Interaction of the motor and language system in the human brain

Abstract

The motor and the language system are functionally interwoven. Several studies have demonstrated that actions are simulated in the brain, when people talk about these actions. Furthermore, dual task experiments have shown that simultaneously performed language and motor tasks mutually influence each other when the language task includes action-related word. First studies with functional magnetic resonance imaging and transcranial magnetic stimulation have demonstrated that the simulation of actions depends on the handedness as well as on the execution with either one or both sides of the body. Nevertheless, there is a lack of research on lateralization effects in the interaction of the language and motor system in the human brain. Therefore, lateralization effects are specifically investigated in this thesis. In a first step, a stimulus rating study was used to create word categories with uni-manual and bi-manual hand-related as well as foot-related action words. In a second step, a dual task experiment investigates the mutual influence of a lexical decision task with these three word categories and a simultaneously performed complex hand tapping task. The healthy participants are subdivided in two groups. One group performs the tapping with the left and the lexical decisions with the right hand, while another group performs the tapping with the right and the lexical decisions with the left hand. The study reproduces robust effects like dual task decrement and right visual field advantage. Most importantly, a specific facilitating effect of the manual response with the dominant hand on the performance of hand-related action verbs, but not foot-related action verbs, was found. In summary, this thesis shows that lateralization effects can also be found in behavioural experiments as well as that the hand movement for the lexical decision response has an important influence on action verb processing. Furthermore, the results provide important indications for the design and implementation of future experiments.

Das sprachliche und das motorische System sind funktionell eng miteinander verbunden. Zahlreiche Studien haben gezeigt, dass bei der Kommunikation über Bewegungen diese im Gehirn simuliert werden und simultan ausgeführte motorische und sprachliche Aufgaben sich gegenseitig beeinflussen, wenn die Sprachaufgabe bewegungsassoziierte Wörter beinhaltet. Erste Studien mit funktioneller Magnetresonanztomographie und transkranieller Magnetstimulation zeigen hemisphärische Differenzen bei der Simulation dieser Bewegungen abhängig von der Händigkeit der Probanden und der Ausführung der Bewegungen mit einer oder beiden Körperhälften. Dennoch mangelt es insgesamt an Untersuchungen zu Lateralisierungseffekten bei der Interaktion des motorischen und sprachlichen Systems. Zur gezielten Untersuchung von Lateralisierungseffekte wird in der vorliegenden Arbeit zunächst eine Ratingstudie zur Evaluation und Auswahl geeigneter unimanueller und bimanueller Hand-assoziierter sowie Fuß-assoziierter Bewegungsverben durchgeführt. Darauf aufbauend wird in einem Dual Task Experiment mit gesunden Probanden die wechselseitige Beziehung einer lexikalischen Entscheidungsaufgabe mit diesen drei Wortkategorien und einer komplexen Tappingaufgabe der Hand untersucht. Die gesunden Probanden werden dazu in zwei Gruppen eingeteilt. Eine Gruppe führt das Tapping mit der linken Hand sowie die Antworteingabe der lexikalischen Entscheidungsaufgabe mit der rechten Hand aus. Die andere Gruppe führt das Tapping mit der rechten sowie die Antworteingabe mit der linken Hand aus. Robuste Effekte wie Dual Task Decrement und Right Visual Field Advantage können dabei reproduziert werden. Insbesondere zeigt sich ein fazilitierender Einfluss einer Bewegung der dominanten Hand zur Antworteingabe auf die Leistung bei Hand- assoziierten, jedoch nicht bei Fuß-assoziierten Wörtern. Zusammenfassend zeigt die vorliegende Arbeit, dass Lateralisierungseffekte auch in Verhaltensexperimenten nachgewiesen werden können und dass die Bewegung der Hand zur Antworteingabe einen Einfluss auf die Wortverarbeitung bewegungsassoziierter Verben hat. Darüber hinaus liefern die Ergebnisse wichtige Hinweise für die Konzeption und Etablierung zukünftiger Experimente.