Linguaggio: l'N400 nell'incongruenza semantica

La comprensione del linguaggio coinvolge processi cognitivi complessi e, dato l'incredibile numero di scelte e disposizioni di parole che possono formare una singola frase, il cervello deve essere in grado di distinguere tra combinazioni coerenti e incoerenti.

La comprensione di una frase da parte di una persona, sia essa pronunciata – come quando una madre dice a suo figlio che sta andando a fare la spesa – o scritta in un libro, dipende, in parte, da ciò che il cervello anticipa che sarà la parola successiva nella frase.

Ad esempio, se qualcuno inizia a leggere "Era buio e tempestoso..." All'inizio di un libro, ci si aspetta che "notte" sia il termine successivo.

Tuttavia, occasionalmente si incontrano parole inaspettate, come "... E lo scienziato pazzo stava dipingendo nel suo laboratorio il procione colorato..."... che sconvolge il significato della frase.

In questo caso, il termine anomalo è procione, in quanto si riferisce a un tipo di animale, piuttosto che a un colore previsto, come il nero.

Tali incongruenze semantiche – le frasi insensate – suscitano segnali elettrici unici nel cervello – risposte note come potenziali correlati agli eventi, in breve ERP – che possono fornire informazioni su come il cervello recupera la definizione di, o rielabora, la parola problematica nel tentativo di comprendere la frase.

Questo video spiega come la tecnica dell'elettroencefalografia, o EEG, può essere utilizzata per misurare gli ERP durante i compiti di incongruenza semantica, in cui ai partecipanti vengono mostrate frasi che terminano con parole inaspettate.

Dimostriamo come progettare stimoli, raccogliere e analizzare i dati, concentrandoci in particolare su un componente unico degli ERP, chiamato N400 per rifletterne le caratteristiche.

In questo esperimento, l'EEG viene utilizzato per misurare l'attività cerebrale nei partecipanti che mostrano stimoli semanticamente coerenti e incoerenti, al fine di studiare l'elaborazione e la comprensione del linguaggio.

Questi stimoli consistono in tre tipi di frasi: congrue, incongrue e devianti in base alle dimensioni. Sebbene ciascuno sia composto da sette parole, differiscono nella natura dei loro ultimi termini.

Le parole finali in frasi congrue, come "Ha graffiato il suo cane dietro l'orecchio.", non pongono problemi di significato e appaiono nello stesso tipo di carattere e dimensione di quelle che le precedono.

È importante sottolineare che queste frasi servono come controlli per valutare come il cervello risponde a combinazioni di parole coerenti.

Al contrario, frasi incongrue, come "Ha immerso il suo dito di pollo negli stivali.", possiedono termini finali che sono semanticamente anomali.

Qui, gli stivali sono in conflitto con il significato del resto delle parole: ci si aspetta che i bastoncini di pollo siano immersi in un condimento come la senape, non in capi di abbigliamento. Pertanto, questi stimoli valutano il modo in cui viene elaborato un linguaggio sorprendente e incoerente.

L'ultimo tipo di frasi sono chiamate devianti di dimensione e contengono le ultime parole che sono sorprendenti nell'aspetto – sono in un carattere più grande – ma non congruenza.

Ad esempio, se nella frase "Ha messo la mano nel guanto.", il termine guanto è scritto in lettere più grandi, ha ancora un senso semantico.

Questi stimoli sono fondamentali, in quanto hanno lo scopo di distinguere se la risposta del cervello all'ultima parola di una frase è il risultato di una sorpresa generale – lo shock di una dimensione del testo incoerente – o è specifica di significati inaspettati.

Dopo che i partecipanti sono stati preparati per l'EEG, viene detto loro di leggere attentamente le frasi che appaiono sullo schermo di un computer, poiché in seguito verranno poste domande su di esse.

In realtà, alla fine dell'esperimento non viene somministrato alcun quiz; Tuttavia, queste istruzioni assicurano che i soggetti prestino attenzione agli stimoli imminenti.

Durante il compito, ai partecipanti vengono mostrate in sequenza, nell'ordine corretto, le sette parole che compongono una singola frase.

Ogni termine appare individualmente al centro del monitor per ridurre i movimenti oculari che potrebbero interferire con la raccolta dei dati per 100 ms, ed è seguito da 1000 ms di schermo vuoto.

Le informazioni EEG vengono registrate continuamente in oltre 120 processi di questo tipo, ognuno dei quali consiste in una frase unica. In particolare, gli stimoli vengono mostrati alla stessa frequenza – 40 volte – ma in ordine casuale. Quindi, il compito viene ripetuto una seconda volta, quindi i partecipanti devono leggere un totale di 240 frasi in tutto.

Successivamente, i dati EEG vengono elaborati per visualizzare gli ERP medi per ogni tipo di frase da ciascun elettrodo e gli scienziati cercano il componente N400 in queste forme d'onda.

La "N" in questo termine indica che il picco è negativo e il "400" rappresenta la sua latenza, che si verifica circa 400 ms dopo che lo stimolo dell'ultima parola è stato mostrato al partecipante.

Sulla base dell'esperienza precedente, si prevede che l'ampiezza di N400 aumenterà in risposta a eventi semanticamente incoerenti e sarà registrata da tutti gli elettrodi del cuoio capelluto.

Tuttavia, questa risposta sarà probabilmente più prominente all'elettrodo di Pz, posizionato nella linea mediana del cuoio capelluto sopra i lobi parietali, regioni di cui è noto che sono coinvolte nell'elaborazione e nell'integrazione del linguaggio scritto.

Prima di iniziare l'esperimento, recluta un partecipante che sia madrelingua inglese e spiegagli i due componenti principali della procedura: che indosserà elettrodi e che gli verranno mostrate frasi sullo schermo di un computer. Quindi, raccogli da loro tutti i moduli di consenso necessari e firmati.

Quindi, equipaggiare il partecipante con elettrodi per il cuoio capelluto e il viso. Per ulteriori dettagli su questa procedura, consulta i metodi descritti altrove in questa raccolta. Una volta nello spazio di test, verificare i valori di impedenza su tutti gli elettrodi.

Dopo aver confermato che le tracce EEG sono prive di rumore, istruire il partecipante a sedersi in modo che i suoi occhi siano a circa 75 cm di distanza dallo schermo.

Sottolinea che dovrebbero leggere e prestare molta attenzione alle frasi che appaiono parola per parola su questo display, poiché in seguito verranno poste domande sul loro contenuto.

Per assicurarti che il partecipante capisca il compito, mostragli dieci frasi pratiche, ma non raccogliere dati durante questo periodo. Successivamente, avviare il sistema EEG per avviare la registrazione continua.

Procedi con il compito funzionale presentando 120 prove – consistenti in 40 frasi congrue, 40 incongrue e 40 di dimensioni devianti – in ordine casuale. Quindi, ripeti questo processo con un ulteriore set di 120 stimoli per garantire che vengano raccolti dati sufficienti.

Una volta che i dati sono stati registrati per tutti i 240 stimoli, elaborali come descritto negli ERP di JoVE e nel video Oddball Task.

Per analizzare i dati, tracciare prima le forme d'onda medie per i corsi temporali di stimoli congrui, incongrui e di dimensioni devianti raccolti dal sito di registrazione di Pz. Sull'asse x di questo grafico, che rappresenta il tempo in ms, indica quando viene mostrata ogni parola in una frase.

Successivamente, individuare i picchi N400 e, per ciascuno, calcolare la sua ampiezza media, definita come la distanza tra il punto più basso del picco e il valore di base di 0 ? V, rappresentato anche dall'asse orizzontale.

Quindi, calcola la latenza di questo componente, quanto tempo in ms ci vuole perché appaia nella forma d'onda dopo che viene mostrata l'ultima parola di una frase.

Per gli intervalli di queste ampiezze e latenze, procedere con i test F per determinare se esiste una differenza tra gli stimoli target e quelli di controllo.

Si noti che la risposta N400 è stata osservata solo dopo che ai partecipanti è stata mostrata l'ultima parola di una frase incongrua, indicando che questo evento elettrico riflette l'elaborazione neurale, in particolare coinvolgendo i lobi parietali, che identificano un'interruzione nell'elaborazione della frase causata da un termine incoerente.

È importante sottolineare che, sebbene N400 non sia stato osservato nelle forme d'onda raccolte utilizzando stimoli di dimensioni devianti, un altro componente unico? P560, un picco positivo con una latenza di 560 ms?was.

Ciò indica che il cervello risponde in modo diverso a stimoli visivi inaspettati e a termini semanticamente incoerenti e suggerisce che N400 è una firma elettrica unica di incongruenza linguistica.

Ora che sai come l'incoerenza semantica può essere utilizzata per suscitare il componente N400 negli ERP, diamo un'occhiata ad altri modi in cui i ricercatori stanno esaminando questo segnale elettrico unico per studiare l'elaborazione e la comprensione del linguaggio.

Alcuni ricercatori mirano a determinare quando si sviluppa la capacità di identificare un linguaggio incoerente e se questa abilità cambia con l'età.

Tale lavoro ha comportato la visualizzazione di rappresentazioni di oggetti riconoscibili da parte di bambini piccoli dotati di cuffie EEG, come una macchina fotografica.

Tuttavia, il trucco è che quando il bambino guarda questa rappresentazione, gli viene detto che è qualcosa di diverso, ad esempio un gatto. Quindi, questa è una versione modificata del compito di incongruenza semantica, poiché la parola pronunciata non corrisponde al significato dell'elemento visibile.

Le misurazioni delle risposte elettriche del cervello a questi compiti hanno dimostrato che i bambini mostrano una risposta potenziata in stile N400 a coppie incongrue di elementi-parole – che dura per diverse centinaia di ms – rispetto agli insiemi congrui.

È importante sottolineare che questo suggerisce che anche in tenera età, gli esseri umani sono in grado di identificare ed elaborare l'incongruenza semantica.

Altri ricercatori stanno valutando se gli ERP possono essere utilizzati per comprendere meglio i deficit del linguaggio associati a determinati disturbi di personalità, come la schizofrenia.

Paradossalmente, lavori precedenti hanno dimostrato che gli individui con caratteristiche pronunciate simili alla schizofrenia, come l'ansia o l'incapacità di provare piacere, dimostrano una risposta N400 più elevata a coppie di parole congrue, come animale e capra, rispetto alle persone con sintomi più lievi.

Tuttavia, quando questi partecipanti sono stati trattati con un farmaco antipsicotico chiamato olanzapina, l'ampiezza di questo componente N400 causato dalla congruità è diminuita rispetto agli individui a cui è stato somministrato un placebo, suggerendo una possibile terapia che potrebbe trattare il linguaggio disarticolato a volte osservato in tali disturbi.

Hai appena visto il video di JoVE su come frasi congrue e incongrue possono essere utilizzate per indagare l'elaborazione del linguaggio. A questo punto, dovresti sapere come presentare gli stimoli ai partecipanti e raccogliere e interpretare i dati ERP. Ci auguriamo che ora tu capisca anche come il componente N400 viene utilizzato per studiare altri aspetti della comprensione del linguaggio, come ad esempio come può essere influenzato nei disturbi comportamentali.

Grazie per l'attenzione!