Neurolingvistiikka

by Lise Menn

Neurolingvistiikka tutkii sitä, miten kieli representoituu aivoissa: eli miten ja minne aivomme tallentavat tietämyksemme kielestä (tai kielistä), joita puhumme, ymmärrämme, luemme ja kirjoitamme, mitä aivoissamme tapahtuu, kun hankimme tuon tietämyksen, ja mitä tapahtuu, kun käytämme sitä jokapäiväisessä elämässämme. Neurolingvistit pyrkivät vastaamaan tällaisiin kysymyksiin: Miksi viestintäjärjestelmämme on niin kehittynyt ja niin erilainen kuin muilla eläimillä? Käyttääkö kieli samanlaista hermostollista laskentaa kuin muut kognitiiviset järjestelmät, kuten musiikki tai matematiikka? Missä päin aivojasi on oppimasi sana? Miten sana ”tulee mieleesi”, kun tarvitset sitä (ja miksi se ei joskus tule mieleesi?)

Jos osaat kahta kieltä, miten vaihdat niiden välillä ja miten estät niitä häiritsemästä toisiaan? Jos opit kaksi kieltä syntymästäsi lähtien, miten aivosi eroavat vain yhtä kieltä puhuvan ihmisen aivoista ja miksi? Onko aivojen vasen puoli todella ”kielipuoli”? Jos menetät kyvyn puhua tai lukea aivohalvauksen tai muun aivovamman vuoksi, kuinka hyvin voit oppia puhumaan uudelleen? Minkälaisesta terapiasta tiedetään olevan apua, ja mitkä uudet kieliterapiamuodot näyttävät lupaavilta? Onko ihmisillä, jotka lukevat vasemmalta oikealle kirjoitettuja kieliä (kuten englantia tai espanjaa), kieli eri paikassa kuin ihmisillä, jotka lukevat oikealta vasemmalle kirjoitettuja kieliä (kuten hepreaa ja arabiaa)? Entä jos lukee kieltä, joka on kirjoitettu aakkosten sijasta jonkin muunlaisilla symboleilla, kuten kiinaa tai japania? Jos olet lukihäiriöinen, millä tavoin aivosi eroavat sellaisen henkilön aivoista, jolla ei ole lukivaikeuksia? Entä jos änkyttää?

Kuten huomaatte, neurolingvistiikka kietoutuu läheisesti psykolingvistiikkaan, joka tutkii kielenkäsittelyn vaiheita, joita tarvitaan sanojen ja lauseiden puhumiseen ja ymmärtämiseen, ensimmäisten ja myöhempien kielten oppimiseen, sekä kielenkäsittelyä puheen, kielen ja lukemisen häiriöissä. Tietoa näistä häiriöistä saa American Speech-Language Hearing Associationin (ASHA) osoitteesta http://www.asha.org/public/.

Miten aivomme toimivat
Missä kieli on aivoissa?
Afasia
Dysleksia ja änkytys
Miten neurolingvistiset käsitykset ovat muuttuneet
Miten neurolingvistinen tutkimus on muuttunut
by: Lise Menn
Kiitokset
Suggested Reading (*) and References

Miten aivomme toimivat

Aivomme tallentavat tietoa aivosolujen (neuronien ja gliasolujen) verkostoihin. Nämä hermoverkostot ovat viime kädessä yhteydessä niihin aivojen osiin, jotka ohjaavat liikkeitämme (myös puheen tuottamiseen tarvittavia) sekä sisäisiä ja ulkoisia aistimuksiamme (ääniä, näköaistimuksia, kosketusta ja omista liikkeistämme peräisin olevia aistimuksia). Näiden verkostojen sisäiset yhteydet voivat olla vahvoja tai heikkoja, ja solun lähettämä tieto voi lisätä joidenkin naapurisolujen toimintaa ja estää toisten toimintaa. Aina kun yhteyttä käytetään, se vahvistuu. Aivosolujen tiheästi kytkeytyneet naapurustot suorittavat laskutoimituksia, jotka integroidaan muista naapurustoista tulevaan informaatioon, ja niihin liittyy usein takaisinkytkentöjä. Monia laskutoimituksia suoritetaan samanaikaisesti (aivot ovat massiivisen rinnakkainen informaatioprosessori).

Tiedon tai taidon oppiminen tapahtuu luomalla uusia yhteyksiä ja/tai muuttamalla olemassa olevien yhteyksien voimakkuutta. Nämä toisiinsa yhteydessä olevien aivosolujen paikalliset ja pitkien etäisyyksien verkostot osoittavat plastisuutta http://merzenich.positscience.com/?page_id=143 – eli ne voivat muuttua koko elämämme ajan, jolloin voimme oppia ja toipua (jossain määrin) aivovammoista. Ihmisille, joilla on afasia http://www.asha.org/public/speech/disorders/Aphasia.htm (aivovaurion aiheuttama kielen menetys), riippuen siitä, kuinka vakava vaurio on, intensiivinen terapia ja harjoittelu, kenties yhdistettynä transkraniaaliseen magneettistimulaatioon (TMS), voi saada aikaan huomattavia parannuksia kielessä sekä liikkeiden hallinnassa; ks. alla oleva afasia-osio ja siellä olevat linkit. Tietokonepohjaisia menetelmiä, jotka mahdollistavat tällaisen intensiivisen kieliharjoittelun puheterapeutin valvonnassa, on tulossa saataville.

Missä kieli on aivoissa?

Kysymykseen on vaikea vastata, koska aivotoiminta on kuin valtavan kaupungin toimintaa. Kaupunki on järjestetty niin, että ihmiset, jotka asuvat siinä, voivat saada sen, mitä he tarvitsevat elääkseen, mutta ei voi sanoa, että monimutkainen toiminta, kuten tuotteen valmistaminen, on ”yhdessä paikassa”. Raaka-aineiden on saavuttava oikeaan aikaan, alihankkijoita tarvitaan, tuote on lähetettävä eri suuntiin. Aivojemme kanssa on sama juttu. Emme voi sanoa, että kieli on tietyssä osassa aivoja. Ei ole edes totta, että tietty sana on ”yhdessä paikassa” ihmisen aivoissa; tieto, joka yhdistyy, kun ymmärrämme tai sanomme sanan, tulee monesta paikasta riippuen siitä, mitä sana tarkoittaa. Kun esimerkiksi ymmärrämme tai sanomme sanan ”omena”, käytämme todennäköisesti tietoa siitä, miltä omenat näyttävät, tuntuvat, tuoksuvat ja maistuvat, vaikka emme ole tietoisia siitä, että teemme näin. Kuuntelemiseen, ymmärtämiseen, puhumiseen ja lukemiseen liittyy siis toimintaa monissa aivojen osissa. Jotkin aivojen osat osallistuvat kuitenkin kielenkäyttöön enemmän kuin toiset.

Suurin osa niistä aivojen osista, jotka ovat ratkaisevia sekä puhutun että kirjoitetun kielen kannalta, sijaitsevat aivokuoren vasemmalla puolella (vasemmassa aivopuoliskossa) riippumatta siitä, mitä kieltä luet ja miten se on kirjoitettu. Tiedämme tämän, koska afasia johtuu lähes aina vasemman aivopuoliskon vammasta, ei oikean aivopuoliskon vammasta, riippumatta siitä, mitä kieltä puhut tai luet tai osaatko lukea lainkaan. (Tämä pätee noin 95 prosenttiin oikeakätisistä ja noin puoleen vasenkätisistä.) Suuri osa aivoista (”valkoinen aine”) koostuu kuiduista, jotka yhdistävät eri alueita toisiinsa, koska kielen käyttäminen (ja ajattelu) edellyttää monille eri aivoalueille tallennetun ja/tai käsitellyn tiedon nopeaa yhdistämistä.

Oikeanpuoleiset alueet ovat välttämättömiä tehokkaalle viestinnälle ja sen ymmärtämiselle, mitä ihmiset sanovat. Jos olet kaksikielinen, mutta et ole oppinut molempia kieliä syntymäsi jälkeen, oikea aivopuoliskosi saattaa olla jonkin verran enemmän mukana toisessa kielessäsi kuin ensimmäisessä kielessäsi. Aivomme ovat jossain määrin muovautuvat eli niiden järjestäytyminen riippuu sekä kokemuksistamme että geneettisistä ominaisuuksistamme. Esimerkiksi monet aivojen ”kuuloalueet”, jotka osallistuvat puhutun kielen ymmärtämiseen ihmisillä, joilla on normaali kuulo, ovat käytössä viittomakielen (visuaalisessa) ymmärtämisessä ihmisillä, jotka ovat syntymästään lähtien kuuroja tai jotka kuuroutuivat varhain (eikä heillä ole sisäkorvaistutetta). Ja sokeat ihmiset käyttävät aivojensa ”visuaalisia” alueita käsitellessään pistekirjoituksella kirjoitettuja sanoja, vaikka pistekirjoitusta luetaan kosketuksen avulla. http://www.scientificamerican.com/article.cfm?id=the-reading-region

Kaksikieliset puhujat kehittävät erityistaitoja kontrolloidakseen, mitä kieltä he käyttävät ja onko heidän tarkoituksenmukaista sekoittaa kielensä sen mukaan, kenelle he puhuvat. Näistä taidoista voi olla hyötyä myös muissa tehtävissä. http://www.nih.gov/researchmatters/may2012/05072012bilingual.htm

Afasia

Millaista afasia on? Onko kielen menettäminen aivovaurion jälkeen päinvastaista kuin sen oppiminen? Ihmiset, joilla on vaikeuksia puhua tai ymmärtää kieltä aivovaurion vuoksi, eivät ole kuin lapsia. Kielen käyttämiseen liittyy monenlaisia tietoja ja taitoja. Afasiasta kärsivillä ihmisillä on erilaisia yhdistelmiä asioista, joita he osaavat edelleen tehdä aikuisen tavoin, ja asioista, joita he tekevät nyt kömpelösti tai eivät lainkaan. Itse asiassa voimme nähdä erilaisia profiileja säästyneistä ja heikentyneistä kielellisistä kyvyistä eri afasiapotilailla.

Terapia voi auttaa afasiapotilaita parantamaan menetettyjä taitojaan tai saamaan ne takaisin ja hyödyntämään jäljellä olevia taitojaan parhaalla mahdollisella tavalla. Aivovaurion saaneet ja afaattisiksi tulleet aikuiset toipuvat hitaammin kuin samantyyppisen vaurion saaneet lapset, mutta he paranevat hitaasti vuosikymmenien ajan, jos he saavat hyvää kielellistä stimulaatiota ja jos heillä ei ole ylimääräisiä aivohalvauksia tai muita aivovammoja. Lisätietoja saa ASHA:lta (http://www.asha.org/public/speech/disorders/Aphasia.htm), National Aphasia Associationilta (http://aphasia.org/), Aphasia Hopelta (http://www.aphasiahope.org/) tai Academy of Aphasia -järjestöltä (http://www.academyofaphasia.org/ClinicalServices/)

Dysleksia ja änkytys

Entä dysleksia ja lapset, joilla on vaikeuksia oppia puhumaan, vaikka he kuulevat normaalisti? Miksi ihmisillä on lukivaikeuksia? Tutkimusten mukaan lukihäiriöisillä on vaikeuksia käsitellä kielen äänteitä, ja heillä on vaikeuksia yhdistää painettu sana äänteisiin. Geneettisiä eroja ja geneettisesti perustuvia aivojen eroja on havaittu perheissä, joissa esiintyy lukihäiriöitä ja kielellisiä kehityshäiriöitä, ja tämän alan tutkimus auttaa meitä ymmärtämään, miten geenit vaikuttavat kaikkien aivojemme alkuperäiseen ”johdotukseen”. On vankkaa näyttöä siitä, että asianmukainen kielipohjainen terapia on tehokasta lapsille, joilla on lukemisen ja kielen kehityshäiriöitä, mukaan lukien änkytys. ASHA tarjoaa hyödyllistä tietoa näistä molemmista häiriöistä: ks. http://www.asha.org/public/speech/disorders/lbld.htm.

Miten neurolingvistiset käsitykset ovat muuttuneet

Monet vakiintuneet käsitykset neurolingvistiikasta – erityisesti perinteisten ”kielialueiden” (Brocan alue, Wernicken alue) roolit aivojen vasemmassa aivopuoliskossa – on kyseenalaistettu ja joissakin tapauksissa kumottu viimeaikaisten todisteiden perusteella. Tärkeimmät viimeaikaiset havainnot ovat luultavasti seuraavat: 1) laajoja verkostoja, joihin kuuluu perinteisistä kielialueista kaukana sijaitsevia alueita, osallistuu syvästi kielenkäyttöön, 2) kielialueet osallistuvat myös muun kuin kielellisen informaation, kuten joidenkin musiikin osa-alueiden, käsittelyyn http://www.youtube.com/watch?v=ZgKFeuzGEns ja 3) tiettyjen aivoalueiden ja tiettyjen kielellisten vammojen väliset korrelaatiot ovat paljon heikompia kuin on luultu. Tämä uusi tieto on tullut saataville, koska kykymme nähdä, mitä aivoissa tapahtuu, kun ihmiset puhuvat tai kuuntelevat, on merkittävästi parantunut ja koska monien vuosien yksityiskohtainen afasiakokeiden aineisto on kertynyt ja analysoitu.

Miten neurolingvistinen tutkimus on muuttunut

Yli sadan vuoden ajan neurolingvistiikan tutkimus oli melkein täysin riippuvainen afasiasta kärsivien ihmisten kielen ymmärtämisen ja tuottamisen tutkimuksesta. Näitä tutkimuksia heidän kielellisestä kyvystään täydennettiin suhteellisen karkealla tiedolla siitä, missä vamma sijaitsi aivoissa. Neurologit joutuivat päättelemään nämä tiedot, niin kuin ne olivatkin, tarkastelemalla, mitä muita kykyjä oli menetetty, ja ruumiinavaustietojen perusteella, joita ei useinkaan ollut saatavilla. Muutamia potilaita, jotka oli tarkoitus leikata vakavan epilepsian tai kasvainten poistamiseksi, voitiin tutkia suoralla aivostimulaatiolla, kun se oli lääketieteellisesti tarpeen kirurgin ohjaamiseksi pois alueilta, jotka olivat välttämättömiä potilaan kielenkäytön kannalta.

Varhaisen sukupolven tietokonepohjaiset röntgentutkimukset (CAT-kuvaukset, CT-kuvaukset) ja radiografiset aivoverenkiertotutkimukset (angiografiat) alkoivat 1970-luvulla täydentää afasian kokeellisia ja havainnointitutkimuksia, mutta ne antoivat hyvin karkeaa tietoa siitä, missä vaurioitunut aivojen osa sijaitsi. Näillä varhaisilla aivokuvantamismenetelmillä voitiin nähdä vain ne aivojen osat, jotka olivat vakavasti vaurioituneet tai joiden verenkierto oli rajoittunut. Ne eivät antaneet tietoa aivoissa tapahtuvasta todellisesta toiminnasta, joten niillä ei voitu seurata, mitä kielen prosessoinnin aikana tapahtui normaaleilla tai afasiaa sairastavilla puhujilla. Normaaleja puhujia koskevissa tutkimuksissa tarkasteltiin tuona aikana enimmäkseen sitä, kumpi puoli aivoista osallistui eniten kirjoitetun tai puhutun kielen käsittelyyn, koska tätä tietoa voitiin saada laboratoriotehtävistä, joihin sisältyi lukemista tai kuuntelemista vaikeissa olosuhteissa, kuten kuuntelemalla kahdelle korvalle samanaikaisesti esitettyä erityyppistä tietoa (dikotominen kuuntelu).

1990-luvulta lähtien neurolingvistiikan alalla on tapahtunut valtava muutos. Nykyteknologian avulla tutkijat voivat tutkia, miten normaalien puhujien aivot käsittelevät kieltä ja miten vaurioituneet aivot käsittelevät ja kompensoivat vammoja. Uuden tekniikan avulla voimme seurata aivotoimintaa, joka tapahtuu ihmisten lukemisen, kuuntelemisen ja puhumisen aikana, ja saada myös hyvin tarkan alueellisen resoluution vaurioituneiden aivoalueiden sijainnista. Hieno spatiaalinen erottelukyky saadaan magneettikuvauksesta (MRI), joka antaa hienoja kuvia siitä, mitkä aivoalueet ovat vaurioituneet; myös tietokonetomografiakuvausten erottelukyky on parantunut valtavasti. Aivojen jatkuvaa toimintaa voidaan seurata useilla eri tavoilla. Joihinkin tarkoituksiin paras menetelmä on havaita neuronien toisilleen lähettämiä sähköisiä ja magneettisia signaaleja käyttämällä kallon ulkopuolisia antureita (toiminnallinen magneettikuvaus, fMRI; elektroenkefalografia, EEG; magnetoenkefalografia, MEG; ja tapahtumiin liittyvät potentiaalit, ERP). Toinen menetelmä on tapahtumiin liittyvän optisen signaalin (EROS) havainnointi; siinä havaitaan nopeita muutoksia tavassa, jolla hermokudos sirottaa infrapunavaloa, joka voi tunkeutua kallon läpi ja nähdä noin sentin verran aivoihin. Kolmannessa menetelmäryhmässä seurataan verenvirtauksen muutoksia aivojen eri alueille tarkastelemalla happipitoisuuksia (BOLD) tai muutoksia tavassa, jolla veri absorboi lähi-infrapunavaloa (lähi-infrapunaspektroskopia, NIRS). Aivotoimintaa voidaan myös muuttaa tilapäisesti transkraniaalisella magneettistimulaatiolla (kallon ulkopuolelta tuleva stimulaatio, TMS), joten tutkijat voivat nähdä tämän stimulaation vaikutukset siihen, miten hyvin ihmiset puhuvat, lukevat ja ymmärtävät kieltä. NIRS-, EROS-, ERP- ja EEG-tekniikat ovat riskittömiä, joten niitä voidaan eettisesti käyttää tutkimukseen normaaleilla puhujilla sekä afasiasta kärsivillä henkilöillä, jotka eivät erityisesti hyötyisi tutkimukseen osallistumisesta. Myös TMS vaikuttaa turvalliselta.

On hyvin monimutkaista selvittää yksityiskohtia siitä, miten aivojen eri osista tuleva informaatio yhdistyy reaaliajassa, joten toisenlaista edistystä on tuonut se, että on kehitetty tapoja, joilla tietokoneiden avulla voidaan simuloida osia siitä, mitä aivot saattavat tehdä puhuessaan tai lukiessaan.

Tutkimukset, joissa selvitetään tarkalleen, mitä afasiaa ja muita kielihäiriöitä sairastavat ihmiset pystyvät ja mitä he eivät pysty tekemään, edistävät myös edelleen tietämystämme aivojen ja kielen välisistä suhteista. Esimerkiksi vertailemalla sitä, miten afasiasta kärsivät henkilöt suoriutuvat syntaksikokeista, yhdistettynä heidän aivojensa yksityiskohtaiseen kuvantamiseen, on osoitettu, että kieliopin käyttöön osallistuvissa aivojen osissa on merkittäviä yksilöllisiä eroja. Myös afasiasta kärsivien ihmisten vertailu eri kielten välillä osoittaa, että afasian eri tyypit oireilevat hieman eri tavoin eri kielillä riippuen siitä, millaisia virhemahdollisuuksia kukin kieli tarjoaa. Esimerkiksi kielissä, joissa on erilaiset muodot maskuliinisille ja feminiinisille pronomineille tai maskuliinisille ja feminiinisille adjektiiveille, afasiasta kärsivät ihmiset voivat tehdä sukupuoleen liittyviä virheitä puhuessaan, mutta kielissä, joissa ei ole erilaisia muotoja eri sukupuolille, tätä ongelmaa ei esiinny.

by: Lise Menn

Kiitokset

Monet kiitokset LSA:n jäsenille Sheila E. Blumsteinille, David Caplanille, Gary Dellille, Nina Dronkersille ja Matt Goldrickille erittäin hyödyllisestä palautteesta ja ehdotuksista.

Linguistic Society of America