Al meer dan een eeuw lang zijn theorieën over taal gericht op een klein aantal hersengebieden, met name het gebied van Broca (voor spreken) en het gebied van Wernicke (voor het begrijpen van taal). Maar uit onderzoek in de neurologie, neurochirurgie en neuroimaging blijkt echter dat deze klassieke modellen tekortschieten: ze kunnen de taalvaardigheden van gezonde personen of het herstel van patiënten na een beroerte niet betrouwbaar voorspellen. “Pas een bestaand model toe op één persoon of patiënt, en het valt uit elkaar”, legt Forkel uit. “We missen belangrijke stukjes van de puzzel, zoals informatie over stoffen en verbindingen in het brein.”
Een multimodale, grootschalige aanpak
EMERGENCE gaat deze uitdaging aan door structurele, functionele en neurochemische gegevens te integreren in één duidelijk systeem. Een belangrijk onderdeel van het project is de Language and Interaction-dataset, een toonaangevende bron met meer dan 200 deelnemers. Deze dataset is bijzonder omdat hij zowel veel taalinformatie bevat als verschillende soorten hersenscans, zoals structurele MRI, taakscans en rustscans. Dankzij deze diepgang kan het team van Forkel taal op meerdere niveaus bestuderen van neurotransmitters en witte-stofbanen tot corticale activiteit en gedrag, op een ongekende schaal.
Het project bouwt voort op recente doorbraken, waaronder de morfologische kaart van de hersenen en cognitie, waarmee onzichtbare hersenfuncties kunnen worden voorspeld en ontcijferd. De tool identificeert “hiaten” – gebieden waar momenteel geen cognitieve functies in kaart zijn gebracht, maar waar waarschijnlijk potentiële functies bestaan. EMERGENCE zal deze hiaten binnen het taalgebied onderzoeken.
In vier verbonden werkpakketten zullen de onderzoekers bestaande datasets combineren met nieuwe multimodale MRI-acquisities, een functionele atlas van de witte stof van taal ontwikkelen en de wereldwijde taalkundige diversiteit integreren. Dit omvat samenwerkingen met het Max Planck Instituut voor Psycholinguïstiek op het gebied van prosodie, en met partners van de Universiteit van Witwatersrand in Zuid-Afrika om klikmedeklinkers en selectieve klikapraxie (“aclickia”) te bestuderen, waardoor het taalonderzoek wordt verbreed tot buiten de traditionele Europese talen.
Taal als een emergente eigenschap van het verbonden brein
De kern van het project is een nieuwe manier van kijken: taal zit niet op één plek in de hersenen, maar ontstaat doordat veel verschillende hersensystemen met elkaar samenwerken. Het gaat daarbij om stoffen in het brein, de hersenschors, dieper gelegen hersengebieden en verbindingen van witte stof. Door gegevens te combineren over moleculen, structuur, werking, computermodellen en patiënten, wil EMERGENCE precies laten zien hoe taal in het brein van een individu ontstaat.
De gevolgen hiervan kunnen groot zijn. Een beter beeld van hoe taal in de hersenen werkt, kan helpen bij het stellen van diagnoses en het behandelen van mensen met afasie. Het kan neurochirurgen helpen om veiliger operaties te plannen. Ook kan het nieuwe ideeën geven voor kunstmatige intelligentie die beter aansluit bij hoe het brein werkt.
Een unieke interdisciplinaire inspanning
EMERGENCE is een voorbeeld van de samenwerkingscultuur van het Donders Instituut. Expertise op het gebied van neuroimaging, taalwetenschap en cognitief onderzoek komen hier samen. Geavanceerde MRI-faciliteiten, taalkundige theorie, computationele modellering en klinische partnerschappen bieden daarbij de infrastructuur voor dit ambitieuze project.
Forkel vat samen: “Elk werkpakket draagt een stukje bij aan de puzzel. Aan het einde van het project hopen we deze stukjes samen te voegen tot het meest complete beeld tot nu toe van waar en hoe taal werkelijk ontstaat in de hersenen.”
Het ERC-panel onderstreepte het belang van dit werk en merkte op dat het begrijpen hoe taal voortkomt uit de interacties van wijdverspreide neurale systemen een van de belangrijkste open vragen in de neurowetenschap blijft. Zij concludeerden dat EMERGENCE het potentieel heeft om beslissende vooruitgang te boeken op dit gebied.
