Beim Sprechen koordiniert ein Hirnnetzwerk die Bedeutung, die Laute und die Bewegungen eines Wortes. Mit TMS können wir diesen Prozess zu einem gewählten Zeitpunkt stören. Bildgebung zeigt, wie das gesamte Netzwerk darauf reagiert.
Was ist Speech Arrest?
Bei einer Bildbenennungsaufgabe sieht eine Person einen vertrauten Gegenstand und benennt ihn laut. TMS an einem sprachrelevanten Ort kann diese Antwort verzögern oder unterbrechen. Solche Unterbrechungen und andere Benennfehler helfen zu untersuchen, welche Hirnregionen zur Sprachproduktion beitragen.
In unserer Studie bestimmten Speech Arrest und Anomie beim neuronavigierten TMS-Sprachmapping ein individuelles posteriores temporales Ziel. Anschließend untersuchten wir mit chronometrischer TMS-fMRT, wie die Stimulation dieses Ziels die Aktivität im Sprachnetzwerk verändert.
Vom Sprachmapping zur Netzwerkantwort
Zwanzig gesunde Personen mit Deutsch als Muttersprache nahmen an zwei Experimenten teil. Zunächst leitete eine Sprach-fMRT die TMS-Kartierung außerhalb des Scanners. Aufgezeichnete Benennantworten bestimmten den Ort, der am zuverlässigsten mit Speech Arrest oder Anomie verbunden war. Im zweiten Experiment benannten die Teilnehmenden Bilder während der interleaved TMS-fMRT. Die Stimulation begann entweder bei Bildbeginn oder 200 ms später.
Benennfehler wurden im Mapping-Experiment erfasst. Das Scannerexperiment maß BOLD-Antworten; die Sprachproduktion wurde dabei nicht gleichzeitig aufgezeichnet.
Warum ist der Stimulationszeitpunkt entscheidend?
Ein Bild zu erkennen, ein Wort abzurufen und seine Aussprache vorzubereiten braucht Zeit. Eine Stimulation trifft deshalb auf ein sich veränderndes Netzwerk. Wir hielten den individuellen Zielort und die Pulsfolge konstant und verschoben den Beginn des TMS-Pulszuges.
Die Bedingungen bei 0 und 200 ms erfassen unterschiedliche, teilweise überlappende Verarbeitungsfenster. Ihr Vergleich untersucht, wie der Aufgabenzeitpunkt die Hirnantwort auf dieselbe Stimulation verändert.
Was verändert sich im Sprachnetzwerk?
Im direkten Vergleich führte der TMS-Beginn bei 200 ms gegenüber 0 ms zu stärkeren BOLD-Antworten im Gyrus frontalis inferior, im medialen präfrontalen Kortex und im Thalamus. Die Stimulation eines posterioren temporalen Ziels veränderte damit Antworten jenseits der stimulierten Region.
Die Regionen zeigten unterschiedliche Muster: Im STG war die Antwort bei 200 ms stärker als bei früher oder fehlender Stimulation. In der IFG-Regionsanalyse war die Antwort bei 200 ms stärker als bei 0 ms; die höchste Antwort trat dort beim Benennen ohne TMS auf.
Was bedeutet das für TMS-Sprachmapping?
Ein Benennfehler zeigt eine Störung der Sprachproduktion unter einer bestimmten Kombination aus Zielort, Aufgabe, Zeitpunkt und Stimulationsparametern. Um diese Störung zu verstehen, müssen wir auch das Netzwerk betrachten, in das der Zielort eingebunden ist.
Unsere Ergebnisse stützen eine Netzwerkerklärung TMS-bedingter Sprachunterbrechungen: Stimulation kann Aktivität und Koordination im gesamten Sprachsystem verändern. Sie stellen die Annahme infrage, eine unterbrochene Antwort müsse allein durch lokale Hemmung entstehen. Damit verbinden sie Sprachmapping mit der zeitlichen Organisation von Sprachproduktion und der Zustandsabhängigkeit von TMS-Effekten.
Die Studie
Chronometric interleaved TMS-fMRI shows state-dependent network effects underlying speech production
Maria Vasileiadi, Anna-Lisa Schuler, Michael Woletz, Verena Witz, Sarah Grosshagauer, John Coetzee und Martin Tik. Brain Stimulation, 2026;19(1):103010.