The comprehension of speech is an extraordinary ability of the human cognitive system. Listeners are capable of recognizing speech efficiently and rapidly under an exceedingly broad range of acoustic environmental conditions. Even if segments of the speech signal are acoustically not present or heavily distorted these disturbances may not impede the comprehension of speech.
In a series of EEG experiments different repair processes in speech perception using lexical top-down information were examined. It was hypothesized that a successful recovery of deficient speech results in resonant states which are reflected in the induced gamma band activity (GBA). Instead, if the general conditions of an ambiguous speech event prevent the repair process, this failure should be reflected in an error signal, i.e. the mismatch negativity (MMN). All these processes were expected to be influenced by the overall structure of representations in the mental lexicon.
The findings of the present thesis revealed a direct correlate for the facilitating influence of top-down knowledge on speech comprehension under adverse listening conditions in the induced GBA. Twice, a modulation in the 40 Hz range over left anterior temporal electrode sites was reported. Further, the present results evinced deep insights in the general conditions that allow for a repair of deficient speech. Only if the expected phonemic information matches somewhat the characteristics of the incoming stimulus a successful repair was evident. On the contrary, an explicit difference between the sensory and the expected information prevent the recovery of deficient speech and revealed a distinct MMN over frontal electrode sites. Moreover, at least for the phonemic restoration illusion, the induced GBA as well as the MMN responses corroborated the hypothesis of sparse representations in the mental lexicon (Lahiri and Reetz, 2002).
Taken together, the present data show experimentally how comprehending speech and the bottom-up brain processes mediating it depend highly on memory-driven (i.e., top-down) expectancies. Finally, the present data are in line with recent models of speech perception relying on Bayesian statistics (Friston, 2005; Norris and McQueen, 2008) by demonstrating how the cognitive system adapts in an optimal way to a complex and constant changing environment.

Die Fähigkeit Sprache zu verstehen ist eine außergewöhnliche Eigenschaft des menschlichen kognitiven Systems. Menschen können Sprache unter den verschiedensten Bedingungen schnell und effizient verstehen und verarbeiten. Selbst fehlende oder stark verfremdete Sprachsegmente verhindern das Verständnis der gesprochenen Sprache nicht.
Diese Arbeit untersucht mit Hilfe von EEG-Experimenten Reparaturprozesse, die trotz unzureichenden akustischen Signalen mittels Top-Down-Informationen die Wahrnehmung von gesprochener Sprache ermöglichen. Ausgangspunkt ist hierbei die Annahme, dass der sensorische Input mit Top-Down-Informationen abgeglichen wird und bei Übereinstimmung miteinander verknüpft wird. Diese Integration resultiert in einer resonanten Aktivität in Neuronenverbänden, die sich als induzierte Gammaband-Aktivität (GBA) mit dem EEG messen lassen. Wenn jedoch die Reparatur eines unzureichenden Sprachsignals aufgrund verschiedenster Rahmenbedingungen nicht möglich ist, wird erwartet, dass dieses Scheitern durch eine Art Fehlersignal in Form einer Mismatch-Negativity (MMN) beobachtbar ist. Weiterhin wird angenommen, dass sowohl die Prozesse der Integration als auch diejenigen des Scheiterns von der Struktur der Repräsentationen im mentalen Lexikon bzw. im Langzeitgedächtnis beeinflusst werden.
Die Ergebnisse dieser Arbeit zeigen ein direktes Gammaband-Korrelat im 40 Hz Bereich für die Unterstützung von Sprachwahrnehmungsprozessen durch Top-Down-Informationen in schwierigen akustischen Kontexten. In zwei Experimenten konnte über einem links fronto-temporalen Elektrodencluster ein Zuwachs an induzierter Aktivität im Gammaband festgestellt werden. Außerdem zeigen die vorliegenden Resultate eine deutliche MMN über frontalen Elektroden, wenn eine Integration von aktuellem Input und Top-Down-Informationen aufgrund von eindeutigen (akustischen) Unterschieden zwischen diesen beiden nicht möglich ist. Somit veranschaulichen die Ergebnisse dieser Arbeit, dass die Reparatur eines unzureichenden Sprachsignals nur dann erfolgreich ist, wenn das akustische Signal zumindest teilweise die gleichen (akustischen) Charakteristiken aufweist, die auch aufgrund von Top-Down-Informationen erwartetet werden. Weiterhin unterstützen die vorliegenden Resultate im induzierten Gammaband und der MMN die Annahme eines sparsamen mentalen Lexikon (Lahiri and Reetz, 2002) zumindest für die Restauration einzelner Phoneme.
Die vorliegende Arbeit veranschaulicht mit Hilfe experimenteller Daten, wie lexikalische Top-Down-Informationen die Wahrnehmung von gesprochener Sprache und die dafür verantwortlichen Signalverarbeitungsprozesse beeinflussen. Außerdem unterstützen die vorliegenden Ergebnisse die Annahme, dass die menschliche Sprachwahrnehmung durch Modelle beschrieben werden kann, die auf dem Bayesschen Theorem aufbauen (Friston, 2005; Norris and McQueen, 2008). Somit demonstrieren die Ergebnisse dieser Arbeit, wie sich das kognitive System auf optimale Weise an eine komplexe und sich konstant ändernden Umwelt anpassen kann.