Нейролингвистика — это изучение нейронных механизмов в мозге человека , которые контролируют понимание, производство и усвоение языка . Как междисциплинарная область, нейролингвистика черпает методы и теории из таких областей, как нейронаука , лингвистика , когнитивная наука , расстройства коммуникации и нейропсихология . Исследователи привлекаются в эту область из самых разных областей, привнося с собой разнообразные экспериментальные методы, а также самые разные теоретические перспективы. Большая часть работы в области нейролингвистики основана на моделях психолингвистики и теоретической лингвистики и сосредоточена на исследовании того, как мозг может реализовывать процессы, которые, как предполагает теория и психолингвистика, необходимы для производства 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 веке афазиологии , изучения языковых дефицитов ( афазий ), возникающих в результате повреждения мозга . [2] Афазиология пытается соотнести структуру с функцией, анализируя влияние травм мозга на обработку языка. [3] Одним из первых, кто установил связь между определенной областью мозга и обработкой языка, был Поль Брока , [2] французский хирург, который проводил вскрытия многочисленных людей с дефектами речи и обнаружил, что у большинства из них были повреждения (или поражения ) мозга в левой лобной доле , в области, которая сейчас известна как зона Брока . Френологи в начале 19 века утверждали, что разные области мозга выполняют разные функции и что язык в основном контролируется лобными областями мозга, но исследование Брока, возможно, было первым, предложившим эмпирические доказательства такой связи, [4] [5] и было описано как «эпохальное» [6] и «ключевое» [4] для областей нейролингвистики и когнитивной науки. Позже Карл Вернике , в честь которого названа область Вернике , предположил, что разные области мозга специализируются на разных языковых задачах, при этом область Брока отвечает за моторное производство речи, а область Вернике отвечает за слуховое понимание речи. [2] [3] Работы Брока и Вернике заложили основу области афазиологии и идеи о том, что язык можно изучать, исследуя физические характеристики мозга. [5] Ранние работы в области афазиологии также извлекли пользу из работы Корбиниана Бродмана начала двадцатого века , который «картировал» 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 годов приписывается Эдит Кроуэлл Трегер, Анри Хекаену и Александру Лурии. Книга Лурии 1976 года «Основные проблемы нейролингвистики» является, вероятно, первой книгой со словом «нейролингвистика» в названии. Гарри Уитакер популяризировал нейролингвистику в Соединенных Штатах в 1970-х годах, основав журнал «Мозг и язык» в 1974 году. [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 ко 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, появились как жизнеспособный метод изучения языка в 1980 году с открытием N400 , реакции мозга, которая, как было показано, чувствительна к семантическим проблемам в понимании языка. [12] [13] N400 был первым идентифицированным потенциалом, связанным с событиями, связанными 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 прояснить когнитивные механизмы языка, используя традиционные методы экспериментальной психологии . Сегодня психолингвистические и нейролингвистические теории часто информируют друг друга, и между этими двумя областями существует много сотрудничества. [13] [15]
Большая часть работы в области нейролингвистики включает в себя тестирование и оценку теорий, выдвинутых психолингвистами и теоретическими лингвистами. В целом, теоретические лингвисты 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 о том, как биологические структуры (популяции и сети нейронов) выполняют эти алгоритмы психолингвистической обработки. [16] Например, эксперименты по обработке предложений использовали реакции мозга ELAN , N400 и P600 для изучения того, как физиологические реакции мозга отражают различные предсказания моделей обработки предложений, выдвинутых психолингвистами, такими как «серийная» модель Джанет Фодор и Лин Фрейзер [17] и «модель унификации» 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 языкознания; основные лингвистические подразделы и то, как их изучает нейролингвистика, приведены в таблице ниже.
Исследования в области нейролингвистики 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 и как нейрофизиология может способствовать патологии речи и языка .
Многие работы в области нейролингвистики, как и ранние исследования Брока и Вернике, изучали расположение определенных языковых « модулей » в мозге. Вопросы исследования включают в себя то, как языковая информация проходит через мозг по мере ее обработки, [19] специализируются ли определенные области на обработке определенных видов информации, [20] как различные области мозга взаимодействуют друг с другом при обработке языка, [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 включает использование электрофизиологических методов для анализа быстрой обработки языка во времени. [2] Временное упорядочение определенных моделей мозговой активности может отражать дискретные вычислительные процессы, которые мозг испытывает во время обработки языка; например, одна нейролингвистическая теория синтаксического анализа предложений предполагает, что три реакции мозга ( ELAN , N400 и P600 ) являются продуктами трех различных этапов синтаксической и семантической обработки. [25]
Другая тема — это связь между структурами мозга и усвоением языка . [26] Исследования в области усвоения первого языка уже установили, что младенцы из всех языковых сред проходят через схожие и предсказуемые стадии (например, лепет ), и некоторые нейролингвистические исследования пытаются найти корреляции между стадиями развития языка и стадиями развития мозга, [27] в то время как другие исследования изучают физические изменения (известные как нейропластичность ), которые претерпевает мозг во время усвоения второго языка , когда взрослые изучают новый язык. [28] Нейропластичность наблюдается, когда вызываются как усвоение второго языка, так и опыт изучения языка, результат этого языкового воздействия делает вывод, что увеличение серого и белого вещества может быть обнаружено у детей, молодых людей и пожилых людей. [29]
Нейролингвистические методы также используются для изучения расстройств и сбоев в языке, 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, имеет большое значение для изучения нейролингвистики. Современные методы визуализации мозга внесли большой вклад в растущее понимание анатомической организации лингвистических функций. [2] [23] Методы визуализации мозга, используемые в нейролингвистике, можно разделить на гемодинамические методы, электрофизиологические методы и методы, которые напрямую стимулируют кору.
Гемодинамические методы используют тот факт, что когда область мозга работает над задачей, кровь направляется для снабжения этой области кислородом (что известно как реакция, зависящая от уровня кислорода в крови, или BOLD). [30] К таким методам относятся ПЭТ и фМРТ . Эти методы обеспечивают высокое пространственное разрешение , позволяя исследователям точно определять место активности в мозге; [2] временное разрешение (или информация о времени активности мозга), с другой стороны, плохое, поскольку реакция BOLD происходит намного медленнее, чем обработка языка. [11] [31] Помимо демонстрации того, какие части мозга могут обслуживать определенные языковые задачи или вычисления, [20] [25] гемодинамические методы также использовались для демонстрации того, как структура языковой архитектуры мозга и распределение активации, связанной с языком, могут меняться со временем в зависимости от языкового воздействия. [22] [28]
В дополнение к ПЭТ и фМРТ, которые показывают, какие области мозга активируются определенными задачами, исследователи также используют диффузионно-тензорную визуализацию (DTI), которая показывает нейронные пути, соединяющие различные области мозга, [32] таким образом, обеспечивая понимание того, как взаимодействуют различные области. Функциональная ближняя инфракрасная спектроскопия (fNIRS) является еще одним гемодинамическим методом, используемым в языковых задачах. [33]
Электрофизиологические методы используют тот факт, что когда группа нейронов в мозге активизируется вместе, они создают электрический диполь или ток. Метод ЭЭГ измеряет этот электрический ток с помощью датчиков на коже головы, в то время как МЭГ измеряет магнитные поля, которые генерируются этими токами. [34] В дополнение к этим неинвазивным методам, электрокортикография также использовалась для изучения обработки языка. Эти методы способны измерять активность мозга от одной миллисекунды до другой, обеспечивая превосходное временное разрешение , что важно при изучении процессов, которые происходят так же быстро, как понимание и воспроизведение языка. [34] С другой стороны, местоположение активности мозга может быть трудно определить в ЭЭГ; [31] [35] следовательно, этот метод используется в первую очередь для того, как осуществляются языковые процессы, а не где . Исследования с использованием ЭЭГ и МЭГ обычно фокусируются на потенциалах, связанных с событиями (ERP), [31], которые являются отдельными реакциями мозга (обычно реализуются как отрицательные или положительные пики на графике нейронной активности), вызванными в ответ на определенный стимул. Исследования с использованием ERP могут фокусироваться на латентности каждого ERP (через какое время после стимула ERP начинается или достигает пика), амплитуде (насколько высок или низок пик) или топографии (где на коже головы реакция ERP улавливается датчиками). [36] Некоторые важные и общие компоненты ERP включают N400 (негативность, возникающая с задержкой около 400 миллисекунд), [ 31] негативность несоответствия , [37] ранняя левая передняя негативность (негативность, возникающая с ранней задержкой и фронтально-левой топографией), [38] P600 , [14] [39] и латерализованный потенциал готовности . [40]
Нейролингвисты используют различные экспериментальные методы, чтобы использовать визуализацию мозга для вывода выводов о том, как язык представлен и обрабатывается в мозге. Эти методы включают парадигму вычитания , дизайн несоответствия , исследования на основе нарушений , различные формы прайминга и прямую стимуляцию мозга.
Многие языковые исследования, особенно в фМРТ , используют парадигму вычитания [41] , в которой активация мозга в задаче, которая, как считается, включает некоторый аспект языковой обработки, сравнивается с активацией в базовой задаче, которая, как считается, включает аналогичные нелингвистические процессы, но не включает языковой процесс. Например, активации, когда участники читают слова, можно сравнить с базовыми активациями, когда участники читают строки случайных букв (в попытке выделить активацию, связанную с лексической обработкой — обработкой реальных слов), или активации, когда участники читают синтаксически сложные предложения, можно сравнить с базовыми активациями, когда участники читают более простые предложения.
Негативность несоответствия (MMN) — это тщательно документированный компонент ERP, часто используемый в нейролингвистических экспериментах. [37] [42] Это электрофизиологическая реакция, которая возникает в мозге, когда субъект слышит «девиантный» стимул в наборе перцептивно идентичных «стандартов» (как в последовательности sssssssddssssssdsssss d ). [43] [44] Поскольку MMN вызывается только в ответ на редкий «странный» стимул в наборе других стимулов, которые воспринимаются как одинаковые, он использовался для проверки того, как говорящие воспринимают звуки и организуют стимулы категориально. [45] [46] Например, знаменательное исследование Колина Филлипса и его коллег использовало негативность несоответствия в качестве доказательства того, что испытуемые, которым предъявляли ряд звуков речи с акустическими параметрами, воспринимали все звуки либо как /t/, либо как /d/, несмотря на акустическую изменчивость, что предполагает, что человеческий мозг имеет представления об абстрактных фонемах — другими словами, испытуемые «слышали» не конкретные акустические характеристики, а только абстрактные фонемы. [43] Кроме того, негативность несоответствия использовалась для изучения синтаксической обработки и распознавания категории слов . [37] [42] [47]
Многие исследования в области нейролингвистики используют аномалии или нарушения синтаксических или семантических правил в экспериментальных стимулах и анализируют реакции мозга, вызванные, когда субъект сталкивается с этими нарушениями. Например, предложения, начинающиеся с таких фраз, как * the garden was on the working , [48] которые нарушают правило структуры английской фразы , часто вызывают реакцию мозга, называемую ранней левой передней негативностью (ELAN). [38] Методы нарушения используются 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] Дизайн нарушений также использовался для гемодинамических исследований (фМРТ и ПЭТ): Эмбик и его коллеги, например, использовали грамматические и орфографические нарушения для исследования местоположения синтаксической обработки в мозге с помощью фМРТ. [20] Другое распространенное использование дизайна нарушений — это объединение двух видов нарушений в одном предложении и, таким образом, предсказание того, как различные языковые процессы взаимодействуют друг с другом; этот тип исследования перекрестных нарушений широко использовался для изучения того, как взаимодействуют синтаксические и семантические процессы, когда люди читают или слушают предложения. [51] [52]
В психолингвистике и нейролингвистике прайминг относится к явлению, при котором субъект может быстрее распознать слово, если ему или ей недавно было представлено слово, похожее по значению [53] или морфологическому составу (т. е. состоящее из похожих частей). [54] Если субъекту предъявляется «первичное» слово, например, доктор , а затем «целевое» слово, например, медсестра , и если у субъекта время реакции на слово медсестра выше обычного , то экспериментатор может предположить, что слово медсестра в мозге уже было доступно, когда было доступно слово доктор . [55] Прайминг используется для исследования широкого спектра вопросов о том, как слова хранятся 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 прикладываются к мозгу извне головы. [59] Это метод возбуждения или прерывания активности мозга в определенном и контролируемом месте, и, таким образом, он способен имитировать симптомы афазии, предоставляя исследователю больше контроля над тем, какие именно части мозга будут исследоваться. [59] Таким образом, это менее инвазивная альтернатива прямой корковой стимуляции , которая может использоваться для аналогичных типов исследований, но требует удаления скальпа субъекта и, таким образом, используется только для людей, которые уже переносят серьезную операцию на мозге (например, люди, перенесшие операцию по поводу эпилепсии ). [60] Логика, лежащая в основе ТМС и прямой корковой стимуляции, похожа на логику, лежащую в основе афазиологии: если определенная языковая функция нарушается при отключении определенной области мозга, то эта область должна быть каким-то образом вовлечена в эту языковую функцию. На сегодняшний день лишь немногие нейролингвистические исследования использовали ТМС; [2] Прямая стимуляция коры головного мозга и регистрация ее активности (регистрация активности мозга с помощью электродов, размещенных непосредственно на мозге) использовались на макаках для прогнозирования поведения человеческого мозга. [61]
Во многих нейролингвистических экспериментах субъекты не просто сидят и слушают или наблюдают за стимулами , но также получают инструкции выполнить какую-то задачу в ответ на стимулы. [62] Испытуемые выполняют эти задачи, пока делаются записи (электрофизиологические или гемодинамические), обычно для того, чтобы убедиться, что они обращают внимание на стимулы. [63] По крайней мере одно исследование показало, что задача, которую выполняет субъект, влияет на реакции мозга и результаты эксперимента. [64]
Задача лексического решения включает в себя то, что субъекты видят или слышат изолированное слово и отвечают, является ли это реальным словом. Она часто используется в исследованиях прайминга , поскольку известно, что субъекты принимают лексическое решение быстрее, если слово было праймировано связанным словом (например, «доктор» праймирует «медсестру»). [53] [54] [55]
Во многих исследованиях, особенно исследованиях, основанных на нарушениях, субъекты принимают решение о «приемлемости» (обычно грамматической приемлемости или семантической приемлемости) стимулов. [64] [65] [66] [67] [68] Такое задание часто используется для того, чтобы «убедиться, что субъекты внимательно читают предложения и что они [отличают] приемлемые предложения от неприемлемых так, как [экспериментатор] ожидает от них». [66]
Экспериментальные данные показали, что инструкции, данные субъектам в задании на оценку приемлемости, могут влиять на мозговые реакции субъектов на стимулы. Один эксперимент показал, что когда субъектам было поручено оценить «приемлемость» предложений, они не показывали мозговой реакции N400 (реакции, обычно связанной с семантической обработкой), но они показывали эту реакцию, когда им было поручено игнорировать грамматическую приемлемость и только судить, «имеют ли предложения смысл». [64]
В некоторых исследованиях используется задача «проверки зонда», а не открытое суждение о приемлемости; в этой парадигме каждое экспериментальное предложение сопровождается «пробным словом», и испытуемые должны ответить, появлялось ли пробное слово в предложении. [55] [66] Эта задача, как и задача суждения о приемлемости, гарантирует, что испытуемые внимательно читают или слушают, но может избежать некоторых дополнительных требований к обработке суждений о приемлемости и может использоваться независимо от того, какой тип нарушения представлен в исследовании. [55]
Испытуемым может быть поручено не судить о том, является ли предложение грамматически приемлемым или логичным, а о том, является ли высказывание, выраженное предложением, истинным или ложным. Эта задача обычно используется в психолингвистических исследованиях детской речи. [69] [70]
Некоторые эксперименты дают испытуемым «отвлекающую» задачу, чтобы гарантировать, что испытуемые сознательно не обращают внимания на экспериментальные стимулы; это может быть сделано для проверки того, выполняется ли определенное вычисление в мозге автоматически, независимо от того, уделяет ли испытуемый этому ресурсы внимания . Например, в одном исследовании испытуемые слушали нелингвистические тоны (длинные гудки и жужжание) в одном ухе и речь в другом ухе, и испытуемым было поручено нажимать кнопку, когда они воспринимали изменение тона; это предположительно заставляло испытуемых не обращать явного внимания на грамматические нарушения в речевых стимулах. В любом случае испытуемые демонстрировали реакцию несоответствия (MMN), что предполагает, что обработка грамматических ошибок происходила автоматически, независимо от внимания [37] — или, по крайней мере, что испытуемые не могли сознательно отделить свое внимание от речевых стимулов.
Другая родственная форма эксперимента — эксперимент с двойной задачей, в котором субъект должен выполнить дополнительную задачу (например, последовательное постукивание пальцами или артикуляцию бессмысленных слогов), реагируя на языковые стимулы; этот тип эксперимента использовался для исследования использования рабочей памяти при обработке языка. [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 являются журналами с подписным доступом, хотя некоторые рефераты могут быть общедоступными.