Quanta-Magazin

Nov 22, 2023

28. August 2023

James O'Brien für Quanta Magazine

Mitwirkender Kolumnist

28. August 2023

Als ich eines Tages den Faden in eine Nadel einfädelte, um einen Knopf anzunähen, bemerkte ich, dass meine Zunge herausragte. Das Gleiche geschah später, als ich sorgfältig ein Foto ausschnitt. Dann, an einem anderen Tag, als ich unsicher auf einer Leiter saß und den Fensterrahmen meines Hauses bemalte, war es wieder da!

Was ist denn hier los? Ich strecke meine Zunge nicht absichtlich heraus, wenn ich das tue. Warum taucht das dann immer wieder auf? Schließlich hat dieser vielseitige Lingualmuskel nichts mit der Kontrolle meiner Hände zu tun. Rechts?

Doch wie ich erfahren würde, sind unsere Zungen- und Handbewegungen auf einer unbewussten Ebene eng miteinander verbunden. Die tiefen evolutionären Wurzeln dieser besonderen Interaktion erklären sogar, wie unser Gehirn ohne bewusste Anstrengung funktionieren kann.

Eine häufige Erklärung dafür, warum wir bei präzisen Handbewegungen die Zunge herausstrecken, ist ein sogenannter motorischer Überlauf. Theoretisch kann das Einfädeln einer Nadel (oder das Ausführen anderer anspruchsvoller feinmotorischer Fähigkeiten) so viel kognitive Anstrengung erfordern, dass unsere Gehirnschaltkreise überlastet werden und benachbarte Schaltkreise beeinträchtigen und diese unangemessen aktivieren. Es ist sicherlich wahr, dass es nach einer Nervenverletzung oder in der frühen Kindheit, wenn wir lernen, unseren Körper zu kontrollieren, zu einer motorischen Überlastung kommen kann. Aber ich habe zu großen Respekt vor unserem Gehirn, um diese Erklärung mit der „begrenzten Gehirnbandbreite“ zu akzeptieren. Wie kommt es dann wirklich zu diesem eigenartigen Hand-Mund-Übersprechen?

Wenn wir die neuronale Anatomie der Zungen- und Handkontrolle untersuchen, um herauszufinden, wo ein Kurzschluss auftreten könnte, stellen wir zunächst fest, dass beide von völlig unterschiedlichen Nerven gesteuert werden. Das macht Sinn: Eine Person, die eine Rückenmarksverletzung erleidet, die ihre Hände lähmt, verliert nicht ihre Fähigkeit zu sprechen. Das liegt daran, dass die Zunge von einem Hirnnerv gesteuert wird, die Hände jedoch von Spinalnerven.

Dabei handelt es sich um grundsätzlich unterschiedliche Arten von Nerven. Hirnnerven dringen durch kleine Öffnungen in den Schädel ein und sind direkt mit dem Gehirn verbunden. Jeder von ihnen führt eine spezifische sensorische oder motorische Funktion aus; Der erste Hirnnerv beispielsweise vermittelt den Geruchssinn. Die Zunge wird vom 12. Hirnnerv, dem sogenannten Hypoglossusnerv, gesteuert. Im Gegensatz dazu erhalten die Muskeln, die unsere Handbewegungen steuern, wie die meisten anderen Muskeln in unserem Körper, Anweisungen von Nerven, die von unserem Rückenmark ausgehen und sich zwischen unseren Wirbeln hindurchschlängeln. Sinnessignale machen den umgekehrten Weg. Offensichtlich muss jeder Kurzschluss zwischen der Zunge und den Schaltkreisen der Handsteuerung seinen Ursprung vor diesen beiden Nerven haben, irgendwo im Gehirn selbst.

Wenn wir uns als nächstes die neuronale Verkabelung des motorischen Kortex des Gehirns ansehen, sehen wir, dass die Bereiche, die die Zunge steuern, nicht an die Region angrenzen, die die Finger steuert. Die Verbindung zwischen Zunge und Händen muss daher an einer anderen Stelle im Gehirn liegen, höchstwahrscheinlich in einem Bereich, in dem komplexe neuronale Schaltkreise hochentwickelte Funktionen ausführen. Schließlich ist die Sprache eine der anspruchsvollsten Funktionen, die Menschen ausführen können – tatsächlich scheint sie einzigartig für den Menschen zu sein. Das Nächsthöhere, was wir tun können, ist die Beherrschung der Verwendung von Werkzeugen. Bemerkenswert ist, dass ich in jeder der verschiedenen Situationen, in denen meine Zunge herausragte, ein Werkzeug benutzte: eine Nadel, eine Schere oder einen Pinsel.

Dieser Zusammenhang wird durch Untersuchungen bestätigt, die zeigen, dass Hand- und Mundbewegungen eng koordiniert sind. Tatsächlich verbessert dieses Zusammenspiel oft die Leistung. Kampfkünstler schreien kurze, explosive Äußerungen, im Karate Kiai genannt, während sie Stoßbewegungen ausführen; Tennisspieler schreien oft, wenn sie den Ball schlagen. Und Untersuchungen zeigen, dass die Kombination von Handbewegungen mit bestimmten Mundbewegungen, häufig mit Lautäußerungen, die Reaktionszeit verkürzt, die für beides erforderlich ist. Diese neuronale Kopplung ist so angeboren, dass wir sie normalerweise nicht wahrnehmen, aber wir tun dies ständig, ohne uns dessen bewusst zu sein, weil sich die beteiligten neuronalen Schaltkreise in einer Region des Gehirns befinden, die automatisch arbeitet – sie liegt buchstäblich unter Gehirnregionen, die für bewusste Wahrnehmung sorgen.

Handbewegungen gibt es im Allgemeinen in zwei Formen: Kraftgriffbewegungen beinhalten das Öffnen und Schließen einer Faust, während präzise Handbewegungen ein sanftes Kneifen zwischen Daumen und Zeigefinger beinhalten. Wir haben gelernt, dass diese beiden Arten von Handbewegungen oft von unterschiedlichen Zungen- und Mundbewegungen begleitet werden. Nehmen wir zum Beispiel die Bewegungen des verstorbenen Rocksängers Joe Cocker, der für seine wilden Arm- und Handgesten bei Auftritten berühmt war. Teilweise handelte es sich dabei um Luftgitarren- und Klavierpantomimen, aber Cocker spielte keines der beiden Instrumente, sodass sie wahrscheinlich auch eine natürliche Verbindung zwischen Hand und Mund widerspiegelten. Er zeigte oft die kraftvolle Griffbewegung einer offenen Faust, wenn seine Zunge zurückgezogen wurde, während er einen offenen Vokal wie „aw“ sang.

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Joe Cockers Geste mit der offenen Hand begleitet seine Vokalisierung von „Oh“, wodurch die Zunge in den Mund zurückgezogen wird.

NTB/Alamy Stock Foto

Zu anderen Zeiten schob Cockers Zunge nach vorne, während er den Vokal „yee“ sang, während seine rechte Hand (am Hals seiner Luftgitarre – er war Linkshänder) eine Präzisionsbewegung ausführte und dabei seinen Daumen und seine Finger drückte, als ob er einen winzigen Gegenstand aufhoben oder einen schwierigen Akkord spielten.

Cocker führt einen präzisen Griff zwischen Daumen und Fingern aus, während er eine Silbe singt, die seine Zunge nach vorne schiebt.

Panther Media GmbH/Alamy Stock Foto

Forscher haben im letzten Jahrzehnt gezeigt, dass taktile Empfindungen unserer empfindlichen Fingerspitzen und unserer Zunge in unserem Gehirn oft auf eine Weise miteinander gekoppelt sind, die sich auf die Leistung auswirkt. Genau wie in Cockers Darbietungen werden Klänge mit offenem Mund mit kräftigen Griffbewegungen und Lautäußerungen mit der Zunge nach vorne mit feinmanipulierten Fingerbewegungen in Verbindung gebracht. Tatsächlich deuten neue Forschungsergebnisse, die als Vorabdruck veröffentlicht wurden, während die Studie zur Veröffentlichung in der Zeitschrift Psychological Research überarbeitet wird, darauf hin, dass Cocker wahrscheinlich seine Stimmleistung beeinträchtigt hätte, wenn er seine Hand- und Mundbewegungen verwechselt hätte.

In der neuen Studie lasen die Testpersonen lautlos einen von zwei verschiedenen Lauten – „tih“ oder „ka“ – vor oder sprachen laut, während die Forscher ihre Reaktionszeiten bei der Ausführung einer Kraftgriff- oder Präzisionsgriffaufgabe maßen. Die Zungenspitze stößt nach vorne gegen oder in die Nähe der Vorderzähne und erzeugt dabei den „tih“-Laut, der einer präzisen Bewegung der Finger entsprechen sollte. Im Gegensatz dazu zieht sich die Zunge in Richtung der Rückseite des Mundes zurück, um den „Ka“-Geräusch zu erzeugen, der Handbewegungen mit Kraftgriff entspricht. Wenn die Probanden Laute lasen oder verbalisierten, die nicht mit ihren Handbewegungen vereinbar waren, waren ihre Reaktionszeiten merklich langsamer. Das zeigt, wie tief die Koordination zwischen Zunge und Hand in den unbewussten neuronalen Schaltkreisen unseres Gehirns verwurzelt ist.

Woher kam diese Koordination? Es ist wahrscheinlich auf die Hand-zu-Mund-Fütterbewegungen unserer alten Vorfahren und ihre Sprachentwicklung zurückzuführen, da die gesprochene Sprache typischerweise von automatischen Handbewegungen begleitet wird. Vermutlich waren Handgesten die erste Form der Kommunikation, die sich entwickelte, und sie vermischten sich nach und nach mit entsprechenden Silbenäußerungen – Mundlauten –, die Sprache ermöglichten. Tatsächlich zeigen Untersuchungen zur funktionellen Bildgebung des Gehirns, dass bestimmte Zungen- und Handbewegungen dieselbe Region des Gehirns im prämotorischen Kortex (die F5-Region) aktivieren. Darüber hinaus feuern dieselben Neuronen im prämotorischen Bereich, wenn ein Affe einen Gegenstand mit dem Mund oder der Hand ergreift. Die elektrische Stimulation desselben Bereichs veranlasst die Hand eines Affen dazu, eine Greifbewegung auszuführen, während sich sein Maul öffnet und seine Hand sich zu seinem Maul bewegt.

Auch die Verwendung von Werkzeugen aktiviert diese Neuronen, und Werkzeuge werden häufig bei der Essenszubereitung, beim Essen und bei Formen der Kommunikation (z. B. beim Skizzieren präziser Formen mit einem Bleistift oder beim Tippen auf einer Tastatur) verwendet. Die Kompetenz einer Person im Umgang mit Präzisionswerkzeugen sagt ihre sprachlichen Fähigkeiten voraus, und dieser Befund steht im Einklang mit der teilweisen Überschneidung in unseren neuronalen Netzwerken zwischen Sprache und motorischen Fähigkeiten im Umgang mit Werkzeugen. Beim Menschen entspricht der relevante Teil des Gehirns einem Teil, der für die Sprache entscheidend ist, und bildgebende Untersuchungen an Menschen weisen auf eine enge Beziehung zwischen Gehirnregionen hin, die für die Sprachproduktion relevant sind, und denen, die Handbewegungen steuern.

Bei all diesen Zusammenhängen ist es kein Wunder, dass die Zunge in Momenten manueller Konzentration herausschaut. Es kommt uns wahrscheinlich nur seltsam vor, weil wir dazu neigen, das Gehirn als eine hochentwickelte Maschine zu betrachten, die darauf ausgelegt ist, Informationsschnipsel aufzunehmen, sie zu berechnen und Muskeln zu steuern, um mit unserer Umgebung zu interagieren. Aber das Gehirn ist eine Ansammlung von Zellen, kein konstruiertes System. Es wurde entwickelt, um das Überleben in einer komplexen Welt zu maximieren. Um dieses Ziel effizient zu erreichen, mischt das Gehirn Funktionen auf eine Art und Weise, die den Anschein erwecken kann, als sei etwas schiefgegangen, aber dafür gibt es einen guten Grund. Das Gehirn vermischt Zungen- und Handbewegungen mit Geräuschen und Emotionen, weil es Erfahrungen kodiert und komplexe Bewegungen auf ganzheitliche Weise ausführt – nicht als einzelne Einheiten, die wie Zeilen eines Computercodes aneinandergereiht sind, sondern als Teile eines größeren konzeptionellen Zwecks und Kontexts.

Als ich feststellte, dass meine Zunge zwischen meinen Zähnen herausragte, verbesserte die alte und tief verwurzelte Verkabelung in meinem Gehirn, die meine Zunge und Hände steuerte, tatsächlich meine Leistung. Wenn Sie das Gleiche tun, sollten Sie sich nicht schämen – erkennen Sie einfach die erstaunliche Effizienz unserer Gehirnfunktionen und seien Sie dankbar für die Hilfe.

Mitwirkender Kolumnist

28. August 2023

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