Articolo metodologico

Compito decisionale lessicale per studiare il riconoscimento delle parole scritte negli adulti con e senza demenza o lieve danno cognitivo

DOI:

10.3791/59753

⸱

25 giugno 2019

 ,  ,  , 
1Helsinki Collegium for Advanced Studies, University of Helsinki, 2University of California, Riverside, 3California State University, East Bay, 4Hunter College, City University of New York, 5Feinberg School of Medicine, Northwestern University, 6Shirley Ryan AbilityLab

In questo articolo

Sommario

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Questo articolo descrive come implementare un semplice esperimento di decisione lessicale per valutare il riconoscimento delle parole scritte nei partecipanti neurologicamente sani e negli individui con demenza e declino cognitivo. Forniamo anche una descrizione dettagliata dell'analisi del tempo di reazione utilizzando l'analisi dei componenti principali (PCA) e la modellazione di effetti misti.

Abstract

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Gli adulti più anziani sono più lenti a riconoscere gli oggetti visivi rispetto agli adulti più giovani. Lo stesso vale per riconoscere che una stringa di lettere è una parola reale. Le persone con malattia di Alzheimer (AD) o Mild Cognitive Impairment (MCI) dimostrano risposte ancora più lunghe nel riconoscimento delle parole scritte rispetto ai controlli anziani. Nonostante la tendenza generale verso un riconoscimento più lento nell'invecchiamento e nei disturbi neurocognitivi, alcune caratteristiche delle parole influenzano la velocità di riconoscimento delle parole indipendentemente dall'età o dalla neuropatotologia (ad esempio, la frequenza di utilizzo di una parola). Vi presentiamo qui un protocollo per esaminare l'influenza delle caratteristiche lessicali sui tempi di risposta del riconoscimento delle parole in un semplice esperimento di decisione lessicale somministrato agli adulti più giovani e anziani e alle persone con MCI o AD. In questo esperimento, ai partecipanti viene chiesto di decidere nel modo più rapido e preciso possibile se una determinata stringa di lettera sia o meno una parola reale. Descriviamo anche modelli a effetti misti e analisi dei componenti principali che possono essere utilizzati per rilevare l'influenza di diversi tipi di variabili lessicali o delle singole caratteristiche dei partecipanti sulla velocità di riconoscimento delle parole.

Introduzione

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Le parole sono memorizzate nel lessico mentale in una rete altamente interconnessa. Le connessioni tra le parole possono riflettere proprietà condivise, come la somiglianza semantica (ad esempio, cane e gatto), la somiglianza (cane e nebbia)o la co-occorrenza frequente nell'uso comune del linguaggio (ad es. cane e guinzaglio). Teorie cognitive del linguaggio,come la teoria basata sull'uso 1, sostengono che ogni incontro di una parola da parte di un utente linguistico ha un effetto sulla rappresentazione mentale della parola. Secondo la teoria di esempio, la rappresentazione di una parola è costituita da molti esemplari, che sono costruiti da singoli token di uso del linguaggio e che rappresentano la variabilità che esiste per una determinata categoria. La frequenza di utilizzo2 influisce sulle rappresentazioni in memoria contribuendo alla forza di un esempio1.

La velocità di riconoscimento delle parole può rivelare le caratteristiche del lessico mentale. Un paradigma sperimentale comunemente usato per misurare la velocità del riconoscimento delle parole è il compito decisionale lessicale. In questa attività, ai partecipanti vengono presentate stringhe di lettere su un monitor, una alla volta. Essi sono istruiti a decidere il più rapidamente possibile se la stringa di lettera sullo schermo è una parola reale o non premendo il pulsante corrispondente.

Esaminando i tempi di reazione per le parole reali, i ricercatori possono affrontare una serie di domande importanti sull'elaborazione del linguaggio. Ad esempio, identificare quali fattori rendono più veloce il riconoscimento può testare ipotesi sulla struttura del lessico mentale e rivelarne l'architettura. Inoltre, il confronto delle prestazioni tra diversi gruppi di partecipanti può aiutarci a comprendere l'influenza di vari tipi di esperienza linguistica o, nel caso di malattie di invecchiamento o neurodegenerative (ad esempio, il morbo di Alzheimer), il ruolo declino.

Alcuni fattori (ad esempio, la frequenza di utilizzo) hanno un'influenza maggiore sul riconoscimento delle parole rispetto ad altri fattori (ad esempio, la lunghezza delle parole). Con l'avanzare dell'età, il modo in cui le persone riconoscono le parole scritte potrebbe cambiare3,4. Gli adulti più giovani tendono a fare molto affidamento sugli aspetti semantici (basati sul significato) di una parola, come il numero di composti (ad esempio, bulldog)o parole derivate (ad esempio, doggy) condividono aspetti di forma e significato con la parola di destinazione (in questo caso, cane). Il riconoscimento delle parole per gli adulti più anziani sembra essere più influenzato dagli aspetti basati sulla forma, come la frequenza con cui due lettere successive si contraddicono nella lingua (ad esempio, la combinazione di lettere st si verifica più spesso nelle parole inglesi rispetto alla combinazione sk).

Per determinare i fattori che influenzano la velocità di riconoscimento delle parole in diversi gruppi, il ricercatore può manipolare determinate variabili nel set di stimoli e quindi testare la potenza di queste variabili per prevedere la velocità di riconoscimento delle parole. Ad esempio, per verificare se il riconoscimento delle parole è guidato da fattori semantici o basati su form, il set di stimoli deve includere variabili che riflettono il grado di connettività di una parola ai suoi vicini semantici nel lessico mentale o la sua connettività ad altre parole che condividono parte della sua forma.

Questo metodo è stato utilizzato nello studio attuale per studiare se la velocità di riconoscimento delle parole è influenzata da diversi fattori negli adulti più giovani e più anziani e negli individui con malattia di Alzheimer (AD) o lieve danno cognitivo (MCI)3. Il metodo qui descritto si basa sul riconoscimento visivo delle parole, ma può essere adattato alla modalità uditiva. Tuttavia, alcune variabili che sono predittori significativi dei tempi di reazione in un tipico esperimento di decisione lessicale visiva potrebbero non prevedere le latenze di risposta in una decisione lessicale uditiva o possono avere l'effetto opposto. Ad esempio, il quartiere fonologico ha l'effetto opposto su queste due modalità5: le parole con quartieri fonologici più grandi esibiscono un effetto facilitatorivo sul riconoscimento visivo delle parole, ma si traducono in latenze di risposta più lunghe in decisione lessicale uditiva6.

Le difficoltà di ricerca delle parole negli adulti più anziani7 sono state generalmente attribuite alla difficoltà di accesso alla forma di parola fonologica piuttosto che a una ripartizione della rappresentazione semantica8. Tuttavia, la ricerca AD si è concentrata principalmente sui cali semanticidi 9,10,11,12,13,14. È importante districare il modo in cui i fattori semantici e ortografici influenzano il riconoscimento delle parole scritte nell'invecchiamento con e senza declino cognitivo. L'influenza dei fattori legati alla forma è più pronunciata negli adulti più anziani che negli adulti più giovani e rimane significativa nelle persone con MCI o AD3. Così, questa metodologia può aiutarci a scoprire le caratteristiche del lessico mentale tra diverse popolazioni e identificare i cambiamenti nell'organizzazione del lessico con l'età e la neuropatologia. Una preoccupazione quando si testano i pazienti con neuropatologia è che essi possono avere difficoltà ad accedere alle conoscenze relative alle attività. Tuttavia, il compito decisionale lessicale è un compito semplice, senza alcun onere sulla memoria di lavoro o altre abilità cognitive complesse che molti pazienti presentano problemi con. È stato considerato appropriato per le popolazioni di AD e MCI.

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Protocollo

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Il protocollo segue le linee guida del Comitato Etico del Distretto Ospedaliero del Savo Settentrionale (IRB00006251).

1. Screening dei partecipanti

  1. Recluta adulti più giovani e più anziani che hanno una visione normale o corretta-to-normale e sono madrelingua della lingua testata a meno che lo studio non affronti domande specifiche di ricerca riguardanti l'acquisizione della seconda lingua.
  2. Per gruppi di controllo sani, escludere i partecipanti che hanno una storia di disturbi neurologici o psichiatrici.
  3. Per i gruppi clinici, reclutare individui che sono stati diagnosticati con il morbo di Alzheimer15 o lieve danno cognitivo16,17. Reclutare solo persone che sono in grado di dare il consenso informato, secondo il giudizio del medico. Per confronti accurati, abbinare la fascia di età e la media dei gruppi clinici con quella dei partecipanti adulti anziani sani.
  4. Misurare la gravità della demenza, ad esempio, utilizzando la scala Clinical Dementia Rating Scale18 (CDR, 0 , nessuna demenza, 0,5 , molto lieve, 1 , lieve, 2 - moderato, 3 - grave). Escludere i pazienti con grave demenza perché il compito può essere troppo difficile per loro. Non includere i partecipanti che sembrano incapaci di seguire le istruzioni, nonostante il loro livello di gravità.

2. Costruzione di stimoli

  1. Selezionare gli stimoli delle parole per rispondere a domande di ricerca specifiche, ad esempio se le variabili semantiche o ortografiche/fonologiche hanno un'influenza più forte sul riconoscimento delle parole19 in popolazioni diverse.
  2. Calcolare da un corpus20 o recuperare da un database21 variabili che riflettono le caratteristiche semantiche, fonologiche e ortografiche degli stimoli in modo che possano essere utilizzati sia come predittori teoricamente motivati che spiegano la parola tempi di reazione di riconoscimento o come variabili di controllo. Inoltre, utilizzare il sesso, l'età e gli anni di istruzione dei partecipanti come variabili esplicative o di controllo.
  3. Oltre alle parole reali, costruisci una serie di pseudo-parole corrispondenti. Le pseudo-parole assomigliano a parole reali in quanto sono conformi alle norme linguistiche per il posizionamento di determinate lettere in determinate posizioni di parola (fonotiastica). Al fine di controllare la fonotattica, creare pseudo-parole, per esempio, ricombinando casualmente le prime sillabe da alcune parole con le seconde sillabe da altre parole. Rimuovere tutti gli elementi che è successo a produrre una parola reale attraverso questa ricombinazione e tutti gli elementi che violano la fonotattica della lingua.
  4. Abbina le pseudo-parole con le parole di destinazione in termini di lunghezza della parola in lettere e frequenza bigram, che è il numero medio di volte in cui tutte le combinazioni di due lettere successive si verificano in un corpus di testo. Queste variabili hanno dimostrato di influenzare la velocità di riconoscimento.
    NOTA: la manipolazione del rapporto pseudo-parola (ad esempio, il numero di parole reali rispetto al numero di pseudo-parole) può portare a risultati diversi, con risposte agli stimoli meno probabili che sono più lenti e meno accurate22.
  5. Aggiungere un set di riempitivi di parole reali per ridurre l'aspettativa del partecipante dello stimolo successivo appartenente a un certo tipo (ad esempio, una determinata classe inflessionale). Sceglili, per esempio, da diverse categorie di parole (ad esempio, classi inflessionali) rispetto a quelle utilizzate per costruire stimoli in base alle caratteristiche di interesse.

3. Progettazione sperimentale

  1. Presentare le stringhe di lettere orizzontalmente, una alla volta, sottraendo un angolo visivo di circa 5 gradi.
  2. Inizia l'esperimento con una sessione di pratica che includa un piccolo numero di prove, con una parola presentata per ogni prova (ad esempio, 15 parole e 15 pseudo-parole non incluse nell'esperimento vero e proprio). Questo per familiarizzare il partecipante con l'attività e i pulsanti di risposta. Se il partecipante non risponde con precisione (pulsante ''sì' per parole reali e pulsante 'no' per le pseudo-parole) durante le prove di pratica, fornire feedback e rifare la sessione di pratica.
  3. Dividere l'esperimento in blocchi e dare brevi pause dopo la sessione di pratica e tra i blocchi. Queste pause permettono ai partecipanti di riposare gli occhi e ridurranno l'affaticamento.
  4. Iniziare ogni nuovo blocco con alcuni elementi di riempimento che non saranno inclusi nell'analisi (ad esempio, sostantivi comuni come cane, sorella, anno) perché le prime prove del blocco vengono talvolta ignorate dai partecipanti con MCI o AD.
  5. Presentare gli elementi sperimentali in ordine casuale per ogni partecipante.
  6. Iniziare ogni prova con un segno di fissaggio (ad esempio, un segno di cancello) che appare al centro dello schermo per 500 ms, seguito da una schermata vuota per un valore fisso (ad esempio, 500 ms) o una quantità di tempo variabile (ad esempio, 500-800 ms).
  7. Immediatamente dopo la schermata vuota, presentare una stringa di lettera (parola o pseudo-parola) per 1.500 ms o fino a quando il partecipante risponde.
  8. Dopo aver effettuato una risposta o dopo 1.500 ms dall'inizio della parola (a seconda di quale viene prima), seguire nuovamente con una schermata vuota fino a quando 3000 ms è passato dall'inizio del processo.
  9. Ripetere questa sequenza fino a quando non sono stati presentati tutti gli elementi dell'esperimento.
    NOTA: I tempi per il ritardo tra gli stimoli servono come esempio. La loro modifica può influire sul modello dei risultati.

4. Procedura sperimentale

  1. Posizionare il partecipante davanti a un monitor del computer ad una distanza di visualizzazione di circa 80 cm in una stanza normalmente illuminata.
  2. Istruire il partecipante a decidere nel modo più rapido e preciso possibile se la stringa della lettera sullo schermo sia una parola reale o meno premendo uno dei due pulsanti corrispondenti con la mano dominante (ad esempio, l'indice per le parole reali e il dito medio per pseudo-parole) o utilizzando l'indice di ogni mano.
    NOTA: I partecipanti cercano di ottimizzare le loro prestazioni in linea con le istruzioni. Così, le loro risposte saranno influenzate da stress velocità sulla precisione o viceversa23.

5. Analisi dei dati con un modello a effetti misti in R

NOTA: Molti programmi statistici diversi possono essere utilizzati per eseguire l'analisi. In questa sezione vengono descritti i passaggi per l'analisi dei dati in R24.

  1. Ottenere il tempo di reazione (RT) misurato in millisecondi per ogni prova dal file di output del programma di presentazione (ad esempio, software E-Studio).
  2. Installare i pacchetti lme428 e lmerTest29. Allegare i pacchetti con la libreria di funzioni o richiedere.
  3. Importare i dati in R utilizzando, ad esempio, la funzione read.table.
  4. Verificare la necessità di trasformazione, ad esempio con la funzione boxcox dal pacchetto MASS 25, poiché la distribuzione dei dati RT è in genere altamente distorta.
    > libreria (MASS)
    > boxcox(RT : Expnanatory_variable, dati e dati)
    NOTA: il grafico prodotto dalla funzione boxcox mostra un intervallo di confidenza del 95% per il parametro di trasformazione boxcox. A seconda dei valori dell'espressione lambda che si trovano all'interno di questo intervallo, è possibile scegliere la trasformazione necessaria, ad esempio, la , ovvero 1 (trasformazione inversa), 0 (trasformazione logaritmica), 1/2 (trasformazione della radice quadrata) e 1/3 (trasformazione della radice del cubo).
    1. Trasformare i valori RT utilizzando RT trasformati invertiti (ad esempio, -1000/RT) o logaritmi binari di RT (ad esempio, log2(RT)) poiché queste trasformazioni tendono a fornire distribuzioni più normali per i tempi di reazione negli esperimenti decisionali lessicali rispetto agli RT non elaborati 26.
    2. In alternativa, utilizzare metodi statistici che non si basano su distribuzioni normali e si adattano a robusti modelli a effetti misti lineari e forniscono stime su quali anomali o altre fonti di contaminazione hanno poca influenza27.
  5. Poiché le analisi del tempo di reazione sono tipicamente condotte su risposte accurate, escludere le prove in cui la risposta dei partecipanti non era corretta (risposta di "no" alle parole reali) e le omissioni.
    1. Inoltre, escludere le risposte a pseudo-parole e riempitivi a meno che non ci siano ipotesi specifiche su di loro.
    2. Escludere le prove con tempi di risposta superiori a 300 ms perché indicano in genere che il partecipante era troppo tardi rispondendo a uno stimolo precedente o che lui o lei accidentalmente premuto il pulsante di risposta prima di leggere lo stimolo.
  6. Creare un modello di effetti misti lineare di base che identifichi RT come misura del risultato e Oggetto, Elementoe Prova come effetti casuali. Si noti che le variabili i cui valori vengono campionati in modo casuale da un insieme più grande (popolazione) di valori sono inclusi come effetti casuali e variabili con un numero ridotto di livelli o per i quali tutti i livelli sono inclusi nei dati sono effetti fissi. Aggiungere gli effetti casuali nella forma (1 Oggetto) al fine di stimare le intercettazioni casuali per ciascuno degli effetti casuali.
    > g1 - lmer (RT Oggetto) (1) Elemento) (1) Prova), dati - dati)
    > riepilogo (g1)
  7. Aggiungere variabili esplicative in un ordine teoricamente motivato. Ad esempio, aggiungere la frequenza di base delle parole come effetto fisso. Alcune variabili, ad esempio la frequenza di base o di superficie, hanno distribuzioni zippitiane, quindi inserirle nel modello con una trasformazione che si traduce in una forma di distribuzione più gaussiana, ad esempio la trasformazione logaritmica.
    > g2 , lmer (RT , log(BaseFrequency 1) Oggetto) (1) Elemento) (1) Prova), dati - dati)
    > sintesi (g2)
  8. Verificare con la funzione Anova se si aggiunge ciascun predittore (ad esempio, BaseFrequency) è stata migliorata in modo significativo la potenza predittiva del modello rispetto a un modello senza il predittore.
    > anova (g1, g2)
    1. Se non vi è alcuna differenza significativa nella vestibilità del nuovo modello rispetto al modello più semplice, preferire il modello più semplice con meno predittori. Inoltre, controllare il Akaike Information Criterion (AIC)30 di ogni modello. AIC è una misura di quanto bene i modelli statistici si adattano a un insieme di dati in base alla massima probabilità. Valori più bassi indicano una migliore adattamento per i dati31.
      > AIC (g1); AIC (g2)
  9. Ripetere i passaggi 5.7. e 5,8. aggiungendo altre variabili esplicative, ad esempio alcune di quelle presentate nella Tabella1, una ad una in un ordine teoricamente motivato e mantenendo solo quelle che migliorano significativamente il potere predittivo del modello. Se è stata usata l'asincronia di esordio dello stimolo variabile, includerla come variabile a effetto fisso nel modello.
  10. Verificare la presenza di interazioni teoricamente motivate tra predittori. Ad esempio, aggiungere un termine di interazione al registro di Frequenza di base per età.
    > g3 , lmer (RT , log(BaseFrequency 1) , Età , log (BaseFrequency 1) : Età ( ) Oggetto) (1) Elemento) (1) Prova), dati - dati)
    NOTA: È possibile che un predittore sia significativo come termine di interazione con un'altra variabile, ma non significativo come predittore principale. In questo caso, non rimuovere questo predittore dal modello (includerlo anche come effetto principale).
  11. Aggiungere pendenze casuali per partecipante32 per i predittori includendo "1 " prima del nome della variabile, quindi Oggetto", ad esempio, (1 log(BaseFrequency ) Oggetto), perché i tempi di risposta dei partecipanti potrebbero essere influenzati dalle caratteristiche lessicali delle parole in modi diversi.
    NOTA: Se ci sono molti predittori continui, permettere a tutti di avere pendenze casuali è irrealistico perché i modelli di pendenza casuali richiedono grandi quantità di dati per stimare con precisione le varianze e le covarianze33,34. Nel caso in cui il modello massimo non converge (in altre parole, calcolare con successo), semplificare il modello33. In alternativa, implementare le versioni bayesiane della modellazione multilivello35.
  12. Eseguire l'analisi per ogni gruppo di partecipanti separatamente. In alternativa, eseguire un'analisi su tutti i dati, con group come predittore a effetto fisso, quindi verificare l'interazione del gruppo da parte di predittori significativi.
    > g4 , lmer (RT , log(BaseFrequency 1) , Età , log (BaseFrequency 1) : Età , Gruppo , Log (BaseFrequency ) : Gruppo (1 ) Oggetto) (1) Elemento) (1) Prova), dati - dati)
  13. Per rimuovere l'influenza dei possibili outlier, escludere i punti dati con residui standardizzati assoluti superiori, ad esempio 2,5 deviazioni standard26, e riadattare il modello con i nuovi dati (yourdata2).
    > datiutente2 - dati utente [abs(scale(resid(g4))) < 2.5, ]
    > g5 , lmer (RT , log(BaseFrequency 1) , Età , log (BaseFrequency 1) : Età , Gruppo , Log (BaseFrequency ) : Gruppo (1 log (BaseFrequency) Oggetto) (1) Elemento) (1) Prova), dati - yourdata2)
    NOTA: non tutti i punti dati estremi sono dannosi per il modello, ma solo per quelli che hanno un'eccessiva leva sul modello.
  14. Nel caso dell'analisi esplorativa (guidata dai dati), utilizzare la regressione passo passo passo in avanti: includere tutte le variabili nell'analisi iniziale e quindi rimuovere le variabili non significative dal modello in modo passo-passo. In alternativa, utilizzare la procedura automatica di eliminazione dei predittori non significativi con la funzione step fornita dal pacchetto lmerTest29.
    > passo (g4)

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Risultati

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La tabella 1 mostra un elenco di variabili ottenute da tre diverse origini (un corpus, un dizionario e test pilota degli elementi di test) che sono incluse nell'analisi come predittori a effetto fisso. Molte di queste variabili sono state precedentemente segnalate per influenzare la velocità di riconoscimento delle parole.

corpus:
Frequenza di ...

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Discussione

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Utilizzando un semplice compito linguistico che non richiede la produzione linguistica, il presente studio ha studiato l'impatto di varie variabili lessicali sul riconoscimento delle parole negli adulti più giovani e anziani neurologicamente sani, nonché nelle persone con malattia di Alzheimer o Mild Cognitive Impairment. La fascia di età utilizzata per reclutare "adulti più anziani" potrebbe dipendere dagli interessi di ricerca specifici; tuttavia, la gamma per il gruppo di anziani sani dovrebbe corrispondere il più pos...

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Dichiarazioni

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Gli autori non hanno nulla da rivelare.

Ringraziamenti

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Ringraziamo Minna Lehtonen, Tuomo H'nninen, Merja Hallikainen e Hilkka Soininen per il loro contributo alla raccolta e all'elaborazione dei dati riportati qui. La raccolta dei dati è stata supportata da VPH Dementia Research, abilitata dall'ACCORDO di sovvenzione n. 601055 dell'UE.

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Materiali

Elenco dei materiali utilizzati in questo articolo
NomeAziendaNumero di catalogoCommenti
Strumenti software di psicologia E-Primeversione 2.0.10.356.
PC con Windows e tastiera
RR Foundation for Statistical Computing RCore Team (2018). R: Un linguaggio e un ambiente per il calcolo statistico. R Foundation for Statistical Computing, Vienna, Austria. URL https://www.R-project.org/.

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