Нейролингвистика — это изучение нейронных механизмов в человеческом мозге , которые контролируют понимание, производство и усвоение языка . Как междисциплинарная область, нейролингвистика черпает методы и теории из таких областей, как нейронаука , лингвистика , когнитивная наука , коммуникативные расстройства и нейропсихология . В эту область привлекаются исследователи из самых разных слоев общества, они привносят с собой различные экспериментальные методы, а также самые разные теоретические точки зрения. Большая часть работ в области нейролингвистики основана на моделях психолингвистики и теоретической лингвистики и сосредоточена на исследовании того, как мозг может реализовывать процессы, которые, по мнению теории и психолингвистики, необходимы для создания и понимания языка. Нейролингвисты изучают физиологические механизмы, с помощью которых мозг обрабатывает информацию, связанную с языком, и оценивают лингвистические и психолингвистические теории, используя афазиологию , визуализацию мозга , электрофизиологию и компьютерное моделирование . [1]
Нейролингвистика исторически уходит корнями в развитие в 19 в. афазиологии — исследования языковых дефицитов ( афазий ), возникающих в результате повреждений головного мозга . [2] Афазиология пытается соотнести структуру с функцией, анализируя влияние травм головного мозга на речевую обработку. [3] Одним из первых, кто установил связь между определенной областью мозга и речевой обработкой, был Поль Брока , [2] французский хирург, который проводил вскрытие многочисленных людей, у которых были нарушения речи, и обнаружил, что у большинства из них были повреждения головного мозга. (или поражения ) в левой лобной доле , в области, ныне известной как зона Брока . В начале 19 века френологи утверждали, что разные области мозга выполняют разные функции и что речь в основном контролируется лобными областями мозга, но исследование Брока, возможно, было первым, предложившим эмпирические доказательства такой взаимосвязи [4] . ] [5] и был описан как «эпохальный» [6] и «ключевой» [4] для областей нейролингвистики и когнитивной науки. Позже Карл Вернике , в честь которого названа область Вернике , предположил, что разные области мозга специализируются на различных лингвистических задачах: область Брока отвечает за моторное производство речи, а область Вернике — за слуховое понимание речи. [2] [3] Работы Брока и Вернике создали область афазиологии и идею о том, что язык можно изучать путем изучения физических характеристик мозга. [5] Ранние работы в афазиологии также получили пользу от работы Корбиниана Бродмана в начале двадцатого века , который «нанес на карту» поверхность мозга, разделив ее на пронумерованные области на основе цитоархитектуры (клеточной структуры) и функции каждой области; [7] эти области, известные как области Бродмана , до сих пор широко используются в нейробиологии. [8]
Создание термина «нейролингвистика» в конце 1940-х и 1950-х годах приписывают Эдит Кроуэлл Трагер, Анри Гекаену и Александру Лурии. Книга Лурии «Основные проблемы нейролингвистики» 1976 года, вероятно, является первой книгой со словом «нейролингвистика» в названии. Гарри Уитакер популяризировал нейролингвистику в США в 1970-х годах, основав в 1974 году журнал «Мозг и язык». [9]
Хотя афазиология является историческим ядром нейролингвистики, в последние годы эта область значительно расширилась, отчасти благодаря появлению новых технологий визуализации мозга (таких как ПЭТ и фМРТ ) и чувствительных к времени электрофизиологических методов ( ЭЭГ и МЭГ ), которые могут выделить закономерности активации мозга, когда люди выполняют различные языковые задачи. [2] [10] [11] Электрофизиологические методы, в частности, стали жизнеспособным методом изучения языка в 1980 году с открытием N400 , реакции мозга, которая, как было показано, чувствительна к семантическим проблемам понимания языка. [12] [13] N400 был первым выявленным потенциалом, связанным с языком , и с момента его открытия ЭЭГ и МЭГ стали все более широко использоваться для проведения языковых исследований. [14]
Нейролингвистика тесно связана с областью психолингвистики , которая стремится выяснить когнитивные механизмы языка, используя традиционные методы экспериментальной психологии . Сегодня психолингвистические и нейролингвистические теории часто дополняют друг друга, и между этими двумя областями существует активное сотрудничество. [13] [15]
Большая часть работы в области нейролингвистики включает проверку и оценку теорий, выдвинутых психолингвистами и лингвистами-теоретиками. В целом лингвисты-теоретики предлагают модели для объяснения структуры языка и того, как организована языковая информация, психолингвисты предлагают модели и алгоритмы для объяснения того, как языковая информация обрабатывается в сознании, а нейролингвисты анализируют активность мозга, чтобы сделать вывод, как биологические структуры (популяции и сети) нейронов) выполняют эти алгоритмы психолингвистической обработки. [16] Например, в экспериментах по обработке предложений использовались реакции мозга ELAN , N400 и P600 , чтобы изучить, как физиологические реакции мозга отражают различные предсказания моделей обработки предложений, выдвинутых психолингвистами, такими как Джанет Фодор и Лин Фрейзер . серийная» модель [17] и «модель объединения» Тео Воссе и Джерарда Кемпена. [15] Нейролингвисты также могут делать новые прогнозы о структуре и организации языка, основываясь на знаниях о физиологии мозга, «обобщая знания о неврологических структурах на структуру языка». [18]
Нейролингвистические исследования проводятся во всех основных областях лингвистики; Основные лингвистические подполя и то, как нейролингвистика их рассматривает, приведены в таблице ниже.
Нейролингвистические исследования изучают несколько тем, в том числе, где обрабатывается языковая информация, как обработка языка происходит с течением времени, как структуры мозга связаны с усвоением и изучением языка, а также как нейрофизиология может способствовать развитию речи и языковых патологий .
Многие работы в области нейролингвистики, как и ранние исследования Брока и Вернике, посвящены изучению расположения определенных языковых « модулей » внутри мозга. Вопросы исследования включают в себя то, каким образом языковая информация проходит через мозг при ее обработке, [19] специализируются ли определенные области на обработке определенных видов информации, [20] как различные области мозга взаимодействуют друг с другом при языковой обработке, [21] и как различаются места активации мозга, когда субъект производит или воспринимает язык, отличный от его или ее родного языка. [22] [23] [24]
Другая область литературы по нейролингвистике предполагает использование электрофизиологических методов для анализа быстрой обработки речи во времени. [2] Временное упорядочение конкретных моделей мозговой активности может отражать дискретные вычислительные процессы, которым мозг подвергается во время языковой обработки; например, одна нейролингвистическая теория анализа предложений предполагает, что три реакции мозга ( ELAN , N400 и P600 ) являются продуктами трех разных этапов синтаксической и семантической обработки. [25]
Другая тема — взаимосвязь между структурами мозга и овладением языком . [26] Исследования в области овладения первым языком уже установили, что младенцы из всех языковых сред проходят одинаковые и предсказуемые стадии (например, лепет ), а некоторые исследования в области нейролингвистики пытаются найти корреляции между стадиями языкового развития и стадиями развития мозга, [27] ], в то время как другие исследования изучают физические изменения (известные как нейропластичность ), которые претерпевает мозг во время овладения вторым языком , когда взрослые изучают новый язык. [28] Нейропластичность наблюдается, когда индуцируется как овладение вторым языком, так и опыт изучения языка. Результат этого языкового воздействия позволяет сделать вывод, что увеличение серого и белого вещества может быть обнаружено у детей, молодых людей и пожилых людей. [29]
Нейролингвистические методы также используются для изучения нарушений и нарушений речи, таких как афазия и дислексия , и того, как они связаны с физическими характеристиками мозга. [23] [27]
Поскольку одним из направлений этой области является тестирование лингвистических и психолингвистических моделей, технология, используемая для экспериментов, весьма актуальна для изучения нейролингвистики. Современные методы визуализации мозга внесли большой вклад в растущее понимание анатомической организации языковых функций. [2] [23] Методы визуализации мозга, используемые в нейролингвистике, можно разделить на гемодинамические методы, электрофизиологические методы и методы, которые непосредственно стимулируют кору головного мозга.
Гемодинамические методы используют тот факт, что, когда область мозга выполняет какую-либо задачу, кровь направляется для снабжения этой области кислородом (так называемый ответ, зависящий от уровня кислорода в крови, или ЖИРНЫЙ, ответ). [30] К таким методам относятся ПЭТ и фМРТ . Эти методы обеспечивают высокое пространственное разрешение , позволяя исследователям точно определить место активности внутри мозга; [2] временное разрешение (или информация о времени активности мозга), с другой стороны, оставляет желать лучшего, поскольку реакция BOLD происходит гораздо медленнее, чем языковая обработка. [11] [31] Помимо демонстрации того, какие части мозга могут выполнять определенные языковые задачи или вычисления, [20] [25] гемодинамические методы также использовались для демонстрации того, как структура языковой архитектуры мозга и распределение языка Связанная с этим активация может меняться со временем в зависимости от языкового воздействия. [22] [28]
В дополнение к ПЭТ и фМРТ, которые показывают, какие области мозга активируются при выполнении определенных задач, исследователи также используют диффузионно-тензорную визуализацию (DTI), которая показывает нервные пути, соединяющие различные области мозга, [32] тем самым позволяя понять, насколько различаются области взаимодействуют. Функциональная спектроскопия ближнего инфракрасного диапазона (fNIRS) — еще один гемодинамический метод, используемый при решении языковых задач. [33]
Электрофизиологические методы используют тот факт, что когда группа нейронов в мозгу срабатывает вместе, они создают электрический диполь или ток. Метод ЭЭГ измеряет этот электрический ток с помощью датчиков на коже головы, а МЭГ измеряет магнитные поля, генерируемые этими токами. [34] В дополнение к этим неинвазивным методам для изучения обработки речи также использовалась электрокортикография . Эти методы способны измерять активность мозга с точностью до миллисекунды, обеспечивая превосходное временное разрешение , что важно при изучении процессов, которые происходят так же быстро, как понимание и воспроизведение речи. [34] С другой стороны, на ЭЭГ бывает сложно определить место мозговой активности; [31] [35] Следовательно, этот прием используется в первую очередь для того , как осуществляются языковые процессы, а не для того, где . Исследования с использованием ЭЭГ и МЭГ обычно фокусируются на потенциалах, связанных с событиями (ERP), [31] которые представляют собой различные реакции мозга (обычно реализуемые как отрицательные или положительные пики на графике нейронной активности), вызываемые в ответ на определенный стимул. Исследования с использованием ERP могут быть сосредоточены на латентности каждой ERP (как долго после стимула начинается или достигает пика ERP), амплитуде (насколько высок или низок пик) или топографии (где на коже черепа реакция ERP улавливается датчиками). [36] Некоторые важные и распространенные компоненты ERP включают N400 (негатив, возникающий с задержкой около 400 миллисекунд), [31] негатив несоответствия , [ 37] ранний левый передний негатив (негатив, возникающий с ранней задержкой и передняя левая топография), [38] P600 , [14] [39] и потенциал латеральной готовности . [40]
Нейролингвисты используют различные экспериментальные методы, чтобы с помощью визуализации мозга сделать выводы о том, как язык представляется и обрабатывается в мозгу. Эти методы включают парадигму вычитания , дизайн несоответствия , исследования, основанные на нарушениях , различные формы прайминга и прямую стимуляцию мозга.
Многие языковые исследования, особенно фМРТ , используют парадигму вычитания, [41] в которой активация мозга в задаче, которая, как считается, включает в себя некоторый аспект языковой обработки, сравнивается с активацией в базовой задаче, которая, как считается, включает в себя аналогичные нелингвистические процессы, но не включают языковой процесс. Например, активации, когда участники читают слова, можно сравнить с базовыми активациями, когда участники читают строки случайных букв (в попытке изолировать активацию, связанную с лексической обработкой — обработкой реальных слов), или можно сравнить активации, когда участники читают синтаксически сложные предложения. к базовым активациям, пока участники читают более простые предложения.
Негатив несоответствия (MMN) — это тщательно документированный компонент ERP, часто используемый в нейролингвистических экспериментах. [37] [42] Это электрофизиологическая реакция, которая возникает в мозгу, когда субъект слышит «отклоняющийся» стимул в наборе перцептивно идентичных «стандартов» (как в последовательности ssssssddssssssdssssd ). [43] [44] Поскольку MMN вызывается только в ответ на редкий «странный» стимул в наборе других стимулов, которые воспринимаются как одинаковые, его использовали для проверки того, как говорящие воспринимают звуки и категориально организуют стимулы. [45] [46] Например, знаковое исследование Колина Филлипса и его коллег использовало негативность несоответствия в качестве доказательства того, что испытуемые, когда им предъявляли серию речевых звуков с акустическими параметрами, воспринимали все звуки как /t/ или /d. /, несмотря на акустическую изменчивость, позволяет предположить, что в человеческом мозге имеются представления об абстрактных фонемах — иными словами, испытуемые «слышали» не конкретные акустические особенности, а только абстрактные фонемы. [43] Кроме того, негативность несоответствия использовалась для изучения синтаксической обработки и распознавания категорий слов . [37] [42] [47]
Многие исследования в области нейролингвистики используют аномалии или нарушения синтаксических или семантических правил в экспериментальных стимулах и анализируют реакции мозга, возникающие, когда испытуемый сталкивается с этими нарушениями. Например, предложения, начинающиеся с таких фраз, как « сад был на работе » [48] , что нарушает правило структуры фраз в английском языке , часто вызывают реакцию мозга, называемую ранней левой передней негативностью (ELAN). [38] Методы нарушений использовались, по крайней мере, с 1980 года, [38] когда Кутас и Хиллард впервые сообщили о доказательствах ERP , что семантические нарушения вызывают эффект N400. [49] Используя аналогичные методы, в 1992 году Ли Остерхаут впервые сообщил о реакции P600 на синтаксические аномалии. [50] Дизайны нарушений также использовались для гемодинамических исследований (фМРТ и ПЭТ): Эмбик и его коллеги, например, использовали грамматические и орфографические нарушения, чтобы исследовать место синтаксической обработки в мозге с помощью фМРТ. [20] Еще одно распространенное использование дизайнов нарушений — объединение двух видов нарушений в одном предложении и, таким образом, прогнозирование того, как различные языковые процессы взаимодействуют друг с другом; этот тип исследования нарушений пересечений широко использовался для изучения того, как взаимодействуют синтаксические и семантические процессы, когда люди читают или слышат предложения. [51] [52]
В психолингвистике и нейролингвистике прайминг относится к явлению, при котором субъект может узнавать слово быстрее, если ему или ей недавно было предъявлено слово, похожее по значению [53] или морфологическому составу (т. е. состоящее из схожих частей). [54] Если испытуемому предлагается «основное» слово, такое как «доктор» , а затем «целевое» слово, такое как « медсестра» , и если у испытуемого время отклика на кормление грудью быстрее, чем обычно , тогда экспериментатор может предположить, что слово « медсестра» в мозгу уже был доступ, когда был получен доступ к слову « доктор» . [55] Прайминг используется для исследования широкого спектра вопросов о том, как слова сохраняются и извлекаются в мозге [54] [56] и как обрабатываются структурно сложные предложения. [57]
Транскраниальная магнитная стимуляция (ТМС), новый неинвазивный [58] метод изучения активности мозга, использует мощные магнитные поля, которые воздействуют на мозг снаружи головы. [59] Это метод возбуждения или прерывания активности мозга в определенном и контролируемом месте, который, таким образом, способен имитировать симптомы афазии, одновременно давая исследователю больше контроля над тем, какие именно части мозга будут исследоваться. [59] Таким образом, это менее инвазивная альтернатива прямой кортикальной стимуляции , которая может использоваться для аналогичных типов исследований, но требует удаления кожи головы субъекта и, таким образом, используется только у людей, которые уже переносят серьезную операцию на мозге. (например, люди, перенесшие операцию по поводу эпилепсии ). [60] Логика, лежащая в основе ТМС и прямой кортикальной стимуляции, аналогична логике афазиологии: если определенная языковая функция нарушается при повреждении определенной области мозга, то эта область должна быть каким-то образом вовлечена в эту языковую функцию. На сегодняшний день мало нейролингвистических исследований использовали ТМС; [2] прямая корковая стимуляция и кортикальная запись (запись активности мозга с помощью электродов, помещенных непосредственно в мозг) использовались у макак для прогнозирования поведения человеческого мозга. [61]
Во многих нейролингвистических экспериментах испытуемые не просто сидят и слушают или смотрят стимулы , но также получают инструкции выполнить какое-то задание в ответ на стимулы. [62] Субъекты выполняют эти задачи во время записи (электрофизиологической или гемодинамической), обычно для того, чтобы убедиться, что они обращают внимание на стимулы. [63] По крайней мере одно исследование показало, что задача, которую выполняет испытуемый, влияет на реакцию мозга и результаты эксперимента. [64]
Задача лексического решения предполагает, что испытуемые видят или слышат изолированное слово и отвечают, настоящее это слово или нет. Его часто используют в исследованиях с праймингом , поскольку известно, что испытуемые принимают лексическое решение быстрее, если к слову было добавлено родственное слово (как в случае с «доктором», праймингом «медсестра»). [53] [54] [55]
Во многих исследованиях, особенно исследованиях, основанных на нарушениях, испытуемые принимают решение о «приемлемости» (обычно грамматической приемлемости или семантической приемлемости) стимулов. [64] [65] [66] [67] [68] Такое задание часто используется, чтобы «убедиться, что испытуемые [читают] предложения внимательно и что они [отличают] приемлемые предложения от неприемлемых так, как [экспериментатор] ожидать, что они это сделают». [66]
Экспериментальные данные показали, что инструкции, данные испытуемым при выполнении задачи по оценке приемлемости, могут влиять на реакцию мозга испытуемых на стимулы. Один эксперимент показал, что, когда испытуемых просили оценить «приемлемость» предложений, они не демонстрировали реакцию мозга N400 (реакция, обычно связанная с семантической обработкой), но они демонстрировали эту реакцию, когда им было предложено игнорировать грамматическую приемлемость и оценивать только были ли предложения «имеют смысл». [64]
В некоторых исследованиях используется задача «пробной проверки», а не открытое суждение о приемлемости; в этой парадигме за каждым экспериментальным предложением следует «пробное слово», и испытуемые должны ответить, появилось ли в предложении пробное слово. [55] [66] Это задание, как и задание на суждение о приемлемости, гарантирует, что испытуемые внимательно читают или слушают, но позволяет избежать некоторых дополнительных требований к обработке суждений о приемлемости и может использоваться независимо от типа нарушения. В исследовании. [55]
Испытуемым может быть поручено судить не о том, является ли предложение грамматически приемлемым или логичным, а о том, является ли суждение, выраженное этим предложением, истинным или ложным. Эта задача обычно используется в психолингвистических исследованиях детской речи. [69] [70]
В некоторых экспериментах испытуемым дается задание «отвлечь», чтобы гарантировать, что испытуемые сознательно не обращают внимания на экспериментальные стимулы; это можно сделать, чтобы проверить, выполняются ли определенные вычисления в мозгу автоматически, независимо от того, выделяет ли субъект на них ресурсы внимания . Например, в одном исследовании испытуемые слушали нелингвистические звуки (длинные гудки и жужжание) в одном ухе и речь в другом ухе, а испытуемым предлагалось нажимать кнопку, когда они ощущали изменение тона; это предположительно заставляло испытуемых не обращать явного внимания на грамматические нарушения в речевых стимулах. В любом случае у испытуемых наблюдалась реакция несоответствия (MMN), что позволяет предположить, что обработка грамматических ошибок происходила автоматически, независимо от внимания [37] — или, по крайней мере, что испытуемые были неспособны сознательно отделить свое внимание от речевых стимулов.
Другая родственная форма эксперимента - это эксперимент с двумя задачами, в котором испытуемый должен выполнить дополнительное задание (например, последовательное постукивание пальцами или произнесение бессмысленных слогов), реагируя при этом на лингвистические стимулы; такого рода эксперименты использовались для изучения использования рабочей памяти при обработке речи. [71]
{{cite journal}}
: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка ){{cite journal}}
: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка ){{cite journal}}
: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка ){{cite journal}}
: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка ){{cite journal}}
: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка ){{cite journal}}
: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка ){{cite journal}}
: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка ){{cite journal}}
: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка ){{cite journal}}
: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка ){{cite journal}}
: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка ){{cite journal}}
: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка ){{cite journal}}
: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка ){{cite journal}}
: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка ){{cite journal}}
: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка ){{cite journal}}
: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка ){{cite journal}}
: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка ){{cite journal}}
: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка )Некоторые соответствующие журналы включают Journal of Neurolinguistics и Brain and Language . Оба журнала доступны по подписке, хотя некоторые рефераты могут быть общедоступными.