Hausarbeit
Das semantische Gedächtnis
Veranstaltung: Neuropsychologie II – Gedächtnis
Inhalt
1. Einleitung 2
2. Die Organisation des semantischen Gedächtnisses 3
2.1 Differenzierung von episodischem und semantischem Gedächtnis 3
2.2 Semantische Konzepte – Kategorien, Merkmale und Prototypen 4
3. Modelle des semantischen Gedächtnisse 6
3.1. Category search models 6
3.2. Feature comparison models 7
3.3 Das Netzwerkmodell von Collins und Quillian 7
3.4. Das Netzwerkmodell von Collins und Loftus 11
4. Funktionelle Neuroanatomie des semantischen Gedächtnisses 13
4.1 Objektbenennung und Einzelwortlesen 14
4.2 semantische Entscheidung 14
4.3 Abruf von Informationen über Objekteigenschaften 15
4.4 Objektkategorie-spezifischer Repräsentation 15
5. Beeinträchtigungen des semantischen Gedächtnisses 17
5.1 Amnesie 18
5.2 Alzheimer und Parkinson 18
5.3 semantische Demenz 19
1. Einleitung
Gedächtnisfunktionen können nach zeitlichen und inhaltlichen Gesichtspunkten sowie nach zugrunde liegenden Prozessen eingeteilt werden.
Die Unterteilung der Gedächtnisfunktionen ist für die klinische Neuropsychologie relevant, da nach Schädigungen gedächtnisrelevanter Strukturen meist Teilbereiche geschädigt sind und spezifische Ausfälle bedingen, und die Kenntnis darüber eine störungsspezifische Wahl des Therapieansatzes ermöglicht.
Neben den Psychologen, die sich im Hinblick auf Ursachen und Behandlungsmöglichkeiten von Gedächtnisstörungen mit der Funktionsweise des Gedächtnisses beschäftigen, befassen sich auch Computerfachleute mit der Frage, wie die Verarbeitung und Speicherung von Wissensinhalten funktioniert, um diese Erkenntnisse für die Entwicklung von Computerprogrammen nutzbar zu machen.
Die bekannteste zeitliche Unterteilung der Gedächtnisfunktionen ist die Unterscheidung zwischen Kurz- und Langzeitgedächtnis, die auf dem Modell von Atkinson und Shiffrin (1968) beruht.
Hinsichtlich der inhaltsorientierten Einteilung besteht Einigkeit darüber, dass der Langzeitspeicher in das deklarative (oder explizite)und das non-deklarative (oder implizite) Gedächtnis unterteilt werden kann.
Deklarative Gedächtnisleistungen sind dadurch gekennzeichnet, dass ein bewusster Zugang zu den Informationen möglich ist. Das non-deklarative Gedächtnis beinhaltet Verhaltensänderungen, die sich der bewussten Wahrnehmung entziehen.
Im Jahre 1972 unterteilte Tulving das deklarative Gedächtnis in die Bereiche episodisches und semantisches Gedächtnis (Eysenck& Keane).
Im semantischen Gedächtnis ist das Welt- und Faktenwissen eines Menschen gespeichert. Dazu gehört beispielsweise das Wissen über Dinge, die uns umgeben, ihre Farbe, Beschaffenheit, die Tatsache, dass das Jahr 365 Tage hat, dass es sich bei einer Hose um ein Beinkleid handelt und die Bedeutung von Wörtern.
Die Wortbedeutung bzw. der Zusammenhang von Objekten und Begriffen, stellt einen wichtigen Aspekt des semantischen Gedächtnisses dar.
Die semantische Repräsentation eines Objekts wird definiert als die, im Gehirn gespeicherte, Information, die uns das Objekt als solches erkennen lässt.
Das Erkennen eines bestimmten Objekts erfolgt jedoch nicht nur über die Zuordnung eines Begriffes. Die semantische Repräsentation eines Begriffes erfolgt über das Hören oder das Lesen des Begriffes, sowie über das Sehen des Objektes oder einer entsprechenden Abbildung. Außerdem kann das Wissen über ein Objekt entsprechende Geräusche oder auch Gerüche beinhalten.
Beispielsweise ist es uns möglich, das Geräusch, das durch das Zuschlagen einer Tür verursacht wird, als `Türgeräusch` zu identifizieren. Gleichzeitig ist es dem Menschen, der über ein intaktes semantisches System verfügt möglich, sofort alle Informationen abzurufen, die im Gedächtnis über das Objekt `Tür` vorhanden sind, wie Name, Funktion, Beschaffenheit und semantische Kategorie.
Im Gegensatz zu dem im episodischen Gedächtnis gespeichertem Wissen, kann beim semantischen Gedächtnis nicht mehr erinnert werden, in welchem örtlichen und zeitlichen Kontext die Wissensinhalte erworben wurden. Es enthält außerdem keine autobiographischen Aspekte, individuelle Erinnerungen, oder Gedächtnisinhalte, die an spezielle räumliche und zeitliche Abläufe gebunden sind.
Auf Organisation, Lokalisation und Störungen des semantischen Gedächtnisses, soll in den folgenden Kapiteln näher eingegangen werden.
2. Die Organisation des semantischen Gedächtnisses
2.1 Differenzierung von episodischem und semantischem Gedächtnis
Die Unterscheidung zwischen episodischem und semantischem Gedächtnis ist Teil des Gedächtnismodells von Tulving.
Bei verschiedenen Untersuchungen von Patienten mit beeinträchtigter Gedächtnisfunktion zeigte sich, dass trotz beeinträchtigten Abrufs von Welt- und Faktenwissen, autobiographische Erinnerungen unbeeinträchtigt sein können.
In einer Einzelfallstudie (De Renzi et al., 1987; nach Baddeley, 1997) zeigte die Patientin, die nach einer Enzephalitis unter Beeinträchtigungen im Bereich des semantischen Gedächtnisses litt, Defizite hinsichtlich der Wortbedeutung, Benennleistung, sowie der Wortdefinitionen. Die Patientin konnte Begriffe einem Oberbegriff zuordnen, jedoch nicht detaillierter beschreiben.
Des Weiteren hatte die Patientin Probleme, Ereignisse von öffentlichem Interesse zu erinnern. Ereignisse mit autobiographischem Bezug konnten jedoch erinnert werden.
Bei den Ereignissen von öffentlichem Interesse, die sie erinnern konnte zeigte sich, dass diese auch von autobiographischer Relevanz für die Patientin waren. Z.B. erinnerte sie sich an die Tschernobyl-Katastrophe bzw. an die Tatsache, dass sie ihr selbst gezüchtetes Gemüse zu der Zeit nicht essen durfte.
In einer PET- Studie (Tulving, 1989; nach Baddeley, 1997) deren Ziel es war, das episodische und das semantische Gedächtnis zu lokalisieren, wurden die Probanden aufgefordert, Fragen zu beantworten, bei denen entweder Ereignisse mit autobiographischem Bezug, oder Welt- und Faktenwissen erinnert werden mussten.
Es zeigte sich, dass abhängig von der Art der Frage, eine verstärkte Aktivität in zwei verschiedenen Hirnarealen feststellbar war. “[…]episodic memory was associated with a high level of activation of the frontal kortex,whereas semantic memory was associated with high activity in the posterior regions of the cortex.“ (Eysenck & Keane, 1995, S.165)
2.2 Semantische Konzepte – Kategorien, Merkmale und Prototypen
Vieles deutet darauf hin, dass unser Weltwissen bzw. die Dinge, die uns umgeben in bestimmten Kategorien abgespeichert sind, die als semantische Konzepte bezeichnet werden.
Um Kommunikation überhaupt zu ermöglichen, müssen Dinge Namen haben, bzw. muss es möglich sein, einem Begriff eine Bedeutung zuordnen zu können. Deshalb ist die Vorstellung von der Existenz semantischer Konzepte für Linguisten von Bedeutung und wurde auch von Philosophen wie Wittgenstein und Aristoteles diskutiert.
In der Literatur werden zwei verschiedene Theorien diskutiert, die die Beziehung zwischen Merkmalen und Konzepten erklären.
Die klassische Theorie besagt, dass jedes Objekt/Item ein Beispiel für ein bestimmtes Konzept ist, sofern es alle notwendigen Merkmale, „[…]defining features[…]“(Baddeley, S.232) aufweist. Demzufolge müsste ein Vogel alle Merkmale aufweisen, die wir einem Vogel für gewöhnlich zuordnen (z.B. hat Federn, legt Eier, hat einen Schnabel, fliegt) Die Tatsache, dass nicht alle Vögel fliegen können und wir trotzdem in der Lage sind, ein solches Exemplar richtig als Vogel zu identifizieren, zeigt, wie viel komplexer unser Weltwissen organisiert sein muss.
Die Ergebnisse zeigten, dass wenige Eigenschaften von allen Probanden übereinstimmend angegeben wurden (Baddeley, A). Wittgenstein war der Ansicht, dass eher eine familiäre Ähnlichkeit zu der richtigen Zuordnung eines Objekts zu einer Klasse bzw. einem semantischen Konzept führt und dass die klassische Theorie mit den defining Features eine unzureichende Erklärungsmöglichkeit darstellt. „Although members of the same family will tend to look somewhat alike,it is not usually possible to specify any one feature that all family members have in common.” (Baddeley, 1997, S.232)
Die Prototyp-Theorie besagt, dass es innerhalb eines Konzepts Objekte gibt, die ein Maximum an kategoriespezifischen Merkmalen aufweisen und die deshalb Prototypen innerhalb ihrer Kategorie darstellen. Allerdings zeigte sich in einer Studie (McCloskey and Glucksberg 1987), dass eine eindeutige Abgrenzung zwischen einzelnen Kategorien bzw. die Zuordnung von Items zu einer Kategorie nicht immer möglich ist.
Den Probanden wurden bestimmte Kategorien (z.B. Früchte, Gemüse) präsentiert und sie sollten für eine Reihe von Objekten entscheiden, ob es zur gefragten Kategorie gehört. Einige der Items wurden zwei Kategorien zugeordnet und die Zuordnung vieler Items war innerhalb der Probandengruppe nicht konsistent. Z.B. wurde das Item `Tomate` von einigen Probanden dem Gemüse zugeordnet, andere ordneten es den Früchten zu.
Schon einige Jahre, bevor das semantische Gedächtnis in der Fachliteratur benannt wurde, zeigte sich in verschiedenen Studien zu sprachlichen Leistungen von Aphasiepatienten, dass es beim Wortabruf zu unterschiedlichen Beeinträchtigungen kommen kann.
Untersuchungen (Goodglass, Klein, Carey und Jones, 1966; nach Baddeley, 1997) zur Leistung in der Bildbenennung bei Aphasie-Patienten zeigten, dass es bei den Benennschwieigkeiten Unterschiede hinsichtlich des Worttyps gab. Ein Teil der Patienten hatte Probleme Farben und Körperteile während andere Patienten Probleme mit anderen Worttypen hatten (z.B. Küchenutensilien, Lebensmittel)
In einer von Warrington and Shallice (1984)veröffentlichten Untersuchung an vier Enzephalitis-Patienten, die bestimmte Begriffe erläutern sollten, wurde beschrieben, dass diese Patienten keinerlei Probleme bei der Umschreibung lebloser Objekte hatten, dass sie aber lebende Objekte gar nicht oder nur unzureichend beschreiben konnten (z.B. Strauss→ „unbrauchbar“), oder sie nannten lediglich den zugehörigen Oberbegriff (Osterglocke→ „Pflanze“) (Baddeley, A.)
Die Tatsache, dass Probanden mit beeinträchtigtem semantischen Gedächtnis oftmals in der Lage sind, zumindest den zugehörigen Oberbegriff zu benennen, die detaillierte Beschreibung eines Objektes aber Probleme bereitet, spricht für die Annahme, dass es eine hierarchische Organisation innerhalb des semantischen Gedächtnisses gibt.
3. Modelle des semantischen Gedächtnisses
3.1. Category search models
In den 60ger Jahren begannen Studien zur Prüfung von einfachen Sätzen. Hintergrund war die Annahme, dass zum Sprachverständnis und Sprachgebrauch mehr gehört, als die Interpretation jedes einzelnen Wortes.
In einer von Landauer und Freedman (1968; nach Baddeley, 1997)durchgeführten Studie wurden Probanden aufgefordert, einfache Sätze auf ihren Wahrheitsgehalt zu prüfen. Probanden wurden aufgefordert Aussagen wie „Ein Collie ist ein Hund“ oder „Ein Stuhl ist ein Hund“ hinsichtlich ihrer Richtigkeit zu prüfen.
Des Weiteren wurden Begriffe aus größeren Kategorien mit kleineren Kategorien verglichen. Z.B. „Ein Colli ist ein Hund“ und „Ein Collie ist ein Tier“ Hierbei wurde festgestellt, dass die Probanden mehr Zeit benötigen, um festzustellen, dass ein Collie ein Tier ist, als dass ein Collie ein Hund ist. Daraus schlussfolgerte das Forscherteam, dass es länger dauert, die größere Kategorie zu scannen.
Wilkins (1971; nach Baddeley, 1997)zeigte, dass in den semantischen Kategorien bestimmte Items eher repräsentiert werden. `Rotkehlchen` wurde von den Probanden schneller erkannt als `Strauß`. Einige Items erwiesen sich als prototypischer als andere aus derselben semantischen Kategorien. Sie wiesen mehr kategoriespezifische Eigenschaften auf, als weniger schnell repräsentierte Items und wurden schneller gefunden.
Die Entdeckung, dass bestimmte, prototypischere Items schneller gefunden werden als andere, wurde auch in zahlreichen, darauf folgenden Studien gemacht (Baddeley, A.)
3.2. Feature comparison models
Diese Modelle beruhen auf der Annahme, dass sich die Bedeutung eines semantischen Konzepts aus einer Menge semantischer Merkmale ergibt und dass zwischen bestimmten Gruppen von Merkmalen eine semantische Relation besteht.
Smith et al. (1974; nach Baddeley, 1997)unterscheiden in ihrem feature comparison-Modell zwei Gruppen semantischer Merkmale: Zum einen, die so genannten „defining features“ oder abgrenzenden Merkmale, die über die Zugehörigkeit zu einer bestimmen Kategorie entscheiden. Außerdem wurden die so genannten „characteristic features“ benannt, die den meisten Mitgliedern einer Kategorie zueigen sind, die jedoch nicht zu den grundlegenden Merkmalen gehören.
Wenn ein Proband z.B. den Satz „Eine Schwalbe ist ein Vogel“ hinsichtlich der Richtigkeit überprüfen soll, würde er, nach diesem Modell, die Merkmale von Schwalbe und die Merkmale von Vogel miteinander vergleichen und den Satz für richtig befinden, sobald eine ausreichendes Maß an Übereinstimmungen vorliegt. Dies erklärt, dass prototypische Mitglieder einer Kategorie zu einer schnelleren „ja“ - Antwort führen (vgl. 3.1).
Allerdings wird bezweifelt, dass die Ergebnisse der Untersuchung tatsächlich auf spezifische Merkmale eines semantischen Konzepts zurückzuführen sind. “…it seems more likely that category membership is based on something approaching family resemblance,rather than the possession of a limited set of specific features.“ (Baddeley, 1997, S.235)
3.3 Das Netzwerkmodell von Collins und Quillian
Der Computerfachmann Ross Quillian, der sich mit Textverständnis beschäftigte, entwickelte ein Model, das er „Teachable Language Comprehender“, kurz TCL nannte. Dieses Modell beinhaltet ein hierarchisch organisiertes Netzwerk von semantischen Konzepten, wobei jedes Konzept mit bestimmten Merkmalen assoziiert wird und einen Knotenpunkt im Model darstellt (vgl. Abb. 1)
Abb. 1:TCL-Modell – hierarchisch organisiertes Netzwerk( ausCollins and Quillian, 1969)
Die kognitive Ökonomie ist ein Aspekt, der für dieses Model spricht. Da die meisten Vögel fliegen können, ist es ökonomisch, das `fliegen Können` zu einem grundsätzlichen Merkmal der Vögel zu machen. Wenn ein Vogel nicht fliegen kann, ordnet man dieses Merkmal unterhalb der Kategorie `Vögel` den speziellen Vögeln zu.
Wenn der Satz „Amseln können fliegen“ auf seine Richtigkeit überprüft werden soll, beinhaltet die Überprüfung zwei Ebenen: 1. Eine Amsel ist ein Vogel. 2. Vögel können fliegen. Es dauert länger, den Satz „Amseln können fliegen“ zu prüfen, als z.B. den Satz „Eine Amsel ist ein Vogel“, da bei letzterem nur ein Knoten (von Amsel zu Vogel)überquert werden muss. Diese Annahme wurde von Quillian und Collins (1969) in einer Studie überprüft:
1.: Aussagen bezüglich der Kategoriezugehörigkeit :
„Ein Kanarienvogel ist ein Kanarienvogel“ (Distanz: 0),
„Ein Kanarienvogel ist ein Vogel“ (Distanz: 1)
„Ein Kanarienvogel ist ein Tier“ (Distanz: 2)
Die Untersucher nahmen an, dass, je mehr Ebenen zwischen den semantischen Konzepten liegen, bzw. je größer die Distanz ist, desto länger dauert die Überprüfung. Diese Annahme konnte bestätigt werden. (vgl. Abb.2)
2.: Aussagen, in denen der Zusammenhang zwischen Merkmalen und Ebenen untersucht wurden
Z.B. „Kanarienvögel können singen“. Die Untersucher vermuteten, dass `Kanarienvögel` und `singen` auf der selben Ebene gespeichert sind, dass also `singen` in diesem Zusammenhang zu `Kanarienvögel` gehört, nicht aber zur nächst höheren Ebene `Vögel`, da nicht alle Vögel singen können.
Es wurden außerdem Sätze beurteilt, bei denen die Merkmale jeweils unterschiedlichen Ebenen angehören. Z.B. „Kanarienvögel haben Flügel.“ In diesem Fall gehört „haben Flügel“ zur Ebene „Vögel“, sowie Sätze mit größerem Unterschied hinsichtlich der Ebene z.B. „Kanarienvögel haben Haut“
Es zeigte sich beim Zusammenhang von Merkmalen und Ebenen, dass, je größer der Abstand innerhalb des Modells zwischen den Merkmalen ist, desto mehr Reaktionszeit benötigen die Probanden (vgl. Abb.2)
So wird beispielsweise für „Ein Kanarienvogel hat Haut“ mehr Zeit benötigt als für „ Ein Kanarienvogel kann singen“
Die meiste Zeit wird bei falschen Sätzen benötigt.
Abb.2: Durchschnittliche Reaktionszeit für unterschiedliche Satzarten in drei Experimenten (Collins & Quillian,
1969)
Diese Ergebnisse unterstützen die Idee des TCL- Modells (Baddeley, A).
Carol Conrad (1972; nach Baddeley, 1997) fand hingegen eine Erklärung für die Ergebnisse von Qillian und Collins die plausibler erscheint als kognitive Ökonomie.
Sie präsentierte ihren Probanden bestimmte semantische Konzepte( z.B. Dalmatiner, Hund, Hai, Fisch, Tier) und forderte sie auf, zu jedem Objekt so viele Eigenschaften wie möglich aufzuschreiben. Es zeigte sich, dass bestimmte Merkmale mit einer höheren Frequenz genannt wurden als andere. Dann konstruierte sie in einer zweiten Untersuchungsreihe Aussagen, in denen Informationen aus verschiedenen Ebenen mit derselben Frequenz vorkamen, wie die von den Probanden genannten Merkmale.
Die Ergebnisse von Quillian und Collins könnten also eher hinsichtlich der semantischen Relation interpretiert werden. Für die kognitive Ökonomie gibt es keinen Beweis.
In dem Modell von Quillian und Collins haben alle semantischen Konzepte bzw. Merkmale innerhalb einer Ebene denselben Stellenwert. Dies widerspricht Untersuchungen, in denen sich zeigte, dass z.B. für die Prüfung der Aussage „ Ein Kanarienvogel ist ein Vogel“ weniger Zeit benötigt wurde als für „Ein Strauß ist ein Vogel“
Das TCL- Modell ist insofern von Bedeutung, als das es die Basis darstellt für erste Versuche, Computerprogramme zu entwickeln, die Sprache verstehen können.
Laut Ripps et al. (1973; nach Baddeley, 1997) handelt es sich jedoch eher um ein logisches Modell, dessen Richtigkeit empirisch bisher nicht nachweisbar ist (Baddeley, A).
3.4. Das Netzwerkmodell von Collins und Loftus
Dem Netzwerkmodell von Collins und Loftus (1975) liegt die Vorstellung einer Aktivierungsausbreitung innerhalb des semantischen Systems zugrunde. Hierbei handelt es sich um ein assoziatives Netzwerk, das keine hierarchische Anordnung semantischer Knoten beinhaltet, und weniger starre Strukturen hat als das TCL- Modell.
Unterschiedliche Arten von Verknüpfungen:
- IS A - links : z.B. `Ein Hund ist ein Säugetier
- HAS - links : z.B. `Ein Tier hat Haut`
- CAN - links: z.B. `Ein Vogel kann fliegen`
Diese Verknüpfungen gelten auch für negative Informationen, z.B. `Ein Hund ist kein Reptil` oder `Ein Strauß kann nicht fliegen`.
Abb.3:Netzwerkmodell – sich ausbreitende Aktivierung (aus Collins and Loftus, 1975)
Hinsichtlich der Verarbeitung eines Konzepts nehmen die Vertreter dieses Netzwerkmodells an, dass sich die semantische Aktivierung auf die assoziierten Konzepte ausdehnt (spreading activation). Je stärker ein Begriff mit dem aktivierten Konzept verknüpft ist oder je näher er dem Konzept innerhalb des Netzwerkes ist, desto stärker wird auch er von der semantischen Aktivierung erfasst.
Im Prinzip können zu einem Konzept beliebig viele Informationen abgerufen werden.„ The basic assumption ist that when two concepts are stimulated, activation from each spreads throughout the network until the two concepts are linked.” (Baddeley, 1997, S.238).
Allerdings gibt es auch Kritik hinsichtlich der Netzwerkmodelle: „Johnson-Laird et al. argued that, in principle, network theories are so powerful and flexible that they can be made to account for any result.“ (Baddeley, 1997, S.239).
Johnson-Laird et. al. (nach Baddeley, A). sind der Auffassung, dass semantische Konzepte allein nicht ausreichen um Sprache zu verstehen. Die Netzwerkmodelle, die sich lediglich auf die Verknüpfung semantischer Knoten beziehen, könnten nicht die Komplexität unseres Sprachverständnisses wiedergeben.
4. Funktionelle Neuroanatomie des semantischen Gedächtnisses
In den letzten Jahren sind zahlreiche Studien zur Untersuchung des semantischen Gedächtnisses anhand bildgebender Verfahren veröffentlicht worden. Hierbei werden PET und fMRT verwendet, die es ermöglichen, Stoffwechselvorgänge innerhalb der Hirnstrukturen und damit Aktivität sichtbar zu machen.
Ziel dieser Studien ist es, herauszufinden, wo die semantische Repräsentation eines Objektes im Gehirn lokalisiert ist. Anhand dieser Verfahren wurde untersucht, welche Hirnregionen an der semantischen Repräsentation beteiligt sind.
Die konkrete visuelle oder auch auditive Präsentation von Objekten schafft einen Kontext, in dem Bedeutung von Begriffen eindeutig ist.
Die semantische Repräsentation eines Objektes beinhaltet die im Gehirn gespeicherte Information, die uns das Objekt aufgrund bestimmter distinktiver Merkmale als Solches erkennen lässt. Diese Information beinhaltet außerdem weitere Informationen über visuelle Merkmale und andere sensorische Modalitäten des Objektes. Somit kann die semantische Repräsentation durch unterschiedliche Reize ausgelöst werden.
In den von Alex Martin (2001) aufgeführten Studien wurden auditive und/oder visuelle Stimuli verwendet um Informationen aus dem semantischen Gedächtnis abzurufen.
Es wurden von verschiedenen Untersuchern Aufgaben zur Objektbenennung, zur semantischen Entscheidung, zum Abruf von Informationen über Objekteigenschaften und zu Objektkategorie-spezifischer Repräsentation durchgeführt.
4.1 Objektbenennung und Einzelwortlesen
Als Kardinalsymptom einer semantischen Störung gelten Beeinträchtigungen bei der Objektbenennung. Beim Benennen von Objekten wird die semantische Repräsentation aktiviert. Das Objekt wird identifiziert und klassifiziert.
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