Overview
Fuente: Laboratorios de Sarah I. Gimbel y Jonas T. Kaplan, University of Southern California
Entender el lenguaje es una de las tareas cognitivas más complejas que los seres humanos son capaces de. Dada la increíble cantidad de opciones posibles al combinar palabras individuales a forma de significado en las oraciones, es crucial que el cerebro es capaz de identificar palabras forman combinaciones coherentes y cuando una anomalía aparece que socava el significado. Amplia investigación ha demostrado que ciertos acontecimientos eléctricos grabado del cuero cabelludo son sensibles a las desviaciones en este tipo de expectativa. Importante, estas firmas eléctricas de incongruencia están significados inesperados y por lo tanto son diferentes de las respuestas generales del cerebro a otros tipos de anomalías.
Los correlatos neurofisiológicos de incongruencia semántica se han examinado experimentalmente mediante el uso de paradigmas que presentan extremos semánticamente incongruentes y congruentes a las oraciones. Introducido originalmente en 1980, la tarea de incongruencia semántica presenta al participante una serie de oraciones ese fin con la palabra congruente o incongruente. Para probar que la respuesta es de incongruencia semántica y no más generalmente debido a la sorpresa, algunas frases incluyen palabras presentadas en un tamaño diferente. 1 semánticamente incongruente final a una oración se ha demostrado para generar eventos eléctricos específicos que son registrables en el cuero cabelludo conocido como potenciales evento-relacionados (ERPs). Un ERP es la respuesta del cerebro medido resultante de un evento específico sensorial, cognitivo o motor. ERPs se miden mediante electroencefalografía (EEG), un medio no invasivo de evaluar la función cerebral en pacientes con la enfermedad y los individuos normalmente de funcionamiento. Un componente específico de la ERP en el cuero cabelludo, conocido como la N400, muestra mayor amplitud en respuesta a eventos semánticamente incongruentes. La N400 es una desviación negativa va en la señal de EEG que se produce de entre 250 y 400 ms después del inicio del estímulo. En general, potenciales tempranos reflejan procesamiento sensorial motor, mientras que más adelante potenciales como la N400 reflejan procesamiento cognitivo.
En este vídeo mostramos cómo administrar una tarea de incongruencia semántica mediante EEG. El video cubre la instalación y administración de EEG, y análisis de ERPs relacionados con estímulos tanto control como destino en la incongruencia semántica. En esta tarea, los participantes se establecen con los electrodos de EEG, a continuación, se registra la actividad cerebral mientras ven el control frases y oraciones semánticamente incongruentes. El procedimiento de EEG es similar a la de Habibi et al.,1 y la tarea se modela después de Kutas y Hillyard. 2 cuando el ERP se calcula el promedio a través de las oraciones congruente e incongruentes, pueden compararse con los correlatos neuronales de cada evento en un intervalo de tiempo seleccionado.
Procedure
1. participante reclutamiento
- Reclutar a 20 participantes para el experimento.
- Asegúrese de que los participantes han sido completamente informados de los procedimientos de investigación y han firmado todos los formularios de consentimiento apropiado.
2. recolección de datos
Figura 1: colocación del electrodo. Colocación de los electrodos de cara a detectar EOG artefactos y registro movimiento mastoide (A). Diagrama de medición de directamente entre las cejas a apenas debajo de la protuberancia en la parte posterior de la cabeza. 10% de esta medida se mide por encima de la marca de medio ojo, y esto es donde el electrodo FPZ del casquillo se coloca (B).
- Preparación de EEG (Nota: estos pasos son para el uso con el sistema de Neuroscan 4.3 con amplificador Synamps 2 y un tapón rápido de 64 canales.)
- Los participantes en un estudio de EEG no deben tener los productos de pelo (p. ej., gel, mouse o acondicionador leave-in) en el pelo antes de su participación.
- Llenan jeringas de 10 ml de 2-4, electrodo-gel conductor (es decir, rápido-gel). Se recomienda revolver el gel antes de usar para liberar las burbujas de aire.
- Cepillo de pelo y el cuero cabelludo bien (unos 5 minutos).
- Cabeza limpia con una gasa alcohol y algodón. También limpia la piel para la colocación de electrodos: dos mastoids (detrás de cada oído), por debajo y por encima de la izquierda ojo VEO (vertical electro-ocular) y las partes lejanas de cada ojo HEO (electro-ocular horizontal; Figura 1, izquierda).
- Usando discos adhesivo a doble cara, coloque los electrodos.
- Medir la cabeza de la frente (entre las cejas, ojos medio) al inion (debajo de la protuberancia de la cabeza en la parte posterior). Esta distancia determinará el tamaño de la tapa (pequeño, mediano o grande). Para colocar la tapa, marca el 10% de la distancia medida en la frente y asegúrese de que está colocado el electrodo frontal medio (FPz) Esto marcó.
- Pegue los electrodos de cara a sus respectivas cuerdas sobre la tapa.
- Empezar a llenar los electrodos con gel, con la punta de la aguja embotada para raspar el pelo a un lado por debajo del electrodo, por lo que el electrodo está en contacto directo con el cuero cabelludo. Ser conscientes de no dañar la piel.
- Levantando un poco el electrodo facilita el introducir el gel. En la mayoría de los casos, habrá pelo debajo del electrodo. Mejor impedancia permite moverlo fuera del camino.
- Llevar al participante a la sala insonorizada y enchufe en la tapa y electrodos individuales.
- Verifique la impedancia de la conexión del electrodo-cuero cabelludo para mantenerlo debajo de 10 KΩ. Si la impedancia es alta Asegúrese de que el electrodo tiene gel conductor y está en contacto con el cuero cabelludo.
- La impedancia es la tendencia a impedir el flujo de corriente alterna. Alta impedancia puede aumentar el ruido en los datos y debe reducirse antes de que comience el estudio.
- En la mayoría de los casos, el pelo es en la forma del electrodo. Mover fuera del camino debe recibir mejor impedancia.
- Una vez que la impedancia es aceptable para todos los electrodos y rastros de EEG son de ruido, puede comenzar la recolección de datos.
- Recopilación de datos de EEG
- Preparar al participante para realizar la tarea.
- Lugar el participante en una silla de 75 cm de la pantalla del ordenador, en una sala de sonido y luz atenuada (acústico y eléctrico blindado).
- Dile al participante que él o ella estarán leyendo frases de siete palabras, presentadas una palabra en un momento en la pantalla frente a ellos. Deben leer cada frase para responder a preguntas sobre el contenido de las oraciones al final del experimento.
- Cada una de las siete palabras de la oración se muestra individualmente para 100 ms, con un intervalo interstimulus de 1000 ms entre cada palabra.
- Palabras se presentan uno a uno en el centro de la pantalla para minimizar los movimientos del ojo durante el experimento.
- El participante ve primero 10 oraciones de práctica.
- Ver los 240 estímulos en un orden aleatorio, en dos presentaciones de 120 oraciones. Un tercio de las oraciones son oraciones normales, donde la última palabra es semánticamente congruente con el resto de la oración. Un tercio de las sentencias son sentencias incongruentes, donde la última palabra es semánticamente incongruente con el resto de la oración. Un tercio de las oraciones son oraciones normales donde se presenta la última palabra en una letra más grande que el resto de la oración.
- Cada una de las siete palabras de la oración se muestra individualmente para 100 ms, con un intervalo interstimulus de 1000 ms entre cada palabra.
- Preparar al participante para realizar la tarea.
- Inicie el sistema y tener un registro continuo de EEG durante la presentación de la tarea funcional.
- EEG es amplificado por amplificadores con una ganancia de 1024 y un pase de banda de 0.01 a 100 Hz.
- Ensayos contaminación por ojo parpadea y rechazo de artefacto (aproximadamente 15% de ensayos) se eliminarán fuera de línea.
3. Análisis de los datos
- Fuera de línea, referencia datos promedio mastoids.
- Las épocas son base corregido usando la época 200 ms antes de la aparición del estímulo.
- Para corregir para los artefactos de movimiento, excluir épocas con una señal de cambio 150 μV superior a en cualquier electrodo de EEG en la media.
- Filtro digital de los datos fuera de línea (bandpass 0.05-20 Hz).
- Utilizar el ERP las medias que aparecen desde los sitios de grabación Pz para el curso del tiempo de cada oración (figura 2).
- El pico (amplitud y latencia) de parietal N400 se obtiene automáticamente de todos los electrodos.
Figura 2: resultados de la tarea de incongruencia semántica. El participante se presenta con una frase, una palabra a la vez. Cada palabra aparece para 100 ms, seguida de 1 s de una pantalla en blanco. Los participantes ver las sentencias incongruentes frases congruente (rojo), (azul) y las oraciones donde la última palabra se presenta en un tamaño más grande (verde). Sólo las sentencias incongruentes producen la N400 respuesta cuando se presenta la última palabra. Cuando la última palabra es congruente pero más grande en tamaño, hay una respuesta P560 más adelante.
- Análisis estadístico
- Parcela ERP promedios desde los electrodos parietales de Pz para condiciones tamaño congruente incongruente y desviadas.
- Para pico de amplitud y latencias, utilice pruebas de F para cada intervalo de latencia para determinar si hay una diferencia entre objetivo y control de estímulos.
Entender el lenguaje implica procesos cognitivos complejos, y — dado el increíble número de opciones de word y arreglos que pueden formar una sola frase, el cerebro debe ser capaz de distinguir entre combinaciones coherentes e incoherentes.
Comprensión de una persona de una oración, ya sea hablado, como cuando una madre le dice a su hijo que ella va a la tienda, o escrito en un libro, depende, en parte, de lo que el cerebro anticipa la siguiente palabra en la secuencia que.
Por ejemplo, si alguien empieza a leer "era una oscura y tempestuosa..." en el principio de un libro, se espera que "la noche" será el siguiente término.
Sin embargo, se encuentran en ocasiones inesperadas palabras, como ".. .y el científico loco estaba pintando su laboratorio el mapache de color...", que alteran el significado de la frase.
En este caso, el término anómalo es mapache, que se refiere a un tipo de animal, en lugar de un color que, como el negro.
Tales incongruencias semánticas — las frases sin sentido — provocan únicas señales eléctricas en el cerebro — las respuestas conocidas como potenciales acontecimiento-relacionados, ERP para el cortocircuito, que puede proporcionar la penetración en cómo el cerebro recupera la definición de, o trata de nuevo, la palabra problemática en un intento de comprender la frase.
Este video explica cómo la técnica de electroencefalografía, o EEG, puede utilizarse para medir ERPs durante las tareas de incongruencia semántica, en la que los participantes se muestran frases termina con palabras inesperadas.
Demostramos cómo diseñar estímulos y recopilar y analizar datos, enfocándose específicamente en un componente único de ERPs, llamado N400 para reflejar sus características.
En este experimento, EEG se utiliza para medir la actividad cerebral de participantes que se muestra estímulos semánticamente coherente e incoherentes, con el fin de investigar la comprensión y procesamiento del lenguaje.
Estos estímulos consisten en tres tipos de oraciones: congruente incongruente y tamaño irregular. Aunque cada uno se compone de siete palabras, difieren en la naturaleza de su último mandato.
Las últimas palabras en oraciones congruente, como "Ella rasguñó su perro detrás de su oreja." no hay problemas con el significado y aparecen en el mismo tipo de letra, tamaño y — como los anteriores.
Lo importante, estas oraciones sirven como controles para evaluar cómo el cerebro responde a combinaciones de palabras coherentes.
Por el contrario, frases incongruentes, como "Ella sumergió su dedo de pollo en botas," poseen pasados los términos que semánticamente anómalos.
Botas, conflictos con el significado del resto de las palabras, se espera que los dedos de pollo ser sumergidos en condimentos como mostaza, no en prendas de vestir. Por lo tanto, estos estímulos evaluación cómo se procesa el lenguaje incoherente y sorprendente.
El último tipo de oraciones se llaman tamaño irregular y contienen las últimas palabras que sorprenden en apariencia — en una letra más grande, pero no la congruencia.
Por ejemplo, si en la frase "él puso su mano en su manopla.," el mitten del término está escrito en letras más grandes, todavía tiene sentido semántico.
Estos estímulos son fundamentales, como son significados para distinguir si la respuesta del cerebro a la última palabra en una frase es el resultado de la sorpresa general, el choque de un tamaño de texto incompatibles — o es específico a los significados inesperados.
Después de que los participantes se preparan para EEG, dijeron para leer las frases que aparecen en la pantalla de un ordenador, como se hacer preguntas sobre ellos más adelante.
En realidad, ninguna prueba es dada al final del experimento; sin embargo, estas instrucciones aseguran de que los sujetos prestarán atención a los estímulos próximos.
Durante la tarea, los participantes se muestran secuencialmente, en el orden correcto, las siete palabras que componen una frase.
Cada término aparece individualmente en el centro del monitor, para reducir los movimientos de ojo que pudieran interferir con la recolección de datos — para 100 ms y es seguido por 1000 m de la pantalla en blanco.
Información de EEG se registra continuamente sobre 120 tales ensayos, cada uno de ellos consta de una única oración. Específicamente, los estímulos se muestran con la misma frecuencia, 40 veces, pero en un orden aleatorio. Entonces, la tarea se repite una segunda vez, por lo que los participantes deben leer en conjunto un total de 240 frases.
Luego, se procesan datos de EEG para visualizar ERPs promedio para cada tipo de oración, de cada electrodo, y los científicos buscan el componente N400 en estas formas de onda.
La "N" en este término indica que el pico es negativo, y el "400" representa su latencia, que se produce aproximadamente 400 ms después del estímulo de la última palabra se muestra al participante.
Basado en experiencia previa, se espera que la amplitud de la N400 aumentará en respuesta a eventos semánticamente incompatibles y se grabará desde todos los electrodos del cuero cabelludo.
Sin embargo, esta respuesta será más prominente en el electrodo de Pz, colocado en la línea media del cuero cabelludo por encima de los lóbulos parietales, regiones que son conocidas por estar involucrados en el procesamiento y la integración de la lengua escrita.
Antes de comenzar el experimento, reclutar a un participante que es hablante nativo de inglés y explicarles los dos componentes principales del procedimiento: que se usar electrodos y mostrados las oraciones en una pantalla de ordenador. Luego, recoger de todas ellas de lo necesario, firmaron formularios de consentimiento.
A continuación, equipar al participante con los electrodos del cuero cabelludo y cara. Para más detalles sobre este procedimiento, revise los métodos que se describe en esta colección. Una vez en el espacio de prueba, verificar valores de impedancia a través de todos los electrodos.
Al confirmar que los rastros de EEG son de ruido, instruir a los participantes a sentarse para que sus ojos son de aproximadamente 75 cm de la pantalla.
Hincapié en que deben leer y prestar especial atención a las frases que aparecen palabra por palabra en esta pantalla, como se hacer preguntas sobre su contenido más adelante.
Para asegurar que el participante entiende la tarea, mostrarles diez oraciones de práctica, pero no recoge datos durante este tiempo. Luego, inicie el sistema EEG para iniciar la grabación continua.
Continuar con la tarea funcional que presenta 120 ensayos — que consiste en 40 40 congruente, incongruente y 40 oraciones de irregular tamaño — en un orden aleatorio. A continuación, repita este proceso con un conjunto adicional de 120 estímulos para garantizar que se recogen datos suficientes.
Una vez que se han registrado datos de todos los 240 estímulos, procesarlo como se describe en el video de ERPs y la tarea de Oddball de Zeus.
Para analizar los datos, en primer lugar trazar las formas de onda media para la timecourses de congruente, incongruentes y de tamaño irregular estímulos recogieron desde el sitio de grabación Pz. En el eje x de este gráfico, que representa el tiempo en ms — indican cuando aparece cada palabra en una oración.
Luego, ubicar los picos de la N400 y para cada uno, calcular su amplitud promedio, definido como la distancia entre el punto más bajo del pico y el valor de referencia de 0 mV, también representado por el eje horizontal.
Luego, calcular la latencia de este componente, en ms que tarda para que aparezca en la forma de onda después de la última palabra en una frase se muestra.
Para las gamas de estas amplitudes y latencias, proceder a utilizar F-pruebas para determinar si hay una diferencia entre objetivo y control de estímulos.
Observe que la respuesta de N400 se observó sólo después de que los participantes se mostraron la última palabra de una frase incongruente, indicando que este evento eléctrico refleja procesamiento neuronal — especialmente con los lóbulos parietales, que identificar una interrupción en el proceso pena causada por una expresión incoherente.
Lo importante es que, aunque no se observó N400 en ondas recogidas mediante estímulos de tamaño irregular, otro componente único — P560, un pico positivo con una latencia de 560 ms — fue.
Esto indica que el cerebro responde diferentemente a estímulos visuales inesperados y términos semánticamente incompatibles y sugiere que la N400 es una firma eléctrica única de incongruencia de la lengua.
Ahora que sabes cómo inconsistencia semántica puede utilizarse para obtener el componente N400 en ERPs, echemos un vistazo a otras formas que los investigadores están examinando esta señal eléctrica única para el estudio de procesamiento del lenguaje y la comprensión.
Algunos investigadores intentan determinar cuándo se desarrolla la capacidad para identificar lenguaje incoherente, y si esta habilidad cambia con la edad.
Este trabajo ha implicado mostrando niños — equipados con tapas de EEG, representaciones de objetos reconocibles, como una cámara.
Sin embargo, el truco es que cuando el niño se ve en esta representación, dicen es algo diferente, por ejemplo, un gato. Por lo tanto, se trata de una versión modificada de la tarea de incongruencia semántica, como la palabra hablada no coincide con el significado de los elementos visibles.
Las mediciones de las respuestas eléctricas del cerebro a estas tareas demostraron que los niños muestran una mejor respuesta de N400-esque a los pares de la palabra elemento incongruente — uno que dura varios cientos ms, comparado con sistemas congruente.
Lo importante, esto sugiere que incluso en una edad temprana, los seres humanos son capaces de identificar y procesar incongruencia semántica.
Otros investigadores están evaluando si ERPs se pueden utilizar para comprender mejor los déficits de lenguaje asociados con ciertos trastornos de personalidad, como la esquizofrenia.
Paradójicamente, trabajo previo ha demostrado que individuos con características similares a la esquizofrenia, como la ansiedad o la incapacidad para sentir placer, se pronuncia demuestran una mayor respuesta de N400 a pares palabra congruente, como animal y cabra, en comparación con personas con síntomas más leves.
Sin embargo, cuando estos participantes fueron tratados con un antipsicótico llamado olanzapina, la amplitud de este componente N400 congruencia causado disminuida en comparación con individuos dados un placebo, lo que sugiere una posible terapia que podría tratar el discurso inconexo a veces observado en estos trastornos.
Sólo has visto video de Zeus en frases cómo congruente e incongruentes puede utilizarse para investigar el procesamiento del lenguaje. En este punto, debe saber cómo presentar estímulos a los participantes y recoger e interpretar datos ERP. Esperamos que usted también ahora comprende cómo se utiliza el componente N400 para investigar otros aspectos de la comprensión del lenguaje, como cómo puede verse afectado en trastornos del comportamiento.
¡Gracias por ver!
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Results
Durante la tarea de incongruencia semántica donde los participantes han consultado congruente frases, frases incongruentes y oraciones donde se presentó la última palabra en un tamaño más grande, hubo una respuesta de N400 negativo va sólo para las sentencias incongruentes (figura 2, azul). Oraciones con un elemento sorprendente (más última palabra) que no era semánticamente incongruente no mostraron una respuesta de la N400, pero presentaron una mayor respuesta P560 (figura 2, rojo). La respuesta de N400 comenzó aproximadamente 250 ms después de la presentación de la última palabra de la frase y alcanzó unos 400 m después del inicio del estímulo.
Estos resultados muestran que la actividad eléctrica en el cerebro y particularmente en el lóbulo parietal, registra cuando una palabra semánticamente incongruente se presenta como parte de una oración. Este evento eléctrico refleja los procesos neuronales que identifican a la interrupción de la oración continua de procesamiento de una palabra semánticamente inadecuada. La N400 parece proporcionar información útil sobre el tiempo, la clasificación y las interacciones de los procesos cognitivos involucrados en la comprensión y procesamiento del lenguaje natural.
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Applications and Summary
Este estudio demuestra algunas de las ventajas del enfoque ERP, en particular, su alta resolución temporal. En este paradigma, para simular la lectura natural, palabra estímulos se presentan muy brevemente en la sucesión. Debido a la excelente resolución temporal de EEG, que son capaces de discernir las respuestas eléctricas a los estímulos individualmente.
Como marcador de procesamiento semántico, la N400 puede ser una herramienta útil para comprender el desarrollo del lenguaje desde la infancia hasta la edad adulta. Estudio de este componente muestra que incluso en los bebes de 19 meses de edad, hay un efecto de incongruencia semántica cuando oyen palabras que no coinciden con los cuadros que están viendo. 3 demuestra la presencia muy temprana de un mecanismo para emparejar palabras en su contexto adecuado. Sin embargo, mientras que los adolescentes muestran una N400 que discrimina entre lengua congruente e incongruente, el perfil de respuesta de este componente no es todavía tan matizado como la de los adultos; por ejemplo, que no es sensible a diferentes grados de incongruencia. 4 estos estudios demuestran la sensibilidad de este componente ERP como un índice del procesamiento semántico.
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References
- Habibi, A., Wirantana, V. & Starr, A. Cortical Activity during Perception of Musical Rhythm; Comparing Musicians and Non-musicians. Psychomusicology 24, 125-135 (2014).
- Kutas, M., & Hillyard, S. A. (1980). Reading Senseless Sentences: Brain Potentials Reflect Semantic Incongruity. Science, 207(4427), 203-205.
- Friedrich, M., & Friederici, A. D. (2004). N400-like Semantic incongruity effect in 19-month olds: Processing known words in picture contexts. Journal of Cognitive Neuroscience, 16(8), 1465-1477.
- Benau, E. M., Morris, J., & Couperus, J. W. (2011). Semantic processing in children and adults: Incongruity and the N400. J Psycholinguist Res, 40, 225-239.
