Mass Vaccination Campaign Following Community Outbreak of Meningococcal Disease

During December 12–29, 1998, seven patients ages 2–18 years were diagnosed with serogroup C meningococcal disease in two neighboring Florida towns with 33,000 residents. We evaluated a mass vaccination campaign implemented to control the outbreak. We maintained vaccination logs and recorded the resources used in the campaign that targeted 2- to 22-year-old residents of the two towns. A total of 13,148 persons received the vaccinations in 3 days. Vaccination coverage in the target population was estimated to be 86% to 99%. Five additional cases of serogroup C meningococcal disease occurred in the community during the year after the campaign began, four in patients who had not received the vaccine. The cost of control efforts was approximately $370,000. Although cases continued to occur, the vaccination campaign appeared to control the outbreak. Rapid implementation, a targeted approach, and high coverage were important to the campaign's success

Non-invasive vagus nerve stimulation in epilepsy patients enhances cooperative behavior in the prisoner's dilemma task

The vagus nerve constitutes a key link between the autonomic and the central nervous system. Previous studies provide evidence for the impact of vagal activity on distinct cognitive processes including functions related to social cognition. Recent studies in animals and humans show that vagus nerve stimulation is associated with enhanced reward-seeking and dopamine-release in the brain. Social interaction recruits similar brain circuits to reward processing. We hypothesize that vagus nerve stimulation (VNS) boosts rewarding aspects of social behavior and compare the impact of transcutaneous VNS (tVNS) and sham stimulation on social interaction in 19 epilepsy patients in a double-blind pseudo-randomized study with cross-over design. Using a well-established paradigm, i.e., the prisoner's dilemma, we investigate effects of stimulation on cooperative behavior, as well as interactions of stimulation effects with patient characteristics. A repeated-measures ANOVA and a linear mixed-effects model provide converging evidence that tVNS boosts cooperation. Post-hoc correlations reveal that this effect varies as a function of neuroticism, a personality trait linked to the dopaminergic system. Behavioral modeling indicates that tVNS induces a behavioral starting bias towards cooperation, which is independent of the decision process. This study provides evidence for the causal influence of vagus nerve activity on social interaction

An interactive database for the investigation of high-density peptide microarray guided interaction patterns and antivenom cross-reactivity

Snakebite envenoming is a major neglected tropical disease that affects millions of people every year. The only effective treatment against snakebite envenoming consists of unspecified cocktails of polyclonal antibodies purified from the plasma of immunized production animals. Currently, little data exists on the molecular interactions between venom-toxin epitopes and antivenom-antibody paratopes. To address this issue, high-density peptide microarray (hdpm) technology has recently been adapted to the field of toxinology. However, analysis of such valuable datasets requires expert understanding and, thus, complicates its broad application within the field. In the present study, we developed a user-friendly, and high-throughput web application named “Snake Toxin and Antivenom Binding Profiles” (STAB Profiles), to allow straight-forward analysis of hdpm datasets. To test our tool and evaluate its performance with a large dataset, we conducted hdpm assays using all African snake toxin protein sequences available in the UniProt database at the time of study design, together with eight commercial antivenoms in clinical use in Africa, thus representing the largest venom-antivenom dataset to date. Furthermore, we introduced a novel method for evaluating raw signals from a peptide microarray experiment and a data normalization protocol enabling intra-microarray and even inter-microarray chip comparisons. Finally, these data, alongside all the data from previous similar studies by Engmark et al., were preprocessed according to our newly developed protocol and made publicly available for download through the STAB Profiles web application (http://tropicalpharmacology.com/tools/stab-profiles/). With these data and our tool, we were able to gain key insights into toxin-antivenom interactions and were able to differentiate the ability of different antivenoms to interact with certain toxins of interest. The data, as well as the web application, we present in this article should be of significant value to the venom-antivenom research community. Knowledge gained from our current and future analyses of this dataset carry the potential to guide the improvement and optimization of current antivenoms for maximum patient benefit, as well as aid the development of next-generation antivenoms.UCR::Vicerrectoría de Investigación::Unidades de Investigación::Ciencias de la Salud::Instituto Clodomiro Picado (ICP

Framework and baseline examination of the German National Cohort (NAKO)

The German National Cohort (NAKO) is a multidisciplinary, population-based prospective cohort study that aims to investigate the causes of widespread diseases, identify risk factors and improve early detection and prevention of disease. Specifically, NAKO is designed to identify novel and better characterize established risk and protection factors for the development of cardiovascular diseases, cancer, diabetes, neurodegenerative and psychiatric diseases, musculoskeletal diseases, respiratory and infectious diseases in a random sample of the general population. Between 2014 and 2019, a total of 205,415 men and women aged 19–74 years were recruited and examined in 18 study centres in Germany. The baseline assessment included a face-to-face interview, self-administered questionnaires and a wide range of biomedical examinations. Biomaterials were collected from all participants including serum, EDTA plasma, buffy coats, RNA and erythrocytes, urine, saliva, nasal swabs and stool. In 56,971 participants, an intensified examination programme was implemented. Whole-body 3T magnetic resonance imaging was performed in 30,861 participants on dedicated scanners. NAKO collects follow-up information on incident diseases through a combination of active follow-up using self-report via written questionnaires at 2–3 year intervals and passive follow-up via record linkages. All study participants are invited for re-examinations at the study centres in 4–5 year intervals. Thereby, longitudinal information on changes in risk factor profiles and in vascular, cardiac, metabolic, neurocognitive, pulmonary and sensory function is collected. NAKO is a major resource for population-based epidemiology to identify new and tailored strategies for early detection, prediction, prevention and treatment of major diseases for the next 30 years. SUPPLEMENTARY INFORMATION: The online version contains supplementary material available at 10.1007/s10654-022-00890-5

Learning new sensorimotor contingencies:Effects of long-term use of sensory augmentation on the brain and conscious perception

Theories of embodied cognition propose that perception is shaped by sensory stimuli and by the actions of the organism. Following sensorimotor contingency theory, the mastery of lawful relations between own behavior and resulting changes in sensory signals, called sensorimotor contingencies, is constitutive of conscious perception. Sensorimotor contingency theory predicts that, after training, knowledge relating to new sensorimotor contingencies develops, leading to changes in the activation of sensorimotor systems, and concomitant changes in perception. In the present study, we spell out this hypothesis in detail and investigate whether it is possible to learn new sensorimotor contingencies by sensory augmentation. Specifically, we designed an fMRI compatible sensory augmentation device, the feelSpace belt, which gives orientation information about the direction of magnetic north via vibrotactile stimulation on the waist of participants. In a longitudinal study, participants trained with this belt for seven weeks in natural environment. Our EEG results indicate that training with the belt leads to changes in sleep architecture early in the training phase, compatible with the consolidation of procedural learning as well as increased sensorimotor processing and motor programming. The fMRI results suggest that training entails activity in sensory as well as higher motor centers and brain areas known to be involved in navigation. These neural changes are accompanied with changes in how space and the belt signal are perceived, as well as with increased trust in navigational ability. Thus, our data on physiological processes and subjective experiences are compatible with the hypothesis that new sensorimotor contingencies can be acquired using sensory augmentation

Mortality from gastrointestinal congenital anomalies at 264 hospitals in 74 low-income, middle-income, and high-income countries: a multicentre, international, prospective cohort study

Summary Background Congenital anomalies are the fifth leading cause of mortality in children younger than 5 years globally. Many gastrointestinal congenital anomalies are fatal without timely access to neonatal surgical care, but few studies have been done on these conditions in low-income and middle-income countries (LMICs). We compared outcomes of the seven most common gastrointestinal congenital anomalies in low-income, middle-income, and high-income countries globally, and identified factors associated with mortality. Methods We did a multicentre, international prospective cohort study of patients younger than 16 years, presenting to hospital for the first time with oesophageal atresia, congenital diaphragmatic hernia, intestinal atresia, gastroschisis, exomphalos, anorectal malformation, and Hirschsprung’s disease. Recruitment was of consecutive patients for a minimum of 1 month between October, 2018, and April, 2019. We collected data on patient demographics, clinical status, interventions, and outcomes using the REDCap platform. Patients were followed up for 30 days after primary intervention, or 30 days after admission if they did not receive an intervention. The primary outcome was all-cause, in-hospital mortality for all conditions combined and each condition individually, stratified by country income status. We did a complete case analysis. Findings We included 3849 patients with 3975 study conditions (560 with oesophageal atresia, 448 with congenital diaphragmatic hernia, 681 with intestinal atresia, 453 with gastroschisis, 325 with exomphalos, 991 with anorectal malformation, and 517 with Hirschsprung’s disease) from 264 hospitals (89 in high-income countries, 166 in middleincome countries, and nine in low-income countries) in 74 countries. Of the 3849 patients, 2231 (58·0%) were male. Median gestational age at birth was 38 weeks (IQR 36–39) and median bodyweight at presentation was 2·8 kg (2·3–3·3). Mortality among all patients was 37 (39·8%) of 93 in low-income countries, 583 (20·4%) of 2860 in middle-income countries, and 50 (5·6%) of 896 in high-income countries (p<0·0001 between all country income groups). Gastroschisis had the greatest difference in mortality between country income strata (nine [90·0%] of ten in lowincome countries, 97 [31·9%] of 304 in middle-income countries, and two [1·4%] of 139 in high-income countries; p≤0·0001 between all country income groups). Factors significantly associated with higher mortality for all patients combined included country income status (low-income vs high-income countries, risk ratio 2·78 [95% CI 1·88–4·11], p<0·0001; middle-income vs high-income countries, 2·11 [1·59–2·79], p<0·0001), sepsis at presentation (1·20 [1·04–1·40], p=0·016), higher American Society of Anesthesiologists (ASA) score at primary intervention (ASA 4–5 vs ASA 1–2, 1·82 [1·40–2·35], p<0·0001; ASA 3 vs ASA 1–2, 1·58, [1·30–1·92], p<0·0001]), surgical safety checklist not used (1·39 [1·02–1·90], p=0·035), and ventilation or parenteral nutrition unavailable when needed (ventilation 1·96, [1·41–2·71], p=0·0001; parenteral nutrition 1·35, [1·05–1·74], p=0·018). Administration of parenteral nutrition (0·61, [0·47–0·79], p=0·0002) and use of a peripherally inserted central catheter (0·65 [0·50–0·86], p=0·0024) or percutaneous central line (0·69 [0·48–1·00], p=0·049) were associated with lower mortality. Interpretation Unacceptable differences in mortality exist for gastrointestinal congenital anomalies between lowincome, middle-income, and high-income countries. Improving access to quality neonatal surgical care in LMICs will be vital to achieve Sustainable Development Goal 3.2 of ending preventable deaths in neonates and children younger than 5 years by 2030

Wer macht was mit wem?: Die differenziellen Rollen von Kanonizität, Rekursion und phonologisch-verbalem Arbeitsgedächtnis beim Verstehen komplexer Syntax

Dissertation zur Erlangung des akademischen Grades Dr. rer. med. Titel: Wer macht was mit wem? – Die differenziellen Rollen von Kanonizität, Rekursion und phonologisch-verbalem Arbeitsgedächtnis beim Verstehen komplexer Syntax eingereicht von: M.Sc., M.A., Mag. Art. Carina Denise Krause angefertigt an: Universität Leipzig, Medizinische Fakultät Max-Planck-Institut für Kognitions- und Neurowissenschaften, Abteilungen Neuropsychologie & Neurologie betreut von: Prof. Dr. Hellmuth Obrig, Prof. Dr. Angela D. Friederici Oktober 2022 Um einen Satz zu verstehen, müssen Wörter zu Phrasen und Phrasen zu einem Satz hie-rarchisch zusammengefügt und die Information der einzelnen Komponenten integriert werden, bis die syntaktischen und thematischen Relationen im Satz eindeutig und kohärent sind. Unter Einbezug des Weltwissens wird dann eine Repräsentation des Satzinhalts konstruiert. Syntak-tisch komplexe Sätze sind mit Verarbeitungsschwierigkeiten auf verschiedenen linguistischen und kognitiven Ebenen verbunden. Riches (2020) definiert den Kern syntaktischer Komplexität so: „The term ‘complex’ is frequently used to refer to sentences with more than one clause, which typically involve non-canonical word orders.“ (S. 501). In dieser Arbeit werden 3 überge-ordnete Faktoren in den Fokus genommen, die zur Komplexität eines Satzes beitragen können: Kanonizität, Rekursivität und die phonologisch-verbale AG-Last. Syntaktische Komplexität ist häufig gekennzeichnet durch Nicht-Kanonizität, d. h. durch irreguläre, niedrigfrequente Strukturen (Regularität x Frequenz-Hypothese; Christiansen & Chater, 2016a). Die Objekttopikalisierung − wie in dem Satz „Den Frosch kämmt der Igel.“ − ist beispielsweise eine durch den kognitionslinguistischen Mechanismus Movement erzeugte nicht-kanonische und damit komplexere Satzstruktur. Rekursivität ist eine weitere Dimension, die komplexe syntaktische Sequenzen erzeugt. Rekursion wird in dieser Arbeit sehr eng definiert als domänenunabhängige, hierarchisch ge-schachtelte, nicht iterativ generierbare Struktur (center-embedded recursion). Die Verarbeitung dieser rekursiven Struktur ist nicht zwingend selbst rekursiv, sondern basiert auf der allgemei-nen Fähigkeit Sequenzen unterschiedlicher Form und Komplexität zu lernen und zu verarbeiten. Der grundlegende Mechanismus zur Generierung syntaktischer Strukturen ist die kombinatori-sche Verknüpfungsoperation Merge. Merge kann rekursiv angewendet werden und generiert so auch syntaktische Hierarchie. Die dabei entstehenden eingebetteten Strukturen sind theore-tisch rekursiv unendlich weiterführbar. Praktisch hingegen sind Konstruktionen mit mehr als 3 Einbettungen nicht mehr verstehbar. Das liegt u. a. daran, dass solch verschachtelte Konstrukti-onen kaum oder nie im Sprachinput enthalten waren und daher keine (starke) generalisierte syntaktische Konstruktion dafür im Gedächtnis vorhanden ist. Sequenzen der fraglichen syntakti-schen Form wurden also selten (oder gar nicht) gelernt, sie können durch ihre Irregularität nicht einfach durch Analogiebildung abgeleitet werden, sie sind insgesamt unwahrscheinlicher und werden daher vom Gehirn nicht (sofort) antizipiert. Die Fähigkeit zur Generierung und Verarbeitung hierarchischer, rekursiver Strukturen ist nicht auf die Sprache beschränkt; sie wird als generelles Kernmerkmal menschlicher Kognition diskutiert. Rekursive Strukturen finden sich bspw. auch in Musik, komplexen Handlungen und visueller Verarbeitung. Dabei ist noch unklar, ob ein domänenübergreifendes Netzwerk im Ge-hirn existiert, das die Grundlage für die Verarbeitung von Rekursion bildet, oder ob bspw. sprachliche Rekursion anders verarbeitet wird als visuelle. Auditorische Signale sind sehr kurzlebig, d. h. eine auditorische Erinnerung wird extrem schnell überschrieben von neuer einkommender Sprachinformation, wenn sie nicht möglichst schnell und effizient weiterverarbeitet wird. Die Verarbeitung irregulärer und / oder niedrigfre-quenter syntaktischer Konstruktionen ist stärker abhängig von der akustisch-phonologischen Verarbeitung als die Verarbeitung frequenter, kanonischer Strukturen, deren Repräsentationen meist differenziert und mühelos(er) abrufbar sind und die zusätzlich durch Analogiebildung er-schlossen werden können. Das korrekte Lernen und Verstehen komplexer syntaktischer Sequen-zen erfordert nicht nur eine präzisere Verarbeitung im phonologisch-verbalen Arbeitsgedächt-nis (AG); komplexe Strukturen erhöhen auch ihrerseits die phonologisch-verbale AG-Last. Das AG ist jedoch durch allgemeine und individuelle sensuokognitive Parameter kapazitätsbe-schränkt und bildet dadurch einen Engpass (Now-or-Never-Bottleneck; Christiansen & Chater, 2016b) im Satzverstehen. Die beschränkte Kapazität des AGs basiert auf (1) Interferenz zwischen konkurrierenden linguistischen Informationen, (2) limitierten Aufmerksamkeits- und kognitiven Ressourcen, (3) der Effizienz der akustisch-phonologischen Verarbeitung, die u. a. abhängig ist von (4) der Präzision der im LZG gespeicherten (phonologischen) Repräsentationen, der Effizienz des Zugriffs auf diese Gedächtnisinhalte und ihre Aktivierung, sowie die Fähigkeit, diese Aktivie-rungen aufrecht zu erhalten, und damit (5) der Erfahrung mit (variationsreichem) sprachlichem Input. Das AG wird in dieser Arbeit konzeptualisiert als Sprachverarbeitung im Hier-und-Jetzt, das gegen die Interferenz von nachfolgendem linguistischen Material gerichtete Aktivhalten relevanter Gedächtnisinhalte bis zur (hinreichend) erfolgreichen, Chunk-basierten Weiterverar-beitung auf verschiedenen linguistischen Ebenen. Das Ziel der vorliegenden Arbeit war die Bestimmung des differenziellen Einflusses der 3 syntaktischen Komplexitätsfaktoren Kanonizität, Rekursivität und phonologisch-verbale AG-Last auf das Satzverstehen. Dabei ging es vor allem um die Differenzierbarkeit (a) der einzelnen syn-taktischen Komplexitätsfaktoren im Sinne einer Dissoziation und (b) sprachspezifischer versus domänenübergreifender Einflussfaktoren auf die Verstehensleistung. Im Rahmen dieser Dissertation wurden 6 Studien durchgeführt. Studie 1 zielte auf die experimentelle Differenzierung von sprachlicher AG-Komponente (Faktor Speicher; operationalisiert durch Long-Distance-Dependencys (LDDs)) und syntaktischer Verarbeitung (Faktor Ordnen; operationalisiert durch Topikalisierung). In Studie 2 wurde das EmbSyn-Paradigma pilotiert, ein Material das die beiden syntaktischen Komplexitätsfaktoren rekursive Einbettung und Topikalisierung kontrastierte. In Studie 3 wurde das EmbSyn-Material in Kombination mit anodaler transkranieller Gleichstromstimulation (tDCS) über 2 für die Sprachverarbeitung potenziell relevanten Hirnarealen (inferiorer frontaler Gyrus (IFG) und temporo-parietale Bereiche (TP)) eingesetzt. Studie 4 dokumentierte den Einsatz des EmbSyn-Materials in einer klinischen Patient*innen-Population mit linkshemisphärischer Läsion nach Schlaganfall. Studie 5 pilotierte das PhonMem-Material, das zur detaillierten Beschreibung basaler phonologischer AG-Leistungen entwickelt wurde, in der aus Studie 4 bekannten Patient*innenpopulation und einer abgestimmten gesunden Kontrollpopulation. In Studie 6 schließlich wurde die Patient*innenpopulation aus den Studien 4 und 5 mit einem experimentellen Material zur Verarbeitung visueller Rekursion getestet. Die Ergebnisse dieser Studien zeigen, dass alle 3 Faktoren das Satzverstehen relevant modulieren. Zwar konnten sie nicht entlang ihrer jeweiligen Operationalisierungen dissoziiert werden; schon allein deshalb nicht, weil die phonologisch-verbale AG-Last mit den beiden Fak-toren [EMB] (-Kanonizität, +Rekursivität) und (TOPI] (-Kanonizität, -Rekursivität) implizit variierte. Der diametrale Ansatz aus Verstärkbarkeit (Studie 3: tDCS) vs. Störbarkeit (Studie 4: Läsionsstu-die) einerseits, sowie die Zusammenschau mit ergänzenden Paradigmen (Studie 5: phonolo-gisch-verbales AG/PhonMem; Studie 6: Verarbeitung visueller Rekursion) andererseits erlaubte jedoch die Bestimmung eines sich in 3 Schritten abbildenden Kontinuums (syntaktisch-)sequenzieller Komplexität und damit assoziierter kognitiver Anforderungen.:ABKÜRZUNGSVERZEICHNIS VII I. EINFÜHRUNG 1 1. WER MACHT WAS MIT WEM? – SÄTZE VERSTEHEN 4 1.1 KOMPLEXE SYNTAX: SPRACHVERSTEHEN IST (AUCH) EINE FRAGE DER WAHRSCHEINLICHKEIT. 7 1.1.1 Wer kämmt wen? – Valenz und Argumentstruktur 11 1.1.2 Wen kämmt wer? – Linearität, Movement und Topikalisierung 12 1.1.3 „Der Frosch [… […] …] lacht.“ – Long-Distance-Dependencys und rekursive Einbettungen 14 1.1.4 Wer kämmt, wer lacht? – Topikalisierung in komplexen Relativsatz-Konstruktionen 15 1.2 REKURSION: SPRACHVERSTEHEN IST NICHT UNENDLICH. 18 1.3 DAS PHONOLOGISCH-VERBALE ARBEITSGEDÄCHTNIS: SPRACHVERSTEHEN PASSIERT IM HIER & JETZT. 20 1.3.1 Gedächtnissysteme 22 1.3.2 Das modulare Mehrkomponentenmodell von Baddeley und Hitch. 24 1.3.3 Arbeitsgedächtnis: Eigenständiges System oder Emergenzphänomen? 25 1.3.4 Alternative Konzeptionen des AGs 29 1.3.5 Testung des phonologisch-verbalen Arbeitsgedächtnisses 33 1.4 DAS VERSTEHENDE GEHIRN – NEURO- UND PSYCHOLINGUISTISCHE GRUNDLAGEN 39 1.4.1 Akustisch-phonologische Prozesse 41 1.4.2 Früher Aufbau einer Phrasenstruktur 42 1.4.3 Syntaktische, semantische und thematische Rollen 43 1.4.4 Wie spezialisiert ist das Sprachnetzwerk? 45 1.5 ERWORBENE SPRACH(VERARBEITUNGS)STÖRUNGEN 48 1.6 ZUSAMMENFASSUNG 51 II. AUFGABENSTELLUNG 55 2. ZIELE UND FRAGESTELLUNGEN 55 III. MATERIALIEN UND METHODEN 57 3. SPRACHVERSTEHEN VERSTEHEN – METHODISCHER HINTERGRUND DER STUDIEN 57 3.1 MODULIERTE KOGNITION? – TRANSKRANIELLE GLEICHSTROMSTIMULATION (TDCS) 57 3.1.1 Der theoretische Hintergrund 57 3.1.2 Die praktische Durchführung 58 3.1.3 Methodendiskussion: Alles fauler Zauber? 61 3.2 GESTÖRTES SPRACHVERSTEHEN – LÄSIONSSTUDIEN 64 3.2.1 Der theoretische Hintergrund 64 3.2.2 Läsionsstudien in der vorliegenden Arbeit 65 3.3 STATISTISCHE DATENANALYSE 68 3.3.1 Outcome-Parameter 68 3.3.2 Datenanalytische Verfahren 70 IV. EXPERIMENTELLE STUDIEN 78 4.1 STUDIE 1: VERARBEITUNG SYNTAKTISCH KOMPLEXER SÄTZE MIT HOHEN ARBEITSGEDÄCHTNIS- 78 ANFORDERUNGEN 78 4.1.1 Einleitung 78 4.1.2 Material und Methoden 79 4.1.3 Datenanalyse und Ergebnisse 82 4.1.4 Diskussion 82 4.2 STUDIE 2: VERARBEITUNG SYNTAKTISCH KOMPLEXER SÄTZE MIT HOHEN ARBEITSGEDÄCHTNIS-ANFORDERUNGEN (EMBSYN) – DER 2. VERSUCH 84 4.2.1 Einleitung 84 4.2.2 Material und Methoden 86 4.2.3 Datenanalyse und Ergebnisse 96 4.2.4 Diskussion 103 4.3. STUDIE 3: TDCS-GESTÜTZTE SATZVERARBEITUNG IM EMBSYN-PARADIGMA 108 4.3.1 Einleitung 108 4.3.2 Material und Methoden 111 4.3.3 Datenanalyse und Ergebnisse 115 4.3.4 Diskussion 125 4.4. STUDIE 4: GESTÖRTE SATZVERARBEITUNG IM EMBSYN-PARADIGMA 131 4.4.1 Einleitung 131 4.4.2 Material und Methoden 133 4.4.3 Datenanalyse und Ergebnisse 135 4.4.4 Diskussion 150 4.5. STUDIE 5: PHONMEM – STÖRUNGEN DES PHONOLOGISCH-VERBALEN ARBEITSGEDÄCHTNISSES NACH HIRNLÄSION 154 4.5.1 Einleitung 154 4.5.2 Material und Methoden 156 4.5.3 Datenanalyse und Ergebnisse 164 4.5.4 Diskussion 189 4.6. ZUSAMMENHANG ZWISCHEN DEN EMBSYN- UND PHONMEM-LÄSIONSSTUDIEN 196 4.6.1 Einleitung 196 4.6.2 Material und Methoden 197 4.6.3 Datenanalyse und Ergebnisse 200 4.6.4 Diskussion 205 4.7. STUDIE 6: REKURSIONSVERARBEITUNG NACH HIRNLÄSION: VISUELL VS. SPRACHLICH 209 4.7.1 Einleitung 209 4.7.2 Material und Methoden 211 4.7.3 Datenanalyse und Ergebnisse 211 4.7.4 Diskussion 215 V. ZUSAMMENFASSENDE DISKUSSION 218 5.1 LASSEN SICH DER EINFLUSS VON KANONIZITÄT, REKURSIVITÄT UND PHONOLOGISCH-VERBALER AG-LAST AUF DAS SATZVERSTEHEN DIFFERENZIEREN? GIBT ES INTERAKTIONEN ZWISCHEN DIESEN FAKTOREN? 219 5.2 PERSPEKTIVE: TDCS – ZUKUNFT DER APHASIE-BEHANDLUNG? 227 5.3 PERSPEKTIVE: PHONMEM ALS DIAGNOSTIKINSTRUMENT 228 5.4 LIMITATIONEN DIESER ARBEIT 230 VI. ZUSAMMENFASSUNG DER ARBEIT (ANLAGE 3) 233 VII. LITERATURVERZEICHNIS 237 VIII. ANLAGEN 277 8.1 ANHANG A: STATISTIKEN 278 Verzeichnis Anhang A 278 ANHANG A.1 Zusätzliche Statistiken zu Studie 2 (EmbSyn) 279 ANHANG A.2 Zusätzliche Statistiken zu Studie 3 (EmbSyn | tDCS) 286 ANHANG A.3. Zusätzliche Statistiken zu Studie 5 (PhonMem). 292 ANHANG A.4. Zusätzliche Statistiken zu den Zusammenhängen der Läsionsstudien 319 8.2 ANHANG B: MATERIAL 324 Verzeichnis Anhang B 324 ANHANG B.1 Material zu den Studien 2–4 (EmbSyn). 325 ANHANG B.2 Material zu Studie 5 (PhonMem). 338 8.3 ANHANG C: PUBLIKATION ZUR VERARBEITUNG VISUELLER REKURSION 353 8.4 ABBILDUNGSVERZEICHNIS 378 8.5 TABELLENVERZEICHNIS 383 8.6 SELBSTSTÄNDIGKEITSERKLÄRUNG (ANLAGE 4) 387 8.7 LEBENSLAUF 388 8.8 PUBLIKATIONEN, VORTRÄGE, PRÄSENTATIONEN 390 DANKSAGUNG 39

Wer macht was mit wem?: Die differenziellen Rollen von Kanonizität, Rekursion und phonologisch-verbalem Arbeitsgedächtnis beim Verstehen komplexer Syntax

Dissertation zur Erlangung des akademischen Grades Dr. rer. med. Titel: Wer macht was mit wem? – Die differenziellen Rollen von Kanonizität, Rekursion und phonologisch-verbalem Arbeitsgedächtnis beim Verstehen komplexer Syntax eingereicht von: M.Sc., M.A., Mag. Art. Carina Denise Krause angefertigt an: Universität Leipzig, Medizinische Fakultät Max-Planck-Institut für Kognitions- und Neurowissenschaften, Abteilungen Neuropsychologie & Neurologie betreut von: Prof. Dr. Hellmuth Obrig, Prof. Dr. Angela D. Friederici Oktober 2022 Um einen Satz zu verstehen, müssen Wörter zu Phrasen und Phrasen zu einem Satz hie-rarchisch zusammengefügt und die Information der einzelnen Komponenten integriert werden, bis die syntaktischen und thematischen Relationen im Satz eindeutig und kohärent sind. Unter Einbezug des Weltwissens wird dann eine Repräsentation des Satzinhalts konstruiert. Syntak-tisch komplexe Sätze sind mit Verarbeitungsschwierigkeiten auf verschiedenen linguistischen und kognitiven Ebenen verbunden. Riches (2020) definiert den Kern syntaktischer Komplexität so: „The term ‘complex’ is frequently used to refer to sentences with more than one clause, which typically involve non-canonical word orders.“ (S. 501). In dieser Arbeit werden 3 überge-ordnete Faktoren in den Fokus genommen, die zur Komplexität eines Satzes beitragen können: Kanonizität, Rekursivität und die phonologisch-verbale AG-Last. Syntaktische Komplexität ist häufig gekennzeichnet durch Nicht-Kanonizität, d. h. durch irreguläre, niedrigfrequente Strukturen (Regularität x Frequenz-Hypothese; Christiansen & Chater, 2016a). Die Objekttopikalisierung − wie in dem Satz „Den Frosch kämmt der Igel.“ − ist beispielsweise eine durch den kognitionslinguistischen Mechanismus Movement erzeugte nicht-kanonische und damit komplexere Satzstruktur. Rekursivität ist eine weitere Dimension, die komplexe syntaktische Sequenzen erzeugt. Rekursion wird in dieser Arbeit sehr eng definiert als domänenunabhängige, hierarchisch ge-schachtelte, nicht iterativ generierbare Struktur (center-embedded recursion). Die Verarbeitung dieser rekursiven Struktur ist nicht zwingend selbst rekursiv, sondern basiert auf der allgemei-nen Fähigkeit Sequenzen unterschiedlicher Form und Komplexität zu lernen und zu verarbeiten. Der grundlegende Mechanismus zur Generierung syntaktischer Strukturen ist die kombinatori-sche Verknüpfungsoperation Merge. Merge kann rekursiv angewendet werden und generiert so auch syntaktische Hierarchie. Die dabei entstehenden eingebetteten Strukturen sind theore-tisch rekursiv unendlich weiterführbar. Praktisch hingegen sind Konstruktionen mit mehr als 3 Einbettungen nicht mehr verstehbar. Das liegt u. a. daran, dass solch verschachtelte Konstrukti-onen kaum oder nie im Sprachinput enthalten waren und daher keine (starke) generalisierte syntaktische Konstruktion dafür im Gedächtnis vorhanden ist. Sequenzen der fraglichen syntakti-schen Form wurden also selten (oder gar nicht) gelernt, sie können durch ihre Irregularität nicht einfach durch Analogiebildung abgeleitet werden, sie sind insgesamt unwahrscheinlicher und werden daher vom Gehirn nicht (sofort) antizipiert. Die Fähigkeit zur Generierung und Verarbeitung hierarchischer, rekursiver Strukturen ist nicht auf die Sprache beschränkt; sie wird als generelles Kernmerkmal menschlicher Kognition diskutiert. Rekursive Strukturen finden sich bspw. auch in Musik, komplexen Handlungen und visueller Verarbeitung. Dabei ist noch unklar, ob ein domänenübergreifendes Netzwerk im Ge-hirn existiert, das die Grundlage für die Verarbeitung von Rekursion bildet, oder ob bspw. sprachliche Rekursion anders verarbeitet wird als visuelle. Auditorische Signale sind sehr kurzlebig, d. h. eine auditorische Erinnerung wird extrem schnell überschrieben von neuer einkommender Sprachinformation, wenn sie nicht möglichst schnell und effizient weiterverarbeitet wird. Die Verarbeitung irregulärer und / oder niedrigfre-quenter syntaktischer Konstruktionen ist stärker abhängig von der akustisch-phonologischen Verarbeitung als die Verarbeitung frequenter, kanonischer Strukturen, deren Repräsentationen meist differenziert und mühelos(er) abrufbar sind und die zusätzlich durch Analogiebildung er-schlossen werden können. Das korrekte Lernen und Verstehen komplexer syntaktischer Sequen-zen erfordert nicht nur eine präzisere Verarbeitung im phonologisch-verbalen Arbeitsgedächt-nis (AG); komplexe Strukturen erhöhen auch ihrerseits die phonologisch-verbale AG-Last. Das AG ist jedoch durch allgemeine und individuelle sensuokognitive Parameter kapazitätsbe-schränkt und bildet dadurch einen Engpass (Now-or-Never-Bottleneck; Christiansen & Chater, 2016b) im Satzverstehen. Die beschränkte Kapazität des AGs basiert auf (1) Interferenz zwischen konkurrierenden linguistischen Informationen, (2) limitierten Aufmerksamkeits- und kognitiven Ressourcen, (3) der Effizienz der akustisch-phonologischen Verarbeitung, die u. a. abhängig ist von (4) der Präzision der im LZG gespeicherten (phonologischen) Repräsentationen, der Effizienz des Zugriffs auf diese Gedächtnisinhalte und ihre Aktivierung, sowie die Fähigkeit, diese Aktivie-rungen aufrecht zu erhalten, und damit (5) der Erfahrung mit (variationsreichem) sprachlichem Input. Das AG wird in dieser Arbeit konzeptualisiert als Sprachverarbeitung im Hier-und-Jetzt, das gegen die Interferenz von nachfolgendem linguistischen Material gerichtete Aktivhalten relevanter Gedächtnisinhalte bis zur (hinreichend) erfolgreichen, Chunk-basierten Weiterverar-beitung auf verschiedenen linguistischen Ebenen. Das Ziel der vorliegenden Arbeit war die Bestimmung des differenziellen Einflusses der 3 syntaktischen Komplexitätsfaktoren Kanonizität, Rekursivität und phonologisch-verbale AG-Last auf das Satzverstehen. Dabei ging es vor allem um die Differenzierbarkeit (a) der einzelnen syn-taktischen Komplexitätsfaktoren im Sinne einer Dissoziation und (b) sprachspezifischer versus domänenübergreifender Einflussfaktoren auf die Verstehensleistung. Im Rahmen dieser Dissertation wurden 6 Studien durchgeführt. Studie 1 zielte auf die experimentelle Differenzierung von sprachlicher AG-Komponente (Faktor Speicher; operationalisiert durch Long-Distance-Dependencys (LDDs)) und syntaktischer Verarbeitung (Faktor Ordnen; operationalisiert durch Topikalisierung). In Studie 2 wurde das EmbSyn-Paradigma pilotiert, ein Material das die beiden syntaktischen Komplexitätsfaktoren rekursive Einbettung und Topikalisierung kontrastierte. In Studie 3 wurde das EmbSyn-Material in Kombination mit anodaler transkranieller Gleichstromstimulation (tDCS) über 2 für die Sprachverarbeitung potenziell relevanten Hirnarealen (inferiorer frontaler Gyrus (IFG) und temporo-parietale Bereiche (TP)) eingesetzt. Studie 4 dokumentierte den Einsatz des EmbSyn-Materials in einer klinischen Patient*innen-Population mit linkshemisphärischer Läsion nach Schlaganfall. Studie 5 pilotierte das PhonMem-Material, das zur detaillierten Beschreibung basaler phonologischer AG-Leistungen entwickelt wurde, in der aus Studie 4 bekannten Patient*innenpopulation und einer abgestimmten gesunden Kontrollpopulation. In Studie 6 schließlich wurde die Patient*innenpopulation aus den Studien 4 und 5 mit einem experimentellen Material zur Verarbeitung visueller Rekursion getestet. Die Ergebnisse dieser Studien zeigen, dass alle 3 Faktoren das Satzverstehen relevant modulieren. Zwar konnten sie nicht entlang ihrer jeweiligen Operationalisierungen dissoziiert werden; schon allein deshalb nicht, weil die phonologisch-verbale AG-Last mit den beiden Fak-toren [EMB] (-Kanonizität, +Rekursivität) und (TOPI] (-Kanonizität, -Rekursivität) implizit variierte. Der diametrale Ansatz aus Verstärkbarkeit (Studie 3: tDCS) vs. Störbarkeit (Studie 4: Läsionsstu-die) einerseits, sowie die Zusammenschau mit ergänzenden Paradigmen (Studie 5: phonolo-gisch-verbales AG/PhonMem; Studie 6: Verarbeitung visueller Rekursion) andererseits erlaubte jedoch die Bestimmung eines sich in 3 Schritten abbildenden Kontinuums (syntaktisch-)sequenzieller Komplexität und damit assoziierter kognitiver Anforderungen.:ABKÜRZUNGSVERZEICHNIS VII I. EINFÜHRUNG 1 1. WER MACHT WAS MIT WEM? – SÄTZE VERSTEHEN 4 1.1 KOMPLEXE SYNTAX: SPRACHVERSTEHEN IST (AUCH) EINE FRAGE DER WAHRSCHEINLICHKEIT. 7 1.1.1 Wer kämmt wen? – Valenz und Argumentstruktur 11 1.1.2 Wen kämmt wer? – Linearität, Movement und Topikalisierung 12 1.1.3 „Der Frosch [… […] …] lacht.“ – Long-Distance-Dependencys und rekursive Einbettungen 14 1.1.4 Wer kämmt, wer lacht? – Topikalisierung in komplexen Relativsatz-Konstruktionen 15 1.2 REKURSION: SPRACHVERSTEHEN IST NICHT UNENDLICH. 18 1.3 DAS PHONOLOGISCH-VERBALE ARBEITSGEDÄCHTNIS: SPRACHVERSTEHEN PASSIERT IM HIER & JETZT. 20 1.3.1 Gedächtnissysteme 22 1.3.2 Das modulare Mehrkomponentenmodell von Baddeley und Hitch. 24 1.3.3 Arbeitsgedächtnis: Eigenständiges System oder Emergenzphänomen? 25 1.3.4 Alternative Konzeptionen des AGs 29 1.3.5 Testung des phonologisch-verbalen Arbeitsgedächtnisses 33 1.4 DAS VERSTEHENDE GEHIRN – NEURO- UND PSYCHOLINGUISTISCHE GRUNDLAGEN 39 1.4.1 Akustisch-phonologische Prozesse 41 1.4.2 Früher Aufbau einer Phrasenstruktur 42 1.4.3 Syntaktische, semantische und thematische Rollen 43 1.4.4 Wie spezialisiert ist das Sprachnetzwerk? 45 1.5 ERWORBENE SPRACH(VERARBEITUNGS)STÖRUNGEN 48 1.6 ZUSAMMENFASSUNG 51 II. AUFGABENSTELLUNG 55 2. ZIELE UND FRAGESTELLUNGEN 55 III. MATERIALIEN UND METHODEN 57 3. SPRACHVERSTEHEN VERSTEHEN – METHODISCHER HINTERGRUND DER STUDIEN 57 3.1 MODULIERTE KOGNITION? – TRANSKRANIELLE GLEICHSTROMSTIMULATION (TDCS) 57 3.1.1 Der theoretische Hintergrund 57 3.1.2 Die praktische Durchführung 58 3.1.3 Methodendiskussion: Alles fauler Zauber? 61 3.2 GESTÖRTES SPRACHVERSTEHEN – LÄSIONSSTUDIEN 64 3.2.1 Der theoretische Hintergrund 64 3.2.2 Läsionsstudien in der vorliegenden Arbeit 65 3.3 STATISTISCHE DATENANALYSE 68 3.3.1 Outcome-Parameter 68 3.3.2 Datenanalytische Verfahren 70 IV. EXPERIMENTELLE STUDIEN 78 4.1 STUDIE 1: VERARBEITUNG SYNTAKTISCH KOMPLEXER SÄTZE MIT HOHEN ARBEITSGEDÄCHTNIS- 78 ANFORDERUNGEN 78 4.1.1 Einleitung 78 4.1.2 Material und Methoden 79 4.1.3 Datenanalyse und Ergebnisse 82 4.1.4 Diskussion 82 4.2 STUDIE 2: VERARBEITUNG SYNTAKTISCH KOMPLEXER SÄTZE MIT HOHEN ARBEITSGEDÄCHTNIS-ANFORDERUNGEN (EMBSYN) – DER 2. VERSUCH 84 4.2.1 Einleitung 84 4.2.2 Material und Methoden 86 4.2.3 Datenanalyse und Ergebnisse 96 4.2.4 Diskussion 103 4.3. STUDIE 3: TDCS-GESTÜTZTE SATZVERARBEITUNG IM EMBSYN-PARADIGMA 108 4.3.1 Einleitung 108 4.3.2 Material und Methoden 111 4.3.3 Datenanalyse und Ergebnisse 115 4.3.4 Diskussion 125 4.4. STUDIE 4: GESTÖRTE SATZVERARBEITUNG IM EMBSYN-PARADIGMA 131 4.4.1 Einleitung 131 4.4.2 Material und Methoden 133 4.4.3 Datenanalyse und Ergebnisse 135 4.4.4 Diskussion 150 4.5. STUDIE 5: PHONMEM – STÖRUNGEN DES PHONOLOGISCH-VERBALEN ARBEITSGEDÄCHTNISSES NACH HIRNLÄSION 154 4.5.1 Einleitung 154 4.5.2 Material und Methoden 156 4.5.3 Datenanalyse und Ergebnisse 164 4.5.4 Diskussion 189 4.6. ZUSAMMENHANG ZWISCHEN DEN EMBSYN- UND PHONMEM-LÄSIONSSTUDIEN 196 4.6.1 Einleitung 196 4.6.2 Material und Methoden 197 4.6.3 Datenanalyse und Ergebnisse 200 4.6.4 Diskussion 205 4.7. STUDIE 6: REKURSIONSVERARBEITUNG NACH HIRNLÄSION: VISUELL VS. SPRACHLICH 209 4.7.1 Einleitung 209 4.7.2 Material und Methoden 211 4.7.3 Datenanalyse und Ergebnisse 211 4.7.4 Diskussion 215 V. ZUSAMMENFASSENDE DISKUSSION 218 5.1 LASSEN SICH DER EINFLUSS VON KANONIZITÄT, REKURSIVITÄT UND PHONOLOGISCH-VERBALER AG-LAST AUF DAS SATZVERSTEHEN DIFFERENZIEREN? GIBT ES INTERAKTIONEN ZWISCHEN DIESEN FAKTOREN? 219 5.2 PERSPEKTIVE: TDCS – ZUKUNFT DER APHASIE-BEHANDLUNG? 227 5.3 PERSPEKTIVE: PHONMEM ALS DIAGNOSTIKINSTRUMENT 228 5.4 LIMITATIONEN DIESER ARBEIT 230 VI. ZUSAMMENFASSUNG DER ARBEIT (ANLAGE 3) 233 VII. LITERATURVERZEICHNIS 237 VIII. ANLAGEN 277 8.1 ANHANG A: STATISTIKEN 278 Verzeichnis Anhang A 278 ANHANG A.1 Zusätzliche Statistiken zu Studie 2 (EmbSyn) 279 ANHANG A.2 Zusätzliche Statistiken zu Studie 3 (EmbSyn | tDCS) 286 ANHANG A.3. Zusätzliche Statistiken zu Studie 5 (PhonMem). 292 ANHANG A.4. Zusätzliche Statistiken zu den Zusammenhängen der Läsionsstudien 319 8.2 ANHANG B: MATERIAL 324 Verzeichnis Anhang B 324 ANHANG B.1 Material zu den Studien 2–4 (EmbSyn). 325 ANHANG B.2 Material zu Studie 5 (PhonMem). 338 8.3 ANHANG C: PUBLIKATION ZUR VERARBEITUNG VISUELLER REKURSION 353 8.4 ABBILDUNGSVERZEICHNIS 378 8.5 TABELLENVERZEICHNIS 383 8.6 SELBSTSTÄNDIGKEITSERKLÄRUNG (ANLAGE 4) 387 8.7 LEBENSLAUF 388 8.8 PUBLIKATIONEN, VORTRÄGE, PRÄSENTATIONEN 390 DANKSAGUNG 39

Wer macht was mit wem?: Die differenziellen Rollen von Kanonizität, Rekursion und phonologisch-verbalem Arbeitsgedächtnis beim Verstehen komplexer Syntax

Dissertation zur Erlangung des akademischen Grades Dr. rer. med. Titel: Wer macht was mit wem? – Die differenziellen Rollen von Kanonizität, Rekursion und phonologisch-verbalem Arbeitsgedächtnis beim Verstehen komplexer Syntax eingereicht von: M.Sc., M.A., Mag. Art. Carina Denise Krause angefertigt an: Universität Leipzig, Medizinische Fakultät Max-Planck-Institut für Kognitions- und Neurowissenschaften, Abteilungen Neuropsychologie & Neurologie betreut von: Prof. Dr. Hellmuth Obrig, Prof. Dr. Angela D. Friederici Oktober 2022 Um einen Satz zu verstehen, müssen Wörter zu Phrasen und Phrasen zu einem Satz hie-rarchisch zusammengefügt und die Information der einzelnen Komponenten integriert werden, bis die syntaktischen und thematischen Relationen im Satz eindeutig und kohärent sind. Unter Einbezug des Weltwissens wird dann eine Repräsentation des Satzinhalts konstruiert. Syntak-tisch komplexe Sätze sind mit Verarbeitungsschwierigkeiten auf verschiedenen linguistischen und kognitiven Ebenen verbunden. Riches (2020) definiert den Kern syntaktischer Komplexität so: „The term ‘complex’ is frequently used to refer to sentences with more than one clause, which typically involve non-canonical word orders.“ (S. 501). In dieser Arbeit werden 3 überge-ordnete Faktoren in den Fokus genommen, die zur Komplexität eines Satzes beitragen können: Kanonizität, Rekursivität und die phonologisch-verbale AG-Last. Syntaktische Komplexität ist häufig gekennzeichnet durch Nicht-Kanonizität, d. h. durch irreguläre, niedrigfrequente Strukturen (Regularität x Frequenz-Hypothese; Christiansen & Chater, 2016a). Die Objekttopikalisierung − wie in dem Satz „Den Frosch kämmt der Igel.“ − ist beispielsweise eine durch den kognitionslinguistischen Mechanismus Movement erzeugte nicht-kanonische und damit komplexere Satzstruktur. Rekursivität ist eine weitere Dimension, die komplexe syntaktische Sequenzen erzeugt. Rekursion wird in dieser Arbeit sehr eng definiert als domänenunabhängige, hierarchisch ge-schachtelte, nicht iterativ generierbare Struktur (center-embedded recursion). Die Verarbeitung dieser rekursiven Struktur ist nicht zwingend selbst rekursiv, sondern basiert auf der allgemei-nen Fähigkeit Sequenzen unterschiedlicher Form und Komplexität zu lernen und zu verarbeiten. Der grundlegende Mechanismus zur Generierung syntaktischer Strukturen ist die kombinatori-sche Verknüpfungsoperation Merge. Merge kann rekursiv angewendet werden und generiert so auch syntaktische Hierarchie. Die dabei entstehenden eingebetteten Strukturen sind theore-tisch rekursiv unendlich weiterführbar. Praktisch hingegen sind Konstruktionen mit mehr als 3 Einbettungen nicht mehr verstehbar. Das liegt u. a. daran, dass solch verschachtelte Konstrukti-onen kaum oder nie im Sprachinput enthalten waren und daher keine (starke) generalisierte syntaktische Konstruktion dafür im Gedächtnis vorhanden ist. Sequenzen der fraglichen syntakti-schen Form wurden also selten (oder gar nicht) gelernt, sie können durch ihre Irregularität nicht einfach durch Analogiebildung abgeleitet werden, sie sind insgesamt unwahrscheinlicher und werden daher vom Gehirn nicht (sofort) antizipiert. Die Fähigkeit zur Generierung und Verarbeitung hierarchischer, rekursiver Strukturen ist nicht auf die Sprache beschränkt; sie wird als generelles Kernmerkmal menschlicher Kognition diskutiert. Rekursive Strukturen finden sich bspw. auch in Musik, komplexen Handlungen und visueller Verarbeitung. Dabei ist noch unklar, ob ein domänenübergreifendes Netzwerk im Ge-hirn existiert, das die Grundlage für die Verarbeitung von Rekursion bildet, oder ob bspw. sprachliche Rekursion anders verarbeitet wird als visuelle. Auditorische Signale sind sehr kurzlebig, d. h. eine auditorische Erinnerung wird extrem schnell überschrieben von neuer einkommender Sprachinformation, wenn sie nicht möglichst schnell und effizient weiterverarbeitet wird. Die Verarbeitung irregulärer und / oder niedrigfre-quenter syntaktischer Konstruktionen ist stärker abhängig von der akustisch-phonologischen Verarbeitung als die Verarbeitung frequenter, kanonischer Strukturen, deren Repräsentationen meist differenziert und mühelos(er) abrufbar sind und die zusätzlich durch Analogiebildung er-schlossen werden können. Das korrekte Lernen und Verstehen komplexer syntaktischer Sequen-zen erfordert nicht nur eine präzisere Verarbeitung im phonologisch-verbalen Arbeitsgedächt-nis (AG); komplexe Strukturen erhöhen auch ihrerseits die phonologisch-verbale AG-Last. Das AG ist jedoch durch allgemeine und individuelle sensuokognitive Parameter kapazitätsbe-schränkt und bildet dadurch einen Engpass (Now-or-Never-Bottleneck; Christiansen & Chater, 2016b) im Satzverstehen. Die beschränkte Kapazität des AGs basiert auf (1) Interferenz zwischen konkurrierenden linguistischen Informationen, (2) limitierten Aufmerksamkeits- und kognitiven Ressourcen, (3) der Effizienz der akustisch-phonologischen Verarbeitung, die u. a. abhängig ist von (4) der Präzision der im LZG gespeicherten (phonologischen) Repräsentationen, der Effizienz des Zugriffs auf diese Gedächtnisinhalte und ihre Aktivierung, sowie die Fähigkeit, diese Aktivie-rungen aufrecht zu erhalten, und damit (5) der Erfahrung mit (variationsreichem) sprachlichem Input. Das AG wird in dieser Arbeit konzeptualisiert als Sprachverarbeitung im Hier-und-Jetzt, das gegen die Interferenz von nachfolgendem linguistischen Material gerichtete Aktivhalten relevanter Gedächtnisinhalte bis zur (hinreichend) erfolgreichen, Chunk-basierten Weiterverar-beitung auf verschiedenen linguistischen Ebenen. Das Ziel der vorliegenden Arbeit war die Bestimmung des differenziellen Einflusses der 3 syntaktischen Komplexitätsfaktoren Kanonizität, Rekursivität und phonologisch-verbale AG-Last auf das Satzverstehen. Dabei ging es vor allem um die Differenzierbarkeit (a) der einzelnen syn-taktischen Komplexitätsfaktoren im Sinne einer Dissoziation und (b) sprachspezifischer versus domänenübergreifender Einflussfaktoren auf die Verstehensleistung. Im Rahmen dieser Dissertation wurden 6 Studien durchgeführt. Studie 1 zielte auf die experimentelle Differenzierung von sprachlicher AG-Komponente (Faktor Speicher; operationalisiert durch Long-Distance-Dependencys (LDDs)) und syntaktischer Verarbeitung (Faktor Ordnen; operationalisiert durch Topikalisierung). In Studie 2 wurde das EmbSyn-Paradigma pilotiert, ein Material das die beiden syntaktischen Komplexitätsfaktoren rekursive Einbettung und Topikalisierung kontrastierte. In Studie 3 wurde das EmbSyn-Material in Kombination mit anodaler transkranieller Gleichstromstimulation (tDCS) über 2 für die Sprachverarbeitung potenziell relevanten Hirnarealen (inferiorer frontaler Gyrus (IFG) und temporo-parietale Bereiche (TP)) eingesetzt. Studie 4 dokumentierte den Einsatz des EmbSyn-Materials in einer klinischen Patient*innen-Population mit linkshemisphärischer Läsion nach Schlaganfall. Studie 5 pilotierte das PhonMem-Material, das zur detaillierten Beschreibung basaler phonologischer AG-Leistungen entwickelt wurde, in der aus Studie 4 bekannten Patient*innenpopulation und einer abgestimmten gesunden Kontrollpopulation. In Studie 6 schließlich wurde die Patient*innenpopulation aus den Studien 4 und 5 mit einem experimentellen Material zur Verarbeitung visueller Rekursion getestet. Die Ergebnisse dieser Studien zeigen, dass alle 3 Faktoren das Satzverstehen relevant modulieren. Zwar konnten sie nicht entlang ihrer jeweiligen Operationalisierungen dissoziiert werden; schon allein deshalb nicht, weil die phonologisch-verbale AG-Last mit den beiden Fak-toren [EMB] (-Kanonizität, +Rekursivität) und (TOPI] (-Kanonizität, -Rekursivität) implizit variierte. Der diametrale Ansatz aus Verstärkbarkeit (Studie 3: tDCS) vs. Störbarkeit (Studie 4: Läsionsstu-die) einerseits, sowie die Zusammenschau mit ergänzenden Paradigmen (Studie 5: phonolo-gisch-verbales AG/PhonMem; Studie 6: Verarbeitung visueller Rekursion) andererseits erlaubte jedoch die Bestimmung eines sich in 3 Schritten abbildenden Kontinuums (syntaktisch-)sequenzieller Komplexität und damit assoziierter kognitiver Anforderungen.:ABKÜRZUNGSVERZEICHNIS VII I. EINFÜHRUNG 1 1. WER MACHT WAS MIT WEM? – SÄTZE VERSTEHEN 4 1.1 KOMPLEXE SYNTAX: SPRACHVERSTEHEN IST (AUCH) EINE FRAGE DER WAHRSCHEINLICHKEIT. 7 1.1.1 Wer kämmt wen? – Valenz und Argumentstruktur 11 1.1.2 Wen kämmt wer? – Linearität, Movement und Topikalisierung 12 1.1.3 „Der Frosch [… […] …] lacht.“ – Long-Distance-Dependencys und rekursive Einbettungen 14 1.1.4 Wer kämmt, wer lacht? – Topikalisierung in komplexen Relativsatz-Konstruktionen 15 1.2 REKURSION: SPRACHVERSTEHEN IST NICHT UNENDLICH. 18 1.3 DAS PHONOLOGISCH-VERBALE ARBEITSGEDÄCHTNIS: SPRACHVERSTEHEN PASSIERT IM HIER & JETZT. 20 1.3.1 Gedächtnissysteme 22 1.3.2 Das modulare Mehrkomponentenmodell von Baddeley und Hitch. 24 1.3.3 Arbeitsgedächtnis: Eigenständiges System oder Emergenzphänomen? 25 1.3.4 Alternative Konzeptionen des AGs 29 1.3.5 Testung des phonologisch-verbalen Arbeitsgedächtnisses 33 1.4 DAS VERSTEHENDE GEHIRN – NEURO- UND PSYCHOLINGUISTISCHE GRUNDLAGEN 39 1.4.1 Akustisch-phonologische Prozesse 41 1.4.2 Früher Aufbau einer Phrasenstruktur 42 1.4.3 Syntaktische, semantische und thematische Rollen 43 1.4.4 Wie spezialisiert ist das Sprachnetzwerk? 45 1.5 ERWORBENE SPRACH(VERARBEITUNGS)STÖRUNGEN 48 1.6 ZUSAMMENFASSUNG 51 II. AUFGABENSTELLUNG 55 2. ZIELE UND FRAGESTELLUNGEN 55 III. MATERIALIEN UND METHODEN 57 3. SPRACHVERSTEHEN VERSTEHEN – METHODISCHER HINTERGRUND DER STUDIEN 57 3.1 MODULIERTE KOGNITION? – TRANSKRANIELLE GLEICHSTROMSTIMULATION (TDCS) 57 3.1.1 Der theoretische Hintergrund 57 3.1.2 Die praktische Durchführung 58 3.1.3 Methodendiskussion: Alles fauler Zauber? 61 3.2 GESTÖRTES SPRACHVERSTEHEN – LÄSIONSSTUDIEN 64 3.2.1 Der theoretische Hintergrund 64 3.2.2 Läsionsstudien in der vorliegenden Arbeit 65 3.3 STATISTISCHE DATENANALYSE 68 3.3.1 Outcome-Parameter 68 3.3.2 Datenanalytische Verfahren 70 IV. EXPERIMENTELLE STUDIEN 78 4.1 STUDIE 1: VERARBEITUNG SYNTAKTISCH KOMPLEXER SÄTZE MIT HOHEN ARBEITSGEDÄCHTNIS- 78 ANFORDERUNGEN 78 4.1.1 Einleitung 78 4.1.2 Material und Methoden 79 4.1.3 Datenanalyse und Ergebnisse 82 4.1.4 Diskussion 82 4.2 STUDIE 2: VERARBEITUNG SYNTAKTISCH KOMPLEXER SÄTZE MIT HOHEN ARBEITSGEDÄCHTNIS-ANFORDERUNGEN (EMBSYN) – DER 2. VERSUCH 84 4.2.1 Einleitung 84 4.2.2 Material und Methoden 86 4.2.3 Datenanalyse und Ergebnisse 96 4.2.4 Diskussion 103 4.3. STUDIE 3: TDCS-GESTÜTZTE SATZVERARBEITUNG IM EMBSYN-PARADIGMA 108 4.3.1 Einleitung 108 4.3.2 Material und Methoden 111 4.3.3 Datenanalyse und Ergebnisse 115 4.3.4 Diskussion 125 4.4. STUDIE 4: GESTÖRTE SATZVERARBEITUNG IM EMBSYN-PARADIGMA 131 4.4.1 Einleitung 131 4.4.2 Material und Methoden 133 4.4.3 Datenanalyse und Ergebnisse 135 4.4.4 Diskussion 150 4.5. STUDIE 5: PHONMEM – STÖRUNGEN DES PHONOLOGISCH-VERBALEN ARBEITSGEDÄCHTNISSES NACH HIRNLÄSION 154 4.5.1 Einleitung 154 4.5.2 Material und Methoden 156 4.5.3 Datenanalyse und Ergebnisse 164 4.5.4 Diskussion 189 4.6. ZUSAMMENHANG ZWISCHEN DEN EMBSYN- UND PHONMEM-LÄSIONSSTUDIEN 196 4.6.1 Einleitung 196 4.6.2 Material und Methoden 197 4.6.3 Datenanalyse und Ergebnisse 200 4.6.4 Diskussion 205 4.7. STUDIE 6: REKURSIONSVERARBEITUNG NACH HIRNLÄSION: VISUELL VS. SPRACHLICH 209 4.7.1 Einleitung 209 4.7.2 Material und Methoden 211 4.7.3 Datenanalyse und Ergebnisse 211 4.7.4 Diskussion 215 V. ZUSAMMENFASSENDE DISKUSSION 218 5.1 LASSEN SICH DER EINFLUSS VON KANONIZITÄT, REKURSIVITÄT UND PHONOLOGISCH-VERBALER AG-LAST AUF DAS SATZVERSTEHEN DIFFERENZIEREN? GIBT ES INTERAKTIONEN ZWISCHEN DIESEN FAKTOREN? 219 5.2 PERSPEKTIVE: TDCS – ZUKUNFT DER APHASIE-BEHANDLUNG? 227 5.3 PERSPEKTIVE: PHONMEM ALS DIAGNOSTIKINSTRUMENT 228 5.4 LIMITATIONEN DIESER ARBEIT 230 VI. ZUSAMMENFASSUNG DER ARBEIT (ANLAGE 3) 233 VII. LITERATURVERZEICHNIS 237 VIII. ANLAGEN 277 8.1 ANHANG A: STATISTIKEN 278 Verzeichnis Anhang A 278 ANHANG A.1 Zusätzliche Statistiken zu Studie 2 (EmbSyn) 279 ANHANG A.2 Zusätzliche Statistiken zu Studie 3 (EmbSyn | tDCS) 286 ANHANG A.3. Zusätzliche Statistiken zu Studie 5 (PhonMem). 292 ANHANG A.4. Zusätzliche Statistiken zu den Zusammenhängen der Läsionsstudien 319 8.2 ANHANG B: MATERIAL 324 Verzeichnis Anhang B 324 ANHANG B.1 Material zu den Studien 2–4 (EmbSyn). 325 ANHANG B.2 Material zu Studie 5 (PhonMem). 338 8.3 ANHANG C: PUBLIKATION ZUR VERARBEITUNG VISUELLER REKURSION 353 8.4 ABBILDUNGSVERZEICHNIS 378 8.5 TABELLENVERZEICHNIS 383 8.6 SELBSTSTÄNDIGKEITSERKLÄRUNG (ANLAGE 4) 387 8.7 LEBENSLAUF 388 8.8 PUBLIKATIONEN, VORTRÄGE, PRÄSENTATIONEN 390 DANKSAGUNG 39

Statistische Datenintegration in der translationalen Medizin

Translational medicine describes the path from basic research to health improvement for the public. We tailored available computational and statistical methods to biological and clinical questions, mainly in the fields of dermatology and immunology, to integrate various levels of biomedical data, from molecular measurements to clinical attributes. Statistical data integration enabled us to bridge the gap to clinical applications and improve diagnosis and understanding of human diseases.Translationale Medizin beschreibt den Weg von grundlegender Forschung zur Verbesserung der allgemeinen Gesundheit. Zur statistischen Integration verschiedener biomedizinischer Daten, wie molekularer Messungen und klinischer Attribute, wurden verfügbare statistische Methoden exakt auf biologische oder klinische Fragestellungen, hauptsächlich in den Bereichen Dermatologie und Immunologie, angepasst. Die statistische Datenintegration ermöglichte den Schritt hin zu klinischen Anwendungen