Interaction entre les processus phonologiques et sémantiques dans la reconnaissance visuelle des mots à l’aide de l’électrophysiologie

Summary

Nous présentons un protocole pour explorer la séquence d’activation relative de la phonologie et de la sémantique dans la reconnaissance visuelle des mots. Les résultats montrent que, conformément aux comptes interactifs, les représentations sémantiques et phonologiques peuvent être traitées de manière interactive, et les représentations linguistiques de niveau supérieur peuvent affecter le traitement précoce.

Abstract

Les controverses ont toujours existé dans la recherche liée aux capacités de lecture; sur la question de savoir si les mots imprimés sont perçus de manière prospective sur la base d’informations orthographiques, après quoi d’autres représentations, telles que la phonologie et la sémantique, sont activées, ou s’il s’agit d’informations entièrement interactives et sémantiques de haut niveau affecte le traitement précoce. Un paradigme d’interférence a été mis en œuvre dans le protocole présenté de tâches de jugement phonologique et sémantique qui utilisaient les mêmes paires précédé-cible pour explorer l’ordre relatif de l’activation phonologique et sémantique. Les mots cibles à haute et basse fréquence ont été précédés de trois conditions : sémantiquement liées, phonologiques (homophones) ou non apparentées. Les résultats ont montré que la composante P200 induite des paires de mots à basse fréquence était significativement supérieure à celle des mots à haute fréquence dans les tâches sémantiques et phonologiques. En outre, les homophones dans la tâche sémantique et les paires sémantiquement liées dans la tâche phonologique ont entraîné une réduction de N400 par rapport à la condition de contrôle, mot fréquence indépendamment. Il convient de noter que pour les paires de basses fréquences dans la tâche de jugement phonologique, le P200 libéré par les paires de mots sémantiquement liés était significativement plus grand que celui de la condition de contrôle. Dans l’ensemble, le traitement sémantique dans les tâches phonologiques et le traitement phonologique dans les tâches sémantiques ont été trouvés dans les mots à haute et basse fréquence, ce qui suggère que l’interaction entre la sémantique et la phonologie peut fonctionner de manière indépendante de la tâche. Cependant, le moment précis où cette interaction s’est produite peut avoir été affecté par la tâche et la fréquence.

Introduction

La question critique dans tout modèle de reconnaissance de mots est de comprendre le rôle de la phonologie dans le processus d’accès sémantique¹. Pour les langues alphabétiques, de nombreuses études considèrent systématiquement la phonologie comme jouant un rôle important dans l’accès sémantique, notamment^{l’anglais2,3,4,}l’hébreu^5,le Français⁶et l’espagnol^7. En d’autres termes, la reconnaissance écrite des mots implique non seulement un traitement orthographique, mais aussi phonologique et sémantique. Cette observation dans le modèle connexionniste interactif s’explique par des extensions activées dans tout le réseau, où l’orthographe est associée à des représentations phonologiques et sémantiques à travers des connexions pondérées⁸. Cette prolifération de l’activation fournit le mécanisme de base du modèle de reconnaissance visuelle des mots, qui suppose que les représentations phonologiques et sémantiques sont automatiquement activées en réponse à l’entrée orthographique⁹.

Cependant, les preuves empiriques actuelles à l’appui de l’hypothèse de l’automatisation interactive restent controversées. Certaines études affirment que l’activation des représentations phonologiques et sémantiques peut être ajustée ou empêchée par des exigences de tâches ou d’attention, ce qui implique une certaine influence descendante sur les processus de haut niveau impliqués dans la perception des^{mots 10,11}. Cependant, la description susmentionnée a été remise en question par de nombreuses découvertes qui rapportent des effets phonologiques et sémantiques dans la reconnaissance visuelle des mots, même si ces représentations ne sont absolument pas pertinentes pour la tâche ou ne sont pas directement accessibles¹², soutenant ainsi l’idée que la sémantique et la phonologie peuvent être consultées automatiquement et de force pendant le processus de lecture¹³ . Par conséquent, il existe une incertitude quant à savoir si l’activation phonologique et sémantique dans la reconnaissance visuelle des mots dépend de la tâche spécifique ou si elle se produit de force et automatiquement d’une manière indépendante de la tâche.

La réponse à la question susmentionnée est difficile pour les lecteurs chinois. Par rapport à l’anglais, le chinois est une écriture logographique dont les caractères représentent des morphèmes au lieu de phonèmes^14. À l’heure actuelle, le rôle de la phonologie dans l’accès sémantique aux mots chinois reste controversé. Certaines études ont affirmé que la phonologie joue un rôle important dans l’accès sémantique aux mots chinois^15,16,17. D’autres, cependant, ont eu le point de vue opposé^18,19. Après avoir évalué la recherche susmentionnée pour le traitement phonologique chinois, nous avons constaté que le paradigme expérimental et les méthodes de recherche spécifiques diffèrent. Dans l’ensemble, il a été principalement divisé en deux paradigmes: mot amorçage^15,18,19 et paradigme de violation dans la phrase^17,20,21. Le mot cible est généralement incorporé à la fin de la phrase dans le paradigme de violation²². En termes de mécanisme linguistique, une phrase courte de deux mots est une unité plus gérable qu’une phrase complète difficile à traiter²³. De plus, les variables difficiles à contrôler dans une phrase, telles que la syntaxe, le contexte ou d’autres facteurs, peuvent conduire à des conclusions différentes²⁴. Le paradigme d’amorçage des mots est une méthode couramment utilisée pour explorer les modèles de reconnaissance de mots, que ce soit dans les langues alphabétiques ou en chinois. La tâche de ce paradigme est de juger si le mot cible précédé des nombres premiers est un mot réel ou un pseudo-mot; c’est-à-dire que ce paradigme ne contient généralement qu’une seule tâche lexicale. Cependant, une seule tâche de décision lexicale peut ne pas être le meilleur choix pour résoudre le problème de savoir si l’activation de la phonologie et de la sémantique dépend de la tâche. Par conséquent, deux tâches différentes peuvent être plus appropriées pour explorer cette question.

Par conséquent, cette recherche visait à explorer le rôle de la phonologie dans la reconnaissance des mots chinois et à tenter simultanément de déterminer si l’activation de la phonologie et de la sémantique est indépendante de la tâche. Notre recherche comprend deux tâches utilisant le paradigme de l’interférence : le jugement sémantique et le jugement phonologique. À notre connaissance, il s’agit de la première étude de potentiel lié à l’événement (ERP) de la reconnaissance composée chinoise à deux caractères utilisant ce paradigme d’interférence, et cette méthode apparaît rarement dans les études des langues alphabétiques. Plus précisément, dans la tâche de jugement sémantique, les participants doivent juger si le mot cible et son précédent sont sémantiquement liés, tandis que dans la tâche phonologique, ils doivent juger si les mots appariés ont la même prononciation.

La première est une tâche d’appariement sémantique qui ne nécessite pas de traitement phonologique a priori, et la seconde est une tâche de jugement phonologique qui ne nécessite pas de traitement sémantique a priori. Par conséquent, nous avons comparé les paires homophones et les groupes témoins non apparentés dans la tâche de jugement sémantique pour révéler si et comment la phonologie affecte le traitement sémantique. De même, nous avons comparé des paires de mots sémantiquement liées avec des conditions de contrôle non liées dans la tâche de jugement phonologique pour révéler si et comment la sémantique affecte le traitement phonologique. En outre, le problème susmentionné a été vérifié dans les mots à haute et basse fréquence. Ainsi, cette tâche de jugement sémantique et phonologique complémentaire peut non seulement révéler l’importance du traitement phonologique dans la reconnaissance des mots chinois, mais aussi révéler si et comment la phonologie et la sémantique interagissent.

Si la phonologie et les processus sémantiques sont précoces, automatiques et interactifs, l’effet de l’activation phonologique et sémantique doit être observé dans le temps de réponse des deux tâches. Pour l’ERP, les processus phonologiques et sémantiques déclenchent deux marqueurs électrophysiologiques différents^2,7. De plus, leurs trajectoires temporelles et leurs distributions spatiales devraient être différentes. Une composante positive précoce (P200) devrait refléter le traitement phonologique, et le marqueur de traitement sémantique typique N400 devrait également être identifié^20,21. Nous avons supposé que les paires phonologiquement liées dans la tâche sémantique et les paires liées à la sémantique dans la tâche phonologique entraîneraient une diminution significative de N400, ce qui aurait indiqué que le traitement phonologique peut conduire à un certain degré d’activation aux niveaux lexical-sémantique. En outre, nous avons vérifié si le P200, qui caractérise le traitement phonologique, apparaissait dans la tâche de jugement sémantique ou la tâche de jugement phonologique. Dans la tâche de jugement phonologique, les conditions liées à la sémantique déclenchent le P200, ce qui peut être considéré comme une preuve de l’influence précoce de la sémantique sur le traitement phonologique.

Protocol

Le protocole utilisé pour cette étude a été approuvé par le Comité d’examen institutionnel de l’Université Tsinghua.

1. Construction et présentation des stimuli

1. Construction de stimuli
   1. Préparation des stimuli : Préparez des mots cibles contenant environ 140 composés chinois à deux caractères, dont les mots à basse et haute fréquence représentent la moitié. Faites précéder chaque cible de trois analogues : un mot phonologiquement identique (mot homonyme), un mot ayant un sens connexe et un mot de contrôle non pertinent.
      1. S’assurer que les cibles à haute fréquence sont toujours précédées d’antécédents à haute fréquence et que les cibles à basse fréquence sont toujours précédées de précédents à basse fréquence, que ce soit dans des conditions connexes ou dans des groupes témoins non liés. De plus, assurez-vous que les paires précédé-cible sont similaires en nombre de coups et en fréquence.
         NOTE: Tous les mots de cette étude ont été sélectionnés dans le dictionnaire de fréquence chinois moderne (Xiandai Hanyu Pinlu Cidian). La fréquence des mots à basse fréquence était inférieure à huit fois par million, et la fréquence des mots à haute fréquence dépassait 800 fois par million.
   2. Évaluation des stimuli : Recrutez un groupe distinct d’environ 30 étudiants pour évaluer le degré de pertinence sémantique entre les paires de mots sur une échelle de sept points, dans laquelle 1 reflète la corrélation la plus faible et 7 reflète la corrélation la plus élevée.
   3. Détermination finale du stimulus : Supprimez les paires de mots inappropriées, telles que les paires de mots avec des scores plus faibles dans des conditions sémantiquement liées et les paires de mots avec des scores plus élevés dans les scores homophones et non pertinents.
      1. Calculez les scores moyens respectifs des paires de mots sémantiques à haute et basse fréquence et assurez-vous qu’aucune différence significative n’est présente entre les deux.
      2. En outre, assurez-vous que les scores des paires homophones et des paires non apparentées ne sont pas significativement différents à la fois à haute et basse fréquence. Enfin, déterminez le matériau de stimulation expérimental final (voir Tableau Matériaux).
         NOTE: Pour les valeurs sémantiques des paires sémantiques dans cette expérience, les valeurs moyennes finales étaient de 5,62 et 5,73 pour les paires haute fréquence et basse fréquence, respectivement, et il n’y avait pas de différence significative entre les deux(p > .1). De plus, la parenté sémantique entre les paires homophoniques et non apparentées n’était pas significativement différente(p > .1).
2. Présentation des stimuli
   1. Construisez un programme pour montrer la tâche aux sujets et remplissez les documents susmentionnés (le programme peut être écrit en E-prime ou dans d’autres langages de programmation).
   2. Assurez-vous que chaque structure de base du programme commence par un écran affichant un signe " + " qui dure 300 ms, directement après quoi le mot précédent doit apparaître pendant 140 ms, sans intervalle entre les deux.
   3. Après cela, définissez un écran vide d’une durée de 360 ms, puis définissez le mot cible, qui apparaîtra pendant 500 ms. Enfin, définissez un point d’interrogation (?) qui continuera à s’afficher jusqu’à ce que le participant ait choisi la paire de mots qui vient d’être affichée et qu’il ait appuyé sur le bouton aussi rapidement et précisément que possible.
   4. Dites aux participants à l’avance qu’ils doivent juger si la paire de mots est sémantiquement liée dans la tâche de jugement sémantique et si la phonologie est la même dans la tâche de jugement phonologique.
   5. Configuration de la séance d’entraînement : Configurez deux groupes de pratique pour inclure des tâches de jugement sémantique et de jugement phonologique, respectivement, avec pas moins de 10 paires de mots pour chaque tâche. Informez les participants qu’ils peuvent répéter les exercices pour s’assurer que la précision de la séance d’entraînement est supérieure à 70%.
   6. Configuration de l’expérience formelle: Divisez l’ensemble de l’expérience en 6 blocs, la tâche de jugement sémantique et la tâche de jugement phonologique représentant chacune la moitié.
      1. Assurez-vous qu’il n’y a pas de mots cibles répétés dans chaque bloc et que le nombre de types d’amorçage dans chaque bloc est le même. En outre, mettre en place quelques essais de remplissage pour réduire l’écart de réponse causé par le nombre inégal de tests nécessitant des réactions positives ou négatives.
      2. Randomisez l’ordre des éléments dans chaque bloc et contrebalancez l’ordre des blocs entre les sujets.
         REMARQUE: L’expérience entière peut également être divisée en huit ou dix blocs ou plus en fonction du nombre de matériel expérimental à préparer, ce qui minimise la répétition des mots cibles dans chaque bloc.

2. Préparation de l’expérience et enregistrement électrophysiologique

1. Recrutez des locuteurs natifs chinois droitiers avec une vision normale qui a peut-être été corrigée précédemment.
   1. Exclure les participants atteints de maladies neurologiques ou psychiatriques.
   2. S’assurer qu’il y a un nombre équilibré de participants féminins et masculins dans la tranche d’âge souhaitée (18-28 ans).
   3. Assurez-vous que les participants n’ont pas d’antécédents de perméabilité ou de teinture de leurs cheveux au cours des deux derniers mois.
   4. Informez les participants qu’ils devront avoir suffisamment de temps de sommeil et de repos avant l’expérience²⁵.
   5. Lorsque vous participez à l’expérience, veuillez vous assurer que les participants sont dans un état sain au moment de mener l’expérience.
2. Lorsqu’un participant arrive au laboratoire, présentez l’équipement expérimental, les tâches et les coûts de temps. Expliquez les exigences (comme ne pas avoir sommeil, bouger et cligner des yeux) pour les aider à comprendre l’ensemble du processus et éliminer les soucis inutiles.
3. Si le participant n’a pas d’autres questions sur l’expérience, demandez-lui de remplir le formulaire de requête Edinburgh Handedness, qui est utilisé pour confirmer que tous les participants ont les mêmes habitudes de droitier.
4. Fournissez le formulaire de consentement éclairé aux participants et demandez-leur de lire et de signer attentivement. Si les participants ont des questions sur le contenu du formulaire de consentement, fournissez-leur les explications nécessaires.
5. Demandez au participant de nettoyer correctement son cuir chevelu et de sécher ses cheveux en laboratoire. En attendant les participants, veuillez préparer tout le matériel expérimental.
   REMARQUE: Le signal d’électroencéphalogramme (EEG) est amplifié à l’aide d’un système d’amplification avec une passe de bande de 0,01 à 100 Hz et échantillonne en continu à 500 Hz.
6. Invitez les participants à s’asseoir confortablement sur une chaise dans la salle où l’expérience sera menée. Leur a demandé de ne pas déplacer la chaise.
7. Utilisez des cotons-tiges et des gommages faciaux pour nettoyer la peau sous l’œil gauche du participant (pour l’électrode électro-oculographique verticale), près du canthus externe de l’œil droit (pour l’électro-oculographique horizontal) et autour des os mastoïdiens droit et gauche (pour Tp9 et Tp10, qui seront utilisés comme nouvelles références hors ligne).
   REMARQUE: La distribution des électrodes peut varier en fonction des bouchons utilisés.
8. Placez le capuchon élastique sur la tête du participant et assurez-vous que l’électrode Cz est au centre du haut de la tête. Fixez la sangle du capuchon de l’électrode sous le menton avec soin pour vous assurer qu’elle n’est pas trop serrée ou trop lâche.
9. Assurez-vous que le capuchon et l’amplificateur sont connectés au système d’enregistrement. Ensuite, basculez le logiciel d’enregistrement sur l’interface de surveillance de l’impédance.
10. Assurez-vous que l’impédance de toutes les électrodes ne dépasse pas 5 kΩ ou 10 kΩ, en commençant par les électrodes de référence (Ref) et de masse (Gnd).
11. Passez la seringue remplie de gel conducteur à travers le petit trou d’une électrode jusqu’au cuir chevelu, puis poussez le piston pour injecter une petite quantité de gel conducteur dans le cuir chevelu tout en veillant à ne pas provoquer de débordement. Dans le même temps, surveillez le système d’affichage qui affiche l’impédance en temps réel jusqu’à ce que l’impédance tombe au seuil.
12. Une fois les électrodes Ref et Gnd préparées, réduisez l’impédance des autres électrodes de la même manière. Traiter soigneusement la réduction d’impédance de l’électricité oculaire.
    1. Collez les petits trous d’un côté des deux électrodes électro-oculographiques pour empêcher le gel conducteur injecté de fuir. Fixez-les au bas de l’œil gauche et au canthus externe de l’œil droit avec du ruban adhésif.
13. Une fois toutes les électrodes préparées, demandez aux participants d’être prêts pour l’expérience. Demandez aux participants de se détendre et d’éviter les clignements excessifs des yeux et les mouvements du corps pendant l’expérience.
14. Présentez le stimulus via le programme de démonstration du stimulus et laissez les participants s’entraîner dans la section de pratique.
    REMARQUE: Après la séance d’entraînement, les participants peuvent poser des questions s’ils ont des doutes ou des questions sur la façon de procéder.
15. Démarrez l’expérience formelle et enregistrez les informations EEG. Surveillez le système d’enregistrement pendant l’enregistrement. Si une électrode est desserrée ou si la résistance dépasse le seuil, rechargez l’électrode lorsque le participant est au repos.
    REMARQUE: Les participants peuvent se reposer pendant 4 à 10 minutes après chaque bloc.
16. Une fois l’expérience terminée, enregistrez le signal EEG et éteignez l’équipement, tel que le système d’enregistrement et l’amplificateur. Ensuite, enlevez la casquette du participant et demandez-lui de laver le gel conducteur des cheveux et de la peau. Enfin, récompensez les participants et remerciez-les pour leur coopération.

3. Prétraitement EEG

1. Utilisez la correction oculaire semi-automatique avec analyse indépendante des composants.
2. Calculer les ERP de 100 ms à 600 ms après le début du mot cible (ligne de base pré-cible de 100 ms).
3. Réglez le filtre passe-bande EEG hors ligne de 0,05 à 30 Hz (mode de déphasage zéro, 24 dB/oct).
4. Rejeter les époques supérieures à ±80 μV par rejet d’artefacts et éliminer les essais de réponses erronées.

Results

Ce protocole a été utilisé dans une étude récente pour étudier le rôle de la phonologie dans la reconnaissance composée chinoise à deux caractères et pour déduire le modèle de reconnaissance de mots^26. Tous les stimuli utilisés dans cette étude ont été entièrement divulgués²⁶. Trois fenêtres temporelles ont été sélectionnées sur la base de la puissance globale de champ (GFP): à 100-150 ms, 160-280 ms et 300-500 ms pour les composants N1, P200 et N400, respectivement

Discussion

Résultats expérimentaux et signification :
Le but de ce protocole était de déduire ce qui suit: 1) si le modèle de reconnaissance de mots est un modèle feedforward ou un modèle interactif et 2) l’interaction entre les modèles phonologiques et sémantiques dans la reconnaissance composée à deux caractères chinois de haute et basse fréquence sous différentes tâches. Un paradigme d’interférence de tâche de correspondance phonologique et sémantique utilisant la technique ERP a été adopté. Les réponses ERP ...

Materials

List of materials used in this article

Name	Company	Catalog Number	Comments
Système d’amplification BrainAmp DC (Brain Products GmbH)	Brain Products, Gilching, Allemagne		BrainAmp S/N AMP13061964DC Input 5.6DC=150mA Fonctionnement 7mA Standby
Easycap (Brain Products GmbH)	Brain Products, Gilching, Allemagne		62 électrodes Ag/AgCl avec une configuration de l’international 10&ndash ; 20 Système d’électrode