Het geTAALenteerd kinderbrein

Voor veel wetenschappers blijft de taalontwikkeling een van de grootste mysteries van de 21e eeuw. Hoe stelt het brein kinderen in staat om in relatief korte tijd moeiteloos een complexe vaardigheid als taal te verwerven? Waarom loopt dit proces soms spaak?  Wat is het verband met de hersenontwikkeling? Met onze studie proberen wij meer inzicht te krijgen in het taalnetwerk in het brein van schoolgaande kinderen met en zonder taalontwikkelingsstoornissen.

Bouwstenen van het brein
Het brein kan beschouwd worden als een netwerk van zenuwcellen (figuur 1). Deze cellen bestaan uit twee bestanddelen, namelijk grijze en witte stof. De belangrijkste component van de grijze stof is het cellichaam, dat instaat voor de verwerking van informatie. Een goede informatieverwerking vereist een vlotte communicatie tussen verschillende hersengebieden. Hiervoor heeft elke zenuwcel een axon, een lange uitloper die voor een verbinding met andere zenuwcellen zorgt. Axonen zijn in bundels georganiseerd, zogenaamde fasciculi. Deze bundels hebben een kenmerkende witte kleur en worden daarom ook wittestofbundels genoemd. De kleur is te wijten aan een vetachtige substantie, myeline, die de axonen omhult. Hoe beter de myeline ontwikkeld is, hoe sneller de informatieoverdracht tussen verschillende hersengebieden.

Geavanceerde MRI-technieken kunnen wittestofbundels in beeld brengen. Een veel gebruikte methode is DTI (diffusie tensor imaging). Deze beeldvormingstechniek baseert zich op willekeurige bewegingen van watermoleculen in het brein. Dit fenomeen heet diffusie. Grijze stof beperkt de diffusie nauwelijks. De witte stof daarentegen vormt een barrière voor de beweging van watermoleculen. De moleculen worden gedwongen om langsheen de wittestofbanen te bewegen. Door dit verschil kan DTI grijze stof van witte stof onderscheiden. Aan de hand van de opgemeten diffusie, kan DTI ook wittestofbanen reconstrueren en wittestofeigenschappen schatten.

Het taalnetwerk bij volwassenen
In het brein bevinden zich gespecialiseerde netwerken van grijzestof-gebieden en wittestofbundels die specifieke functies uitvoeren zoals taal, motoriek, geheugen... Zo is het netwerk dat instaat voor taalverwerking reeds uitvoerig bestudeerd bij volwassenen. Aanvankelijk dachten wetenschappers dat dit netwerk enkel in de linkerhersenhelft lag. Recent onderzoek toont echter aan dat ook de rechterhersenhelft tussenkomt bij taalverwerking, zij het in mindere mate. Bovendien vertonen sommige personen een omgekeerd patroon, waarbij de rechterhemisfeer dominant is. Er blijkt een verband tussen de handvoorkeur en deze taaldominantie. Zo tonen bijna alle rechtshandige volwassenen (96%) een linkerhemisferische taaldominantie. Bij linkshandigen daarentegen ziet het patroon er anders uit: slechts drie op vier linkshandigen vertoont een linker taaldominantie.

…en bij kinderen?
Onze onderzoeksgroep vroeg zich af hoe de taalgerelateerde wittestofbundels bij kinderen georganiseerd zijn. Daarom hebben we DTI-scans afgenomen bij 62 typisch ontwikkelende kinderen en 15 kinderen met taalontwikkelingsstoornissen tussen 7 en 14 jaar. Jonge kinderen scannen is niet evident: enerzijds moeten zij 45 minuten lang stilliggen, anderzijds kan de MRI-scanner angstaanjagend overkomen. Om hieraan tegemoet te komen ontwikkelden wij het Cosmo-protocol. Het doel hiervan is om kinderen stap voor stap en op een positieve manier kennis te laten maken met het scan-gebeuren. Het kind wordt meegenomen in een verhaal waarin het als astronaut een ritje gaat maken in een raket (MRI-toestel). Tijdens deze ‘astronautentraining’ voert het kind opdrachtjes uit die hem of haar voorbereiden op de scan.

Op basis van de verkregen DTI-beelden, reconstrueren we vijf wittestofbundels in beide hemisferen (figuur 2): de SLF, MdLF, ILF, EC/FFOI en UF. Al deze bundels werden reeds bij volwassenen met taal geassocieerd. Van elke 'taalbaan' onderzoeken we twee soorten wittestofeigenschappen. Het eerste type betreft macrostructurele kenmerken, met name het volume van, de lengte van en het aantal axonen in de wittestofbundel. De tweede soort heeft te maken met de microstructuur. Het gaat hier onder meer om de mate van myelinisatie.

In het eerste onderdeel van onze studie, zoeken we naar verbanden tussen wittestofeigenschappen en resultaten op taalvaardigheidstesten. Omdat bij volwassenen een associatie tussen handvoorkeur en taaldominantie is aangetoond, vergelijken we linkshandige (aantal: 26) en rechtshandige (aantal: 36) kinderen met elkaar. Tabel 1 geeft de significante verbanden weer. In beide groepen hangen eigenschappen van linker- en rechterhemisferische banen samen met taalvaardigheid. Dit komt overeen met de hedendaagse opvatting dat beide hersenhelften samenwerken om taal te verwerken. Bovendien stellen we een aantal opvallende verschillen vast tussen links- en rechtshandigen. In de linkshandige proefgroep vinden we relatief meer verbanden terug in de rechterhersenhelft. Deze bevinding kan erop wijzen dat linkshandige kinderen meer beroep doen op de rechterhemisfeer om taal te verwerken.

Het tweede deel van onze studie gaat na of de linker en rechter taalbanen van elkaar verschillen m.b.t. het volume en de microstructurele ontwikkeling. Opnieuw vergelijken we links- en rechtshandige kinderen. Ongeacht de handvoorkeur, vertoont de SLF een betere microstructurele organisatie in de linkerhemisfeer. In de rechtshandige proefgroep treffen wij bovendien ook links-rechtsverschillen aan in de overige taalbanen. De linker MdLF en ILF kenmerken zich door een betere microstructurele ontwikkeling. Daarenboven heeft de ILF, alsook de EC/FFOI, een groter volume in de linker hersenhelft. De UF, daarentegen, blijkt net in de rechterhemisfeer meer uitgebreid te zijn. Verrassend genoeg, blijkt bij de linkshandigen een compleet ander patroon. Op de microstructuur van de SLF na, vertoont geen enkele wittestofbundel een links-rechtsverschil in deze groep. Hiermee tonen wij ook bij kinderen een associatie aan tussen handvoorkeur en structuurkenmerken van het taalnetwerk.

Tot slot hebben we rechtshandige typisch ontwikkelende kinderen vergeleken met rechtshandige kinderen met specifieke taalstoornissen. De taalstoornis zou immers kunnen samenhangen met afwijkende eigenschappen van de onderzochte taalbundels. De linker SLF en ILF blijken onderontwikkeld in de taalgestoorde groep. Verrassend genoeg hebben taalgestoorde kinderen een toegenomen volume en aantal axonen in de rechter SLF en linker UF.  Mogelijks gaat het om een compensatiemechanisme.  

Samenvattend stellen we vast dat kinderen een uitgebreid taalnetwerk in beide hersenhelften gebruiken om taal te verwerken. Er blijkt bovendien een verband tussen structuurkenmerken van de wittestofbanen van dit netwerk en de handvoorkeur. Rechtshandigen hebben overwegend een linkerhemisferische structurele dominantie. Bij linkshandigen ontbreekt een dergelijk patroon. Tot slot vinden we verschillen in wittestofstructuur tussen kinderen met en zonder specifieke taalstoornissen.  De relatie tussen taalontwikkeling en hersenen is nog niet helemaal uitgeklaard, maar met deze studie hopen we al een tipje van de sluier te hebben opgelicht.