Langage : Le N400 en incongruité sémantique

La compréhension du langage implique des processus cognitifs complexes et, étant donné le nombre incroyable de choix de mots et d’arrangements qui peuvent former une seule phrase, le cerveau doit être capable de distinguer les combinaisons cohérentes et incohérentes.

La compréhension d’une phrase par une personne, qu’elle soit prononcée – comme lorsqu’une mère dit à son fils qu’elle va au magasin – ou écrite dans un livre, dépend, en partie, de ce que le cerveau anticipe que le prochain mot de la phrase est.

Par exemple, si quelqu’un commence à lire « C’était un temps sombre et orageux... » Au début d’un livre, on s’attend à ce que « nuit » soit le terme suivant.

Cependant, il arrive parfois que des mots inattendus soient rencontrés, comme "... et le savant fou peignait son laboratoire de la couleur raton laveur...

Dans ce cas, le terme anormal est raton laveur, car il fait référence à un type d’animal, plutôt qu’à une couleur attendue, comme le noir.

De telles incongruités sémantiques – les phrases insensées – suscitent des signaux électriques uniques dans le cerveau – des réponses connues sous le nom de potentiels liés aux événements, ERP en abrégé – qui peuvent donner un aperçu de la façon dont le cerveau récupère la définition du mot gênant ou le retraite pour tenter de comprendre la phrase.

Cette vidéo explique comment la technique de l’électroencéphalographie, ou EEG, peut être utilisée pour mesurer les ERP lors de tâches d’incongruité sémantique, dans lesquelles on montre aux participants des phrases se terminant par des mots inattendus.

Nous montrons comment concevoir des stimuli, collecter et analyser des données, en nous concentrant spécifiquement sur un composant unique des ERP, nommé N400 pour refléter ses caractéristiques.

Dans cette expérience, l’EEG est utilisé pour mesurer l’activité cérébrale chez des participants présentant des stimuli sémantiquement cohérents et incohérents, afin d’étudier le traitement et la compréhension du langage.

Ces stimuli se composent de trois types de phrases : congrues, incongrues et déviantes de taille. Bien que chacun soit composé de sept mots, ils diffèrent par la nature de leurs derniers termes.

Les derniers mots de phrases congrues, comme « Elle a griffé son chien derrière son oreille », ne posent aucun problème de sens et apparaissent dans le même type de police et la même taille que ceux qui les précèdent.

Il est important de noter que ces phrases servent de contrôles pour évaluer comment le cerveau réagit à des combinaisons de mots cohérentes.

En revanche, les phrases incongrues, comme « Elle a trempé son doigt de poulet dans des bottes », possèdent des derniers termes qui sont sémantiquement anormaux.

Ici, les bottes entrent en conflit avec le sens du reste des mots - on s’attend à ce que les doigts de poulet soient trempés dans un condiment comme la moutarde, et non dans des vêtements. Ainsi, ces stimuli évaluent la façon dont un langage surprenant et incohérent est traité.

Le dernier type de phrases est appelé déviant de taille et contient des derniers mots qui sont surprenants en apparence - ils sont dans une police plus grande - mais pas de congruence.

Par exemple, si dans la phrase « Il a mis sa main dans sa mitaine », le terme mitaine est écrit en lettres plus grandes, cela a toujours un sens sémantique.

Ces stimuli sont essentiels, car ils sont destinés à distinguer si la réponse du cerveau au dernier mot d’une phrase est le résultat d’une surprise générale – le choc d’une taille de texte incohérente – ou si elle est spécifique à des significations inattendues.

Une fois que les participants sont préparés pour l’EEG, on leur demande de lire attentivement les phrases qui apparaissent sur un écran d’ordinateur, car des questions seront posées à leur sujet plus tard.

En réalité, aucun quiz n’est donné à la fin de l’expérience ; Cependant, ces instructions garantissent que les sujets seront attentifs aux stimuli à venir.

Au cours de la tâche, les participants sont montrés séquentiellement, dans le bon ordre, les sept mots qui composent une seule phrase.

Chaque terme apparaît individuellement au centre du moniteur – pour réduire les mouvements oculaires qui pourraient interférer avec la collecte de données – pendant 100 ms, et est suivi de 1000 ms d’écran vide.

Les informations EEG sont enregistrées en continu au cours de 120 essais de ce type, chacun d’entre eux consistant en une phrase unique. Plus précisément, les stimuli sont affichés à la même fréquence – 40 fois – mais dans un ordre aléatoire. Ensuite, la tâche est répétée une deuxième fois, de sorte que les participants doivent lire un total de 240 phrases au total.

Ensuite, les données EEG sont traitées pour visualiser les ERP moyens pour chaque type de phrase – à partir de chaque électrode – et les scientifiques recherchent la composante N400 dans ces formes d’onde.

Le « N » de ce terme indique que le pic est négatif, et le « 400 » représente sa latence, c’est-à-dire qu’il se produit environ 400 ms après que le stimulus du dernier mot a été montré au participant.

Sur la base de l’expérience antérieure, on s’attend à ce que l’amplitude de N400 augmente en réponse à des événements sémantiquement incohérents, et qu’elle soit enregistrée à partir de toutes les électrodes du cuir chevelu.

Cependant, cette réponse sera probablement plus importante au niveau de l’électrode Pz, positionnée sur la ligne médiane du cuir chevelu au-dessus des lobes pariétaux, régions connues pour être impliquées dans le traitement et l’intégration du langage écrit.

Avant de commencer l’expérience, recrutez un participant dont la langue maternelle est l’anglais et expliquez-lui les deux principaux éléments de la procédure : qu’il portera des électrodes et qu’on lui montrera des phrases sur un écran d’ordinateur. Ensuite, recueillez auprès d’eux tous les formulaires de consentement nécessaires et signés.

Ensuite, équipez le participant d’électrodes pour le cuir chevelu et le visage. Pour plus de détails sur cette procédure, consultez les méthodes décrites ailleurs dans cette collection. Une fois dans l’espace de test, vérifiez les valeurs d’impédance sur toutes les électrodes.

Après avoir vérifié que les traces EEG sont exemptes de bruit, demandez au participant de s’asseoir de manière à ce que ses yeux soient à environ 75 cm de l’écran.

Insistez sur le fait qu’ils doivent lire et porter une attention particulière aux phrases qui apparaissent mot par mot sur cet écran, car des questions seront posées sur leur contenu plus tard.

Pour vous assurer que le participant comprend la tâche, montrez-lui dix phrases d’entraînement, mais ne collectez pas de données pendant ce temps. Ensuite, démarrez le système EEG pour commencer l’enregistrement continu.

Poursuivez la tâche fonctionnelle en présentant 120 essais, composés de 40 phrases congrues, 40 phrases incongrues et 40 phrases de taille déviante, dans un ordre aléatoire. Ensuite, répétez ce processus avec un ensemble supplémentaire de 120 stimuli pour garantir que suffisamment de données sont collectées.

Une fois que les données ont été enregistrées pour les 240 stimuli, traitez-les comme décrit dans les ERP de JoVE et la vidéo Oddball Task.

Pour analyser les données, tracez d’abord les formes d’onde moyennes pour les parcours temporels de stimuli congrus, incongrus et de taille déviante collectés sur le site d’enregistrement Pz. Sur l’axe des x de ce graphique, représentant le temps en ms, indiquez quand chaque mot d’une phrase est affiché.

Ensuite, localisez les pics N400 et, pour chacun d’eux, calculez son amplitude moyenne, définie comme la distance entre le point le plus bas du pic et la valeur de référence de 0 ? V, également représenté par l’axe horizontal.

Ensuite, calculez la latence de ce composant, c’est-à-dire le temps en ms qu’il faut pour qu’il apparaisse dans la forme d’onde après l’affichage du dernier mot d’une phrase.

Pour les plages de ces amplitudes et latences, utilisez des tests F pour déterminer s’il existe une différence entre les stimuli cibles et les stimuli de contrôle.

Notez que la réponse N400 n’a été observée qu’après que les participants aient montré le dernier mot d’une phrase incongrue, indiquant que cet événement électrique reflète le traitement neuronal – en particulier impliquant les lobes pariétaux – qui identifient une interruption dans le traitement de la phrase causée par un terme incohérent.

Il est important de noter que, bien que N400 n’ait pas été observé dans les formes d’onde collectées à l’aide de stimuli de taille déviante, un autre composant unique ? P560, un pic positif avec une latence de 560 ms.

Cela indique que le cerveau réagit différemment aux stimuli visuels inattendus et aux termes sémantiquement incohérents, et suggère que N400 est une signature électrique unique de l’incongruité du langage.

Maintenant que vous savez comment l’incohérence sémantique peut être utilisée pour obtenir le composant N400 dans les ERP, examinons d’autres façons dont les chercheurs examinent ce signal électrique unique pour étudier le traitement et la compréhension du langage.

Certains chercheurs visent à déterminer à quel moment la capacité d’identifier un langage incohérent se développe et si cette compétence change avec l’âge.

Il s’agit notamment de montrer à de jeunes enfants, équipés de casques EEG, des représentations d’objets reconnaissables, comme un appareil photo.

Cependant, le truc, c’est que lorsque l’enfant regarde cette représentation, on lui dit qu’il s’agit de quelque chose de différent, par exemple, un chat. Ainsi, il s’agit d’une version modifiée de la tâche d’incongruité sémantique, car le mot prononcé ne correspond pas à la signification de l’élément visible.

Les mesures des réponses électriques du cerveau à ces tâches ont démontré que les enfants présentent une réponse N400-esque améliorée aux paires incongrues élément-mot – qui dure plusieurs centaines de ms – par rapport aux ensembles congruents.

Il est important de noter que cela suggère que même à un âge précoce, les humains sont capables d’identifier et de traiter l’incongruité sémantique.

D’autres chercheurs évaluent si les ERP peuvent être utilisés pour mieux comprendre les déficits de langage associés à certains troubles de la personnalité, tels que la schizophrénie.

Paradoxalement, des travaux antérieurs ont montré que les personnes présentant des caractéristiques prononcées de type schizophrénie, telles que l’anxiété ou l’incapacité à ressentir du plaisir, présentent une réponse N400 accrue aux paires de mots congruentes – comme animal et chèvre – par rapport aux personnes présentant des symptômes plus légers.

Cependant, lorsque ces participants ont été traités avec un médicament antipsychotique appelé olanzapine, l’amplitude de ce composant N400 causé par la congruence a diminué par rapport aux personnes ayant reçu un placebo, suggérant une thérapie possible qui pourrait traiter la parole disjointe parfois observée dans de tels troubles.

Vous venez de regarder la vidéo de JoVE sur la façon dont les phrases congrues et incongrues peuvent être utilisées pour étudier le traitement du langage. À ce stade, vous devez savoir comment présenter des stimuli aux participants, collecter et interpréter les données de l’ERP. Nous espérons que vous comprenez également maintenant comment le composant N400 est utilisé pour étudier d’autres aspects de la compréhension du langage, tels que la façon dont il peut être affecté dans les troubles du comportement.

Merci d’avoir regardé !