Dennis L.
Wer zwei Sprachen gleichermaßen beherrscht, wechselt oft ohne bewusstes Nachdenken zwischen ihnen und bringt Gedanken augenblicklich in die passende Form. Eine internationale Forschungsgruppe hat nun erstmals auf der Ebene einzelner Nervenzellen untersucht, wie das Gehirn diese Leistung vollbringt. Mithilfe hochauflösender Elektroden im Hippocampus von vier zweisprachigen Patientinnen und Patienten zeigte sich ein überraschend einheitliches Muster. Statt getrennter Bedeutungssysteme für jede Sprache nutzt das Gehirn offenbar eine gemeinsame semantische Landkarte aus Begriffsbeziehungen, die für Englisch und Spanisch gleichermaßen gilt. Die Ergebnisse liefern einen seltenen direkten Einblick in einen Mechanismus, der bislang nur indirekt über bildgebende Verfahren erschlossen werden konnte.
Der Hippocampus zählt zu den am besten untersuchten Hirnstrukturen und gilt seit Langem als zentrale Schaltstelle für Gedächtnis und Orientierung. In den vergangenen Jahren häuften sich jedoch Hinweise darauf, dass diese tief im Temporallappen liegende Struktur auch an der Verarbeitung von Wortbedeutungen beteiligt ist. Einzelne Nervenzellen im Hippocampus reagieren demnach nicht zufällig, sondern feuern gezielt, wenn bestimmte Konzepte gehört, gelesen oder gedacht werden. Bei einsprachigen Personen ließ sich so bereits zeigen, dass sich Wortbedeutungen in einem geordneten neuronalen Raum abbilden lassen, in dem verwandte Begriffe wie Hund und Wolf benachbart liegen, während inhaltlich entfernte Wörter wie Gabel deutlich weiter auseinanderliegen. Wie komplex einzelne Hirnstrukturen tatsächlich aufgebaut sind, verdeutlichen inzwischen auch hochauflösende dreidimensionale Computermodelle des Gehirns, die einzelne Zellen und ihre Verschaltungen sichtbar machen. Offen blieb bislang, wie sich Zweisprachigkeit auf der Ebene einzelner Nervenzellen organisiert und ob getrennte neuronale Bibliotheken für jede Sprache ebenso denkbar wären wie ein gemeinsames, sprachübergreifendes Ordnungsprinzip.
Um diese Frage zu klären, nutzten die Forschenden eine seltene klinische Gelegenheit bei Epilepsie-Patienten, denen vor einem geplanten chirurgischen Eingriff hochauflösende Elektroden direkt in den Hippocampus eingesetzt wurden, um die genaue Lage der Anfallsherde zu bestimmen. Diese Elektroden erlauben es, die Aktivität einzelner Nervenzellen über Stunden hinweg aufzuzeichnen, was mit nicht invasiven Methoden wie der Magnetresonanztomografie nicht möglich ist. Vier früh zweisprachig aufgewachsene Personen mit Englisch und Spanisch als Alltagssprachen nahmen an drei Studienteilen teil, die passives Zuhören, lautes Sprechen und freie Gespräche in beiden Sprachen umfassten. Um die gemessenen Aktivitätsmuster einzuordnen, verglichen die Forschenden sie zusätzlich mit den internen Bedeutungsräumen moderner mehrsprachiger Sprachmodelle wie mBERT, das auf mehr als hundert Sprachen trainiert wurde. Dieser Vergleich zwischen biologischem Gewebe und künstlichem System sollte klären, ob Gehirn und künstliche Intelligenz möglicherweise auf ähnliche Lösungen für dasselbe Problem zurückgreifen.
Die Auswertung der Einzelzellaktivität ergab ein zunächst überraschendes Bild. Nur eine kleine Zahl von Nervenzellen reagierte auf äquivalente Begriffe in beiden Sprachen ähnlich, etwa auf das englische Wort earth und das spanische tierra. Die überwiegende Mehrheit der untersuchten Zellen war dagegen klar an eine einzelne Sprache gebunden und zeigte für dasselbe Konzept in der jeweils anderen Sprache ein völlig anderes Aktivitätsmuster. Trotz dieser sprachlichen Trennung auf Zellebene blieb die übergeordnete geometrische Anordnung der Bedeutungen erhalten. Wörter, die inhaltlich eng verwandt sind, lagen im neuronalen Aktivitätsraum unabhängig von der gesprochenen Sprache nah beieinander, während inhaltlich entfernte Begriffe deutlich getrennt blieben. Ein Team um Forschende der Rice University und des Baylor College of Medicine bezeichnet dieses Prinzip als geteilte semantische Geometrie. In der Sprache der Neurowissenschaft wird ein solches Muster als Population Coding bezeichnet, bei dem nicht einzelne Zellen, sondern das Aktivitätsmuster ganzer Zellgruppen die entscheidende Information trägt. Aus den Nachbarschaftsbeziehungen im englischen Bedeutungsraum ließ sich sogar die ungefähre Position des spanischen Äquivalents vorhersagen, ohne dass dafür eine Wort für Wort Übersetzung nötig gewesen wäre.
Für die Praxis zweisprachiger Kommunikation liefert dieser Befund eine mögliche Erklärung dafür, warum sich beim Wechsel zwischen zwei Sprachen kaum Bedeutungsfehler einschleichen. Würde das Gehirn für jede Sprache ein komplett unabhängiges System aus Bedeutungen aufbauen, müsste es bei jedem Sprachwechsel aufwendig zwischen zwei getrennten Landkarten vermitteln. Stattdessen greifen beide Sprachen auf dieselbe zugrunde liegende Struktur zurück und unterscheiden sich vor allem darin, über welche neuronalen Ausleseachsen diese Struktur abgerufen wird. Die Forschenden sprechen hierbei von unterschiedlichen Auslesewegen innerhalb eines gemeinsam genutzten Zellverbands. Dieses Prinzip erinnert an frühere Erkenntnisse zur Gedächtnisleistung des Menschen, wonach die Verknüpfung mehrerer Hirnregionen oft entscheidender ist als die schiere Aktivität einzelner Areale. Für die Betroffenen bedeutet das im Alltag, dass ihr Gehirn keine zwei Wörterbücher parallel pflegen muss, sondern ein einziges Beziehungsgeflecht aus Bedeutungen, das lediglich unterschiedlich abgerufen wird. Das würde auch erklären, warum selbst hochgradig geübte mehrsprachige Sprecher nur selten unbeabsichtigt Wörter aus der falschen Sprache verwenden, obwohl beide Sprachsysteme im Gehirn gleichzeitig aktiv bleiben.
Ein weiterer Teil der Studie widmete sich dem Vergleich mit künstlicher Intelligenz. Die Forschenden glichen die im Hippocampus gemessene semantische Geometrie mit den internen Bedeutungsräumen des mehrsprachigen Sprachmodells mBERT ab und fanden eine deutliche strukturelle Ähnlichkeit zwischen beiden Systemen. Sowohl im Gehirn als auch im künstlichen Modell liegen Wörter mit ähnlicher Bedeutung in benachbarten Bereichen des jeweiligen Aktivitätsraums, unabhängig davon, in welcher Sprache sie geäußert werden. Diese Parallele deutet darauf hin, dass biologische und künstliche Systeme möglicherweise auf ähnliche rechnerische Lösungen für ein gemeinsames Problem zurückgreifen, nämlich Bedeutung so zu organisieren, dass sie über mehrere Sprachen hinweg wiederverwendbar bleibt. Die im Fachmagazin Cell veröffentlichte Studie beruht allerdings nur auf vier Studienteilnehmenden, was für invasive Elektrodenstudien typisch ist, aber die statistische Aussagekraft einschränkt. Offen bleibt zudem, ob sich das gefundene Prinzip auch auf Sprachpaare mit deutlich unterschiedlicherer Grammatik oder Schriftsystemen wie Deutsch und Japanisch übertragen lässt. Die Autorinnen und Autoren betonen, dass weitere Studien mit größeren und sprachlich vielfältigeren Gruppen nötig sind, um zu klären, wie allgemeingültig die beobachtete gemeinsame Landkarte tatsächlich ist.
Cell, Shared neural geometries for bilingual semantic representations in human hippocampal neurons; doi:10.1016/j.cell.2026.05.020