beteiligt ist. Die zentrale Bedeutung des Temporallappens für das Lesen wird aus vielen Studien ersichtlich, die belegen, daß viele Personen mit Legasthenie morphologische und funktionelle Unterschiede zu Vergleichspersonen in diesem Gebiet aufweisen (eine Übersicht geben Warnke/Wewetzer/Grimm 1998).

Zu einer Übereinstimmung der Ergebnisse der oben erwähnten fMRI-Studie mit Verletzungsstudien kommt es bei der Identifizierung der unteren Windung des Frontal­lappens, die sich bei der Lautanalyse als besonders aktiviert zeigte: Patienten mit Verletzungen in diesem Bereich haben Defizite bei der Diskriminierung verschiedener sprachlicher Laute (Blumstein/Baker/Goodglass 1977). Auch Aktivierungsstudien, welche das „innere Sprechen" zum Gegenstand haben komplementieren diese Befunde, da bei Probanden, die Worte „denken" sollten, die untere frontale Hirnwindung und angrenzende Areale - auch hier mit linksseitiger Dominanz - besonders aktiviert waren (Yetkin/Hammeke/Swanson/Morris/Mueller/McAuliffe/Haughton 1995).

Anteile der oberen und mittleren Windung des linken Temporallappens zeigten sich bei der fMRI-Studie (Pugh/Shaywitz/Shaywitz/Constable/Skudlarski/Fulbright/ Bronen/Shankweiler/Katz/Fletcher/Gore 1996) beim semantischen Verarbeiten der geschriebenen Wörter als am meisten spezialisiert. Auch hier stimmen die mit dem bildgebenden Verfahren gewonnen Erkenntnisse mit Ergebnissen aus klinischen Studien mit Gehirnverletzten überein, die zeigen, daß Aphasiker mit Verletzungs­gebieten des linken Schläfen- und Scheitellappens (Lobus temporalis und Lobus pa-rietalis) Schwierigkeiten bei der Erkennung der Bedeutung von Einzelwörtern haben (Hart/Gordon 1990). Interessanterweise konnten die bisher vorliegenden Aktivierungs­studien keine Beteiligung des Gyrus angularis, über zahlreiche Verletzungsstudien als Schriftsprachzentrum apostrophiert, nachweisen (Ackermann/Wildgruber/Grodd 1997), eine Tatsache, welche die Abhängigkeit der Ergebnisse und deren Interpretation von den eingesetzen Methoden deutlich macht.

Nicht alle Schriften sind jedoch Buchstabenschriften wie die unsere, bei welchen mit Hilfe eines Alphabets die sprachlichen Einzellaute (die Phoneme) notiert werden; das Repräsentationsrepertoire im Chinesischen und Japanischen sieht ganz anders aus (Miller 1993): Im Chinesischen steht ein spezifisches Zeichen für ein Wort oder

 

3.    Zeitliche Verarbeitungsmechanismen beim Lesen

 

Jegliche Aktivität erstreckt sich über die Zeit. Oftmals ist uns aber der Zeitfaktor gar nicht bewußt; denn wir erkennen problemlos die zeitliche Ordnung von Ereignissen oder können automatisch Handlungsabläufe zeitlich strukturieren.

 In diesem Zu­sammenhang haben v. Steinbüchel und Pöppel (1993) eine Klassifikation von Funk­tionen vorgenommen, die zum Verständnis der erhobenen Phänomene beiträgt. Dabei wird zwischen inhaltstragenden mentalen Funktionen wie Sprache, Gedächtnis oder Handlungsplanungen und logistischen Funktionen wie Aktivation oder zeitlicher Organisation unterschieden. Die logistischen Funktionen stellen dabei die Rand­bedingungen dar, die mentale Funktionsfähigkeit erst ermöglichen; ohne ein ausrei­chendes Aktivationsniveau und ohne die zeitliche Organisation neuronaler Prozesse könnten mentale Vorgänge nicht gelingen. Eine Verlangsamung in der zeitlichen Auflösungsfähigkeit könnte demnach eine Ursache für die manifesten Sprachpro­bleme der Patienten mit Aphasie sein (der genaue Zusammenhang wird weiter unten dargestellt).

Eine Verlangsamung des Lesens ist ebenfalls bei Patienten mit Störungen des visu­ellen Kortex beobachtet worden (Pöppel/Shattuck 1974): Eine Schädigung des Ge­hirns führte auch dann zu einer erheblichen Verlangsamung, wenn die Gesichtsfeld­beeinträchtigung weit außerhalb jener Bereiche lag, die für das Lesen wichtig sind. Daraus leitet sich ab, daß für das Lesen (wie für jede andere Tätigkeit) die Integrität des ganzen Systems - in diesem Fall des visuellen Kortex - erforderlich ist. Verlang­samung scheint stets mit lokalen Störungen zerebraler Module einherzugehen, was spezifische therapeutische Programme erfordert (s.u.).

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Bei der Messung der auditiven Ordnungsschwelle gibt es interessante Alterseffekte. Bei jungen Erwachsenen (zwischen 20 und 30 Jahren) wird üblicherweise ein Schwel­lenwert zwischen 20 ms und 40 ms registriert. Bei älteren Erwachsenen mit einem durchschnittlichen Alter von 50 Jahren wurden Ordnungsschwellen von ca. 60 ms erhoben (v. Steinbüchel/Wittmann 1997). Es ist ein normaler Befund, daß ältere Personen in Verhaltenstests weniger Punkte erzielen oder langsamer als jüngere sind, wie aus altersabhängigen Normtabellen deutlich abzulesen ist. Nicht nur im Erwach­senenalter verändert sich die zeitliche Auflösungsfähigkeit, sondern sie entwickelt sich auch im Kindesalter. In einer Longitudinalstudie konnte gezeigt werden, daß die Ordnungsschwelle bei Kindern im Alter zwischen sechs und neun Jahren von einem recht hohen Wert kontinuierlich bis zu einem niedrigeren Wert, der mit dem bei Er­wachsenen vergleichbar ist, sinkt (Veit 1992). In einer groß angelegten Studie mit 110 Kindern zweiter Schulklassen, die zwischen sieben und acht Jahre alt waren, wurde eine mittlere auditive Ordnungsschwelle von 109 ms gemessen (v. Steinbüchel/ Wittmann /Landauer 1998), ein Wert, der deutlich über dem der Erwachsenen liegt. Daraus kann man möglicherweise schließen, daß die Entwicklung der Zeitverarbei­tungsleistung mit der Sprachentwicklung einhergeht.

Nun hat man in Experimenten zur zeitlichen Ordnungsschwelle herausgefunden, daß Patienten mil Aphasie (Tallal/Newcombe 1978, v. Steinbüchel/de Langen/Wittmann 1996), Kinder mit allgemeinen Sprachentwicklungsverzögerungen (Tallal/Piercy 1973, Kegel 1990) und speziell Kinder mit Lese-Rechtschreibschwächen (Tallal 1980, v. Steinbüchel/Wittmann/Landauer 1998) erhöhte zeitliche Ordnungsschwellen aufweisen. Auch Erwachsene mit Dyslexie zeigen Schwierigkeiten bei der feinzeit­lichen Auflösungsfähigkeit von akustischen Reizen (Hari/Kiesilä 1996). Theoretisch wird der Zusammenhang zwischen der grundlegenden Fähigkeit zeitlicher Auflösungs­fähigkeit von akustischen Reizen und der Wahrnehmung gewisser Stopkonsonant-Vokal-Silben diskutiert (Miller 1990, v. Steinbüchel 1995, Bishop 1997). Diese las­sen sich nämlich nur unterscheiden, wenn die zeitlichen Charakteristika bestimmter spektraler Komponenten im Sprachsignal, die Stimmeinsatzzeit repräsentierend identifiziert werden. Hypothetisiert wird also, daß sich ein generelles Zeitverarbei­tungsdefizit auch auf die zeitliche Analyse des gehörten Sprachsignals auswirkt. Möglicherweise ist eine gestörte Zeitverarbeitung des akustischen Systems eine Ur­sache für eine sich entwickelnde Lese-Rechtschreibschwäche. Das grundlegende Zeitverarbeitungsdefizit wirkt sich dann auch auf die Verarbeitungsleistung bei den zeitkritischen Lauten aus, die dann auch für den schriftsprachlichen Bereich nicht re­präsentiert werden können. Es konnte nachgewiesen werden, daß vor allem bei Kin­dern mit Legasthenie, die auch ein Defizit im Verständnis von gesprochener Sprache haben, verschlechtert in der zeitlichen Verarbeitung sind (Tallal/Stark 1982). Eine neuere Studie konnte ein Drittel der untersuchten Kinder mit Lese-Rechtschreibschwäche als ebenfalls auffällig in der auditiven zeitlichen Ordnungsschwelle identi­fizieren (v. Steinbüchel/Wittmann/Landauer 1998). Diese Befunde zeigen, daß man bei der Erklärung von so komplexen Funktionen und ihren Störungen nicht mono­kausal argumentieren darf, daß vielmehr verschiedene Faktoren wirken. Als ein Faktor unter anderen ist die feinzeitliche Auflösungsfähigkeit sensorischer Information identifiziert.

Aus den diagnostischen Erfahrungen heraus wurden Trainingsmethoden entwik-kelt, um die erhöhten zeitlichen Ordnungsschwellen bei sprachauffälligen Personen zu verbessern. Die zugrunde liegende Idee läßt sich dabei folgendermaßen formulie­ren: Wenn ein Zusammenhang zwischen Zeitverarbeitung und Lautverarbeitung be­steht, kann eine durch ein Training verbesserte zeitliche Diskriminationsfähigkeit auch zu einer Verbesserung in der Erkennung der zeitkritischen Silben führen. Und so wurden Probanden in der Fähigkeit, die zeitliche Reihenfolge von Ereignissen zu identifizieren, trainiert. Einerseits konnte die kritische Schwelle, bei der die Proban­den die zeitliche Reihenfolge der Reize noch erkennen konnten, herabgesetzt wer­den, andererseits verbesserte sich auch die Lautunterscheidung bei zeitkritischen Stopkonsonant-Vokalsilben (wie/da/und/ta/). Bei einer Studie an Patienten mit Aphasie konnte ein rein zeitkritisches Training die Erfolge erzielen (v. Steinbüchel/ Wittmann/de Langen 1996, v. Steinbüchel/Wittmann/Pöppel 1996). Eine Gruppe Aphasiker mit erhöhten Ordnungsschwellen und Problemen in der Lautdiskrimination erhielt ein achtwöchiges Ordnungsschwellentraining. Zwei weitere Gruppen mit Aphasikern, die ebenfalls erhöhte Ordnungsschwellen und Defizite in der Lautwahr­nehmung (die Silben/da/und/ta/) aufwiesen, wurden in einer visuellen Diskrimina-tionsaufgabe oder einer Tonhöhenunterscheidungsaufgabe trainiert. Nach Trainings­ende konnten zwei Effekte beobachtet werden: Nur die Patientengruppe, die das zeit­kritische Training erhielt, verbesserte sich in der Höhe der Ordnungsschwelle. Eben­falls nur in dieser Experimentalgruppe konnte eine Verbesserung in der Erkennung von Stopkonsonant-Vokalsilben festgestellt werden. In einer weiteren Studie mit Kindern mit entwicklungsbedingten Sprachstörungen konnten ähnliche Erfolge eines zeitkritischen Trainings verzeichnet werden (Merzenich/Jenkins/Johnston/Schrei­ner /Miller/Tallal 1996). Hier konnten Erfolge nicht nur auf der Phonemerkennungs­ebene sondern auch auf komplexeren linguistischen Ebenen verzeichnet werden. Diese Trainingserfolge belegen erneut, wie grundlegend der zeitliche Verarbeitungs­mechanismus für das Funktionieren von Sprache ist. Außerdem wird deutlich, daß komplementär zum bereits vorhandenen therapeutischen Interventionsinventar, das auf den komplexen Sprachebenen wie dem Lexikon, der Semantik oder der Gram­matik ansetzt, die zeitliche Funktionsfähigkeit bei bestimmten Patienten oder Klienten trainiert werden kann.

Während der oben beschriebene zeitliche Gehirnmechanismus für die Verarbei­tung im Millisekundenbereich funktioniert, quasi die kleinsten zeitlichen Bausteine der Wahrnehmung formiert, in dem er für den Betrachter festlegt, welche Ereignisse vor welchen anderen stattfinden, gibt es auf einer anderen zeitlichen Ebene wahr­scheinlich einen Mechanismus, der die Elemente unserer Wahrnehmung in 2 bis 3 Sekunden-Intervalle strukturiert. Dieser Integrationsmechanismus wird zum Beispiel bei der Analyse von gesprochener Sprache kann ein Intervall von dieser Länge ge­messen werden. Alle 3 Sekunden wird unmerklich eine kleine Pause gemacht, ein weiterer Hinweis darauf, daß Sprechen der gleichen zeitlichen Strukturierung unter­worfen ist (Kowal/O'Connell/Sabin 1975).

Diese zeitliche Segmentierung in etwa 3 Sekunden dauernde Intervalle hat ver­mutlich auch eine Bedeutung für den Satzspiegel. Beim leisen Lesen, wenn also mit sakkadischen Blicksprüngen die Zeilen abgetastet werden, wird bei üblichen Satz­spiegeln etwa 3 Sekunden je Zeile benötigt. Hier stellt sich die Frage, ob in der Ent­wicklung des Drückens in den letzten Jahrhunderten ein implizites Wissen über die menschliche Informationsaufnahme genutzt wurde. Für den Neurowissenschaftler ebenfalls faszinierend ist die Tatsache, auf die bereits der Begründer der Psychophysik Fechner (1860) hingewiesen hat, daß wir je Buchstaben 30 ms beim Lesen ansetzen müssen. So spiegeln sich also grundlegende temporale Prozesse unseres Gehirns im Leseprozeß unmittelbar wider. Ein Prozeß regelt unser Urteil von zeitlicher Folge, der bei der Erkennung von sich in der Zeit schnell ändernder Information wichtig ist. Ein weiterer Prozeß integriert Information in subjektiven Zeitgestalten zum Erlebnis von bewußter Gegenwart.