Neuronale Modellierung der Sprachverarbeitung und des Sprachlernens - Eine Einführung
von: Bernd J. Kröger
Springer Spektrum, 2017
ISBN: 9783662554593
Sprache: Deutsch
294 Seiten, Download: 16294 KB
Format: PDF, auch als Online-Lesen
Mehr zum Inhalt
Neuronale Modellierung der Sprachverarbeitung und des Sprachlernens - Eine Einführung
Vorwort | 5 | ||
Danksagung | 7 | ||
Inhaltsverzeichnis | 8 | ||
1 Einleitung | 13 | ||
Teil I Grundlagen der Linguistik und Phonetik | 18 | ||
2 Sprachproduktion | 19 | ||
2.1 Wörter, Silben und Sprachlaute | 19 | ||
2.1.1 Konzepte und semantische Netzwerke | 19 | ||
2.1.2 Mentales Lexikon und mentaler Silbenspeicher | 21 | ||
2.1.3 Mentaler Silbenspeicher und phonologische Bewusstheit | 24 | ||
2.2 Die Artikulation | 28 | ||
2.2.1 Motorische Ablaufpläne und Sprechbewegungseinheiten | 28 | ||
2.2.2 Artikulatorische Kompensation | 32 | ||
2.2.3 Artikulatorische Merkmale unterschiedlicher Lautklassen | 34 | ||
2.3 Das akustische Sprachsignal | 39 | ||
2.3.1 Phonation | 40 | ||
2.3.2 Formanten | 46 | ||
2.3.3 Formanttransitionen und sekundäre Schallquellen | 50 | ||
2.4 Störungen der Sprachproduktion | 56 | ||
Literatur | 59 | ||
3 Sprachwahrnehmung | 60 | ||
3.1 Verarbeitungsstufen | 60 | ||
3.1.1 Auditive Lautmerkmale | 61 | ||
3.1.2 Phonologische Analyse | 68 | ||
3.1.3 Sprachverstehen: Erkennen von Wörtern und ihrer Bedeutung | 70 | ||
3.1.4 Aktive vs. passive Theorien der Sprachwahrnehmung | 71 | ||
3.2 Invarianz und Variabilität des Sprachsignals | 73 | ||
3.2.1 Unterschiedliche Sprecher | 73 | ||
3.2.2 Unterschiedliches Sprechtempo | 75 | ||
3.2.3 Was ist nun invariant bei gesprochener Sprache? | 77 | ||
3.3 Interaktion von Sprachproduktion und Sprachwahrnehmung | 78 | ||
3.3.1 Das Ziel ist immer die Kommunikation | 79 | ||
3.3.2 Auditive Kontrolle von Sprechbewegungseinheiten | 79 | ||
3.3.3 Somatosensorische Kontrolle von Sprechbewegungseinheiten | 81 | ||
3.4 Störungen der Sprachwahrnehmung | 82 | ||
Literatur | 83 | ||
4 Spracherwerb | 84 | ||
4.1 Phasen des Spracherwerbs | 85 | ||
4.1.1 Babbeln | 85 | ||
4.1.2 Imitieren | 86 | ||
4.1.3 Aufbau des mentalen Lexikons | 89 | ||
4.1.4 Grammatikerwerb: die Produktion und das Verstehen ganzer Sätze | 91 | ||
4.2 Mechanismen des Spracherwerbs | 92 | ||
4.2.1 Zur Untrennbarkeit von Sprachproduktion, Sprachwahrnehmung und Spracherwerb | 92 | ||
4.2.2 Arten des Lernens | 93 | ||
4.3 Störungen des Spracherwerbs | 96 | ||
Literatur | 97 | ||
Teil II Grundlagen der Neurobiologie und ihrer Computersimulation | 98 | ||
5 Anatomischer Aufbau und funktionale Struktur des Nervensystems | 99 | ||
5.1 Zur funktionalen Struktur des Nervensystems | 100 | ||
5.1.1 Arten von Neuronen im zentralen und peripheren Nervensystem | 100 | ||
5.1.2 Neuronale Netzwerke | 106 | ||
5.1.3 Exzitatorische und inhibitorische synaptische Verbindungen | 106 | ||
5.2 Das Gehirn | 109 | ||
5.2.1 Anatomischer Aufbau des Gehirns | 109 | ||
5.2.2 Die Großhirnrinde | 110 | ||
5.2.3 Der Balken | 118 | ||
5.2.4 Basalganglien und Thalamus | 119 | ||
5.2.5 Das limbische System | 123 | ||
5.2.6 Das Kleinhirn | 124 | ||
5.3 Die afferenten Nervenbahnen: die sensorischen Bahnen | 125 | ||
5.3.1 Die auditive Bahn | 126 | ||
5.3.2 Die visuelle Bahn | 128 | ||
5.3.3 Die somatosensorische Bahn | 129 | ||
5.4 Die efferente Nervenbahn: die motorische Bahn | 131 | ||
5.4.1 Die pyramidale Bahn | 131 | ||
5.4.2 Die extrapyramidale Bahn | 132 | ||
5.5 Ein erstes Modell der Sprachverarbeitung und des Spracherwerbs | 133 | ||
5.5.1 Sprachproduktion und Sprachwahrnehmung: die sensorische und motorische Ebene | 134 | ||
5.5.2 Lexikalische Verarbeitung und Satzgenerierung | 136 | ||
5.5.3 Neuronale Lernmechanismen im Spracherwerb | 140 | ||
Literatur | 146 | ||
6 Neuronale Modellierung: der STAA-Ansatz | 147 | ||
6.1 Knoten: die STAA-Neuronenensembles | 149 | ||
6.1.1 Aktivierungslevel, Aktivierungsfunktion und synaptisches Verbindungsgewicht | 149 | ||
6.1.2 Reizintensität und Aktivierungslevel bei Rezeptorneuronen | 151 | ||
6.1.3 Aktivierungslevel und Grad der Muskelkontraktion bei Motoneuronen | 152 | ||
6.2 Konnektionismus: einfache neuronale Netze im STAA-Ansatz | 154 | ||
6.2.1 Zwei- und Drei-Buffer-Netzwerke | 154 | ||
6.2.2 Überwachtes Lernen in einfachen gerichteten Netzwerken | 158 | ||
6.3 Kohonen-Netzwerke: sich selbst organisierende Buffer | 162 | ||
6.3.1 Zur Architektur von Kohonen-Netzwerken | 162 | ||
6.3.2 Nicht überwachtes Lernen und sich selbst organisierende Buffer | 165 | ||
6.3.3 Ein Beispiel: das Erlernen von phonetischen Vokalkategorien | 167 | ||
Literatur | 171 | ||
7 Neuronale Modellierung: der NEF-Ansatz | 172 | ||
7.1 Einführung in NEF | 173 | ||
7.1.1 LIF-Neuronen im NEF | 173 | ||
7.1.2 Neuronenensembles | 174 | ||
7.1.3 Einfache neuronale Transformationen | 177 | ||
7.1.4 Rekurrente Neuronenensembles: Kurzzeitspeicherung und Oszillation | 181 | ||
7.2 S-Pointer und S-Pointer-Architektur (SPA) | 184 | ||
7.2.1 S-Pointer | 184 | ||
7.2.2 S-Pointer-Architektur (SPA) | 187 | ||
7.2.3 Die Assoziation von S-Pointern: assoziative Speicher | 195 | ||
7.2.4 Binden, inverses Binden und addieren von S-Pointern | 197 | ||
7.3 Zur Ablaufsteuerung neuronaler Prozesse | 200 | ||
7.3.1 Beispiel: Wortproduktion aufgrund visueller und auditiver Initiierung | 200 | ||
7.3.2 Die neuronale Realisierung der Ablaufsteuerung | 207 | ||
7.3.3 Sequenzierung motorischer Ereignisse | 211 | ||
7.4 S-Pointer-Netzwerke | 214 | ||
7.4.1 Semantisches Netzwerk | 215 | ||
7.4.2 Phonologisches Netzwerk | 216 | ||
7.4.3 Berechnung von Ähnlichkeiten von S-Pointern in S-Pointer-Netzwerken | 219 | ||
7.4.4 Koaktivierungen von S-Pointen in gleichen und unterschiedlichen SPA-Buffern | 219 | ||
7.4.5 Beantwortung von Fragen (inverses Binden) in S-Pointer-Netzwerken | 222 | ||
7.4.6 Autoassoziative Speicher und Clean-up-Prozesse | 224 | ||
7.5 Modellierung gestörter neuronaler Prozesse | 229 | ||
7.5.1 Verspäteter Erwerb sprachlicher Fertigkeiten | 229 | ||
7.5.2 Fehlerhaftes Lernen | 229 | ||
7.5.3 Funktionsuntüchtige Neuronen in kortikalen Bereichen | 230 | ||
7.5.4 Abgestorbene kortikale Bereiche | 230 | ||
7.5.5 Untypische Konzentration an Neurotransmittern in den Basalganglien | 230 | ||
Literatur | 231 | ||
Teil III Modelle der Sprachverarbeitung und des Spracherwerbs | 232 | ||
8 Eine Literaturauswahl an Modellen | 233 | ||
8.1 Datengetriebene Modelle | 234 | ||
8.1.1 Mentales Lexikon und mentaler Silbenspeicher: Levelt | 234 | ||
8.1.2 Aktivierung von Motorplänen und ihre Ausführung: Riecker et al. | 235 | ||
8.1.3 Sensomotorische Steuerung: Price et al. | 235 | ||
8.1.4 Sprachwahrnehmung: Hickok und Poeppel | 237 | ||
8.2 Simulationsmodelle | 239 | ||
8.2.1 Mentales Lexikon: Dell | 239 | ||
8.2.2 Mentales Lexikon und Silbenspeicher: Roelofs | 240 | ||
8.2.3 Sensomotorische Steuerung: Guenther | 240 | ||
8.2.4 Sprachwahrnehmung: McClelland und Elman | 241 | ||
8.2.5 Spracherwerb: Li | 241 | ||
8.2.6 Frühe Phasen des Spracherwerbs: Warlaumont | 241 | ||
8.2.7 Artikulation und Perzeption: Bekolay | 242 | ||
8.3 Perspektiven biologisch basierter Modelle in der Sprachtechnologie | 243 | ||
8.3.1 Sprachsynthese | 243 | ||
8.3.2 Spracherkennung | 243 | ||
Literatur | 244 | ||
9 Das LS-Modell (Lexikon-Silbenspeicher-Modell) | 246 | ||
9.1 Das LS1-Modell | 247 | ||
9.1.1 Aufbau des Modells | 247 | ||
9.1.2 Simulation des Spracherwerbs | 249 | ||
9.1.3 Simulation der Sprachproduktion und Sprachwahrnehmung | 257 | ||
9.2 Das LS2-Modell als Ausgangspunkt für weitere Arbeiten | 258 | ||
9.3 Das artikulatorisch-akustische Modell: Ansteuerung und Feedback | 259 | ||
9.3.1 Die Ansteuerung: Feedforwardkontrollparameter | 259 | ||
9.3.2 Auditive und somatosensorische Feedbackinformation | 264 | ||
9.3.3 Von Motorplänen zu primärmotorischen Aktivierungen im LS2-Modell | 265 | ||
9.4 Ausblick | 268 | ||
Literatur | 269 | ||
10 Glossar | 271 | ||
Stichwortverzeichnis | 283 |