Open Access

Charlotte Elisabeth Christine Vogt

• Oxytocin, welches primär als Hormon bekannt ist, beeinflusst als Neuromodulator viele kognitive Prozesse, die an sozialem Verhalten, wie Sprache, beteiligt sind. Einerseits verändert es akustische Merkmale von gesprochener Sprache, andererseits erleichtert es auf perzeptueller Ebene die Emotionserkennung in der Sprachwahrnehmung und Körpersprache. Bislang war nicht bekannt, wie Oxytocin Hirnaktivität während des Sprechens verändert. Wir hypothetisierten, dass dieser Neuromodulator ähnlich wie Dopamin kortiko-basale Schaltkreise bahnen könnte. Wir führten eine doppelt-verblindete Verhaltens- und funktionelle Kernspintomographiestudie durch, in der 52 gesunde Probanden an zwei getrennten Untersuchungsterminen entweder intranasales Oxytocin oder ein Placebo erhielten. Die Teilnehmer lasen Sätze außerhalb des Kernspintomographen und im Scanner leise oder laut mit entweder neutraler oder fröhlicher Intonation vor. Die Verabreichung von Oxytocin erhöhte den zweiten Formanten der produzierten Vokale. Höhere Frequenzen dieses akustischen Parameters wurden zuvor mit einer positiven Valenz gesprochener Sprache in Verbindung gebracht; jedoch konnten unabhängige Beurteiler*innen die akustischen Unterschiede in unserem experimentellen Setting nicht konsistent unterscheiden. Als neuronales Korrelat verstärkte Oxytocin die präparatorische subkortikale Gehirnaktivität im ventralen Pallidum und Striatum. Auch kortikal erhöhte Oxytocin präparatorische Gehirnaktivität in Regionen des dorsalen wie auch des ventralen Sprachverarbeitungsstroms, in sensomotorischen Kortizes und limbischen sowie exekutiven Regionen. In einigen dieser Regionen modulierte der genetische Oxytocin- Rezeptor-Polymorphismus rs53576 die durch die Oxytocin-Verabreichung verursachte Gehirnaktivität. Ähnlich wie Dopamin modulierte Oxytocin außerdem kortiko-basale Schaltkreise, die an der Generierung von fröhlicher Prosodie beteiligt sind. Während der Vorbereitung von Sprache erhöhte der Neuromodulator die funktionelle Konnektivität zwischen dem ventralem Pallidum und dem dorsolateralen präfrontalen Kortex mit einem spiegelbildlichen Profil während des eigentlichen Sprechens, einen Effekt den wir als „gating“ (Bahnung) interpretierten. Unsere Ergebnisse legen nahe, dass mehrere neuronale Prozesse, die der Sprachproduktion zugrundeliegen, durch Oxytocin moduliert werden. Das Muster ähnelt hierbei dem anderer Neuromodulatoren wie Dopamin. Die vorliegende Arbeit charakterisiert somit erstmals Oxytocineffekte auf die mit Sprachproduktion assoziierte Hirnaktivität und funktionelle Konnektivität.
• Oxytocin, primarily known as a hormone, influences as a neuromodulator various aspects of cognition involved in social behavior, such as speech. On one hand, it alters acoustic features of spoken language, on the other it facilitates emotion recognition during speech perception and in body language on a perceptual level. Until now, it was not known how oxytocin changes brain activity during speech production. We hypothesized that the neuromodulator could impact cortico-basal circuits comparable to dopamine. We conducted a double-blind behavioral and functional magnetic resonance imaging study with 52 healthy participants who received either intranasal oxytocin or a placebo in two separate sessions. The participants read sentences silently or aloud with either neutral or happy intonation both outside and inside the magnetic resonance scanner. Oxytocin administration increased the second formant of produced vowels. Higher frequencies of this acoustic parameter have previously been associated with positive valence in spoken language; however, independent raters could not unequivocally discern the acoustic differences in our experimental setting. On the neural level, oxytocin enhanced preparatory subcortical brain activity in the ventral pallidum and striatum. Cortically, oxytocin increased preparatory brain activity in regions of both the dorsal and ventral speech processing streams, sensorimotor cortices, as well as limbic and executive regions. In some of these regions, the genetic oxytocin receptor polymorphism rs53576 modulated the brain activity induced by oxytocin administration. Similar to dopamine, oxytocin also affected cortico-basal circuits involved in generating happy prosody. During speech preparation, the neuromodulator increased functional connectivity between the ventral pallidum and the dorsolateral prefrontal cortex, with a mirrored pattern during actual speaking, an effect we interpreted as ‘gating’. Our findings suggest that several neural processes underlying speech production are modulated by oxytocin. The observed pattern is comparable to that of other neuromodulators like dopamine. This study thus provides the first characterization of oxytocin effects on brain activity and functional connectivity associated with speech production.