Neurolingwistyka

by Lise Menn

Neurolingwistyka bada, jak język jest reprezentowany w mózgu: to znaczy, jak i gdzie nasze mózgi przechowują naszą wiedzę o języku (lub językach), którym mówimy, rozumiemy, czytamy i piszemy, co dzieje się w naszych mózgach, gdy zdobywamy tę wiedzę i co się dzieje, gdy używamy jej w naszym codziennym życiu. Neurolingwiści starają się odpowiedzieć na pytania takie jak te: Co w naszych mózgach sprawia, że ludzki język jest możliwy – dlaczego nasz system komunikacji jest tak rozbudowany i tak bardzo różni się od systemów innych zwierząt? Czy język wykorzystuje ten sam rodzaj obliczeń neuronowych, co inne systemy poznawcze, takie jak muzyka czy matematyka? Gdzie w twoim mózgu znajduje się słowo, którego się nauczyłeś? W jaki sposób słowo „przychodzi do głowy”, kiedy go potrzebujesz (i dlaczego czasami nie przychodzi do ciebie?)

Jeśli znasz dwa języki, jak przełączasz się między nimi i jak powstrzymujesz je przed wzajemnym zakłócaniem się? Jeśli uczysz się dwóch języków od urodzenia, czym różni się twój mózg od mózgu kogoś, kto mówi tylko jednym językiem, i dlaczego? Czy lewa strona mózgu jest rzeczywiście „stroną językową”? Jeśli z powodu udaru lub innego uszkodzenia mózgu utracisz zdolność mówienia lub czytania, jak dobrze możesz nauczyć się ponownie mówić? Jakie rodzaje terapii są znane jako pomocne, a jakie nowe rodzaje terapii językowej wyglądają obiecująco? Czy ludzie, którzy czytają języki pisane od lewej do prawej (jak angielski czy hiszpański) mają język w innym miejscu niż ludzie, którzy czytają języki pisane od prawej do lewej (jak hebrajski czy arabski)? A co jeśli czytasz język, który jest zapisany przy użyciu innego rodzaju symboli zamiast alfabetu, jak chiński czy japoński? Jeśli jesteś dyslektykiem, w jaki sposób twój mózg różni się od mózgu kogoś, kto nie ma problemów z czytaniem? A jeśli się jąkasz?

Jak widać, neurolingwistyka jest głęboko spleciona z psycholingwistyką, która zajmuje się badaniem etapów przetwarzania języka, które są wymagane do mówienia i rozumienia słów i zdań, uczenia się pierwszych i późniejszych języków, a także przetwarzania języka w zaburzeniach mowy, języka i czytania. Informacje o tych zaburzeniach są dostępne w American Speech-Language Hearing Association (ASHA), w http://www.asha.org/public/.

Jak działa nasz mózg
Gdzie jest język w mózgu?
Afazja
Dysleksja i jąkanie
Jak neurolingwistyczne idee się zmieniły
Jak zmieniły się badania neurolingwistyczne
by: Lise Menn
Podziękowania
Suggested Reading (*) and References

Jak działa nasz mózg

Nasze mózgi przechowują informacje w sieciach komórek mózgowych (neuronów i komórek glejowych). Te sieci neuronowe są ostatecznie połączone z częściami mózgu, które kontrolują nasze ruchy (w tym te potrzebne do wytwarzania mowy) oraz nasze wewnętrzne i zewnętrzne doznania (dźwięki, widoki, dotyk i te, które pochodzą z naszych własnych ruchów). Połączenia w obrębie tych sieci mogą być silne lub słabe, a informacje wysyłane przez komórkę mogą zwiększać aktywność niektórych z jej sąsiadów i hamować aktywność innych. Za każdym razem, gdy połączenie jest używane, staje się ono silniejsze. Gęsto połączone sąsiedztwa komórek mózgowych wykonują obliczenia, które są zintegrowane z informacjami pochodzącymi z innych sąsiedztw, co często wiąże się z pętlami sprzężenia zwrotnego. Wiele obliczeń jest wykonywanych jednocześnie (mózg jest masywnie równoległym procesorem informacji).

Uczenie się informacji lub umiejętności odbywa się poprzez ustanawianie nowych połączeń i/lub zmianę siły istniejących połączeń. Te lokalne i dalekosiężne sieci połączonych komórek mózgowych wykazują plastyczność http://merzenich.positscience.com/?page_id=143 – to znaczy, że mogą się zmieniać przez całe życie, umożliwiając nam uczenie się i powrót do zdrowia (do pewnego stopnia) po urazach mózgu. Dla ludzi z afazją http://www.asha.org/public/speech/disorders/Aphasia.htm (utrata języka z powodu uszkodzenia mózgu), w zależności od tego jak poważne jest uszkodzenie, intensywna terapia i praktyka, być może w połączeniu z przezczaszkową stymulacją magnetyczną (TMS), może przynieść znaczącą poprawę w języku jak również w kontroli ruchu; zobacz sekcję Afazja poniżej, i linki tam zamieszczone. Komputerowe metody dla umożliwienia takiej intensywnej praktyki językowej pod nadzorem patologa mowy są coraz available.

Gdzie jest język w mózgu?

To pytanie jest trudne do odpowiedzi, ponieważ aktywność mózgu jest jak aktywność ogromnego miasta. Miasto jest zorganizowane tak, że ludzie, którzy w nim mieszkają, mogą dostać to, czego potrzebują do życia, ale nie można powiedzieć, że złożona działalność, jak wytwarzanie produktu, jest „w” jednym miejscu. Surowce muszą przybyć w odpowiednim czasie, potrzebni są podwykonawcy, produkt musi być wysłany w różnych kierunkach. Tak samo jest z naszymi mózgami. Nie możemy powiedzieć, że język znajduje się „w” konkretnej części mózgu. Nie jest nawet prawdą, że dane słowo znajduje się „w” jednym miejscu w mózgu danej osoby; informacje, które łączą się, gdy rozumiemy lub wypowiadamy dane słowo, docierają z wielu miejsc, w zależności od tego, co dane słowo oznacza. Na przykład, kiedy rozumiemy lub wypowiadamy słowo takie jak „jabłko”, prawdopodobnie korzystamy z informacji o tym, jak jabłka wyglądają, czujemy, pachną i smakują, nawet jeśli nie jesteśmy tego świadomi. Tak więc słuchanie, rozumienie, mówienie i czytanie wymaga aktywności w wielu częściach mózgu. Jednak niektóre części mózgu są bardziej zaangażowane w język niż inne części.

Większość części mózgu, które są kluczowe zarówno dla języka mówionego, jak i pisanego, znajduje się w lewej części kory mózgowej (lewa półkula), niezależnie od tego, jaki język czytasz i jak jest on napisany. Wiemy o tym, ponieważ afazja jest prawie zawsze spowodowana uszkodzeniem lewej, a nie prawej półkuli, bez względu na to, w jakim języku mówisz lub czytasz, lub czy w ogóle potrafisz czytać. (Jest to prawdą dla około 95% osób praworęcznych i około połowy leworęcznych). Duża część mózgu („istota biała”) składa się z włókien, które łączą różne obszary ze sobą, ponieważ używanie języka (i myślenie) wymaga szybkiej integracji informacji, które są przechowywane i / lub przetwarzane w wielu różnych regionach mózgu.

Obszary w prawej stronie są niezbędne do skutecznego porozumiewania się i rozumienia sensu tego, co ludzie mówią. Jeśli jesteś dwujęzyczny, ale nie uczyłeś się obu języków od urodzenia, twoja prawa półkula może być nieco bardziej zaangażowana w twój drugi język niż w twój pierwszy język. Nasze mózgi są w pewnym sensie plastyczne – to znaczy, że ich organizacja zależy od naszych doświadczeń, jak również od naszego genetycznego wyposażenia. Na przykład wiele „słuchowych” obszarów mózgu, które są zaangażowane w rozumienie języka mówionego u osób z normalnym słuchem, jest wykorzystywanych do (wzrokowego) rozumienia języka migowego przez osoby, które są głuche od urodzenia lub które wcześnie stały się głuche (i nie mają implantów ślimakowych). A osoby niewidome wykorzystują „wzrokowe” obszary mózgu do przetwarzania słów zapisanych alfabetem Braille’a, mimo że brajl jest czytany dotykiem. http://www.scientificamerican.com/article.cfm?id=the-reading-region

Dwujęzyczni użytkownicy rozwijają specjalne umiejętności w kontrolowaniu, którego języka używać i czy jest to właściwe dla nich, aby mieszać swoje języki, w zależności od tego, z kim rozmawiają. Umiejętności te mogą być przydatne również do innych zadań. http://www.nih.gov/researchmatters/may2012/05072012bilingual.htm

Afazja

Jak wygląda afazja? Czy utrata języka po uszkodzeniu mózgu jest odwrotnością uczenia się go? Ludzie, którzy mają trudności z mówieniem lub rozumieniem języka z powodu uszkodzenia mózgu nie są jak dzieci. Używanie języka wymaga wielu rodzajów wiedzy i umiejętności. Ludzie z afazją mają różne kombinacje rzeczy, które nadal potrafią robić w sposób podobny do dorosłych i rzeczy, które teraz robią niezdarnie lub nie robią ich wcale. W rzeczywistości, możemy zaobserwować różne wzorce profili zachowanych i upośledzonych zdolności językowych u różnych osób z afazją.

Terapia może pomóc osobom z afazją poprawić lub odzyskać utracone umiejętności i jak najlepiej wykorzystać pozostałe zdolności. Dorośli, którzy doznali uszkodzenia mózgu i mają afazję, wracają do zdrowia wolniej niż dzieci, które doznały tego samego rodzaju uszkodzenia, ale ich stan poprawia się powoli przez dziesięciolecia, jeśli mają dobrą stymulację językową i nie mają dodatkowych udarów lub innych urazów mózgu. Po więcej informacji, skonsultuj ASHA (http://www.asha.org/public/speech/disorders/Aphasia.htm), National Aphasia Association (http://aphasia.org/), Aphasia Hope (http://www.aphasiahope.org/), lub Academy of Aphasia (http://www.academyofaphasia.org/ClinicalServices/)

Dysleksja i jąkanie

Co z dysleksją i dziećmi, które mają problemy z nauką mówienia, mimo że słyszą normalnie? Dlaczego ludzie mają problemy z czytaniem? Badania sugerują, że dyslektycy mają problemy z przetwarzaniem dźwięków języka i mają trudności z odniesieniem słowa drukowanego do dźwięków. W rodzinach z dysleksją i rozwojowymi zaburzeniami językowymi stwierdzono różnice genetyczne i genetycznie uwarunkowane różnice w budowie mózgu, a badania w tej dziedzinie pomagają nam zrozumieć, w jaki sposób geny wpływają na początkowe „okablowanie” wszystkich naszych mózgów. Istnieją solidne dowody na to, że odpowiednia terapia językowa jest skuteczna dla dzieci z zaburzeniami rozwojowymi czytania i języka, w tym jąkających się. ASHA zapewnia pomocne informacje na temat obu tych zaburzeń: patrz http://www.asha.org/public/speech/disorders/lbld.htm.

Jak neurolingwistyczne idee się zmieniły

Wiele ustalonych idei na temat neurolingwistyki – w szczególności role tradycyjnych „obszarów językowych” (obszar Broca, obszar Wernicke’a) w lewej półkuli mózgu – zostały zakwestionowane, a w niektórych przypadkach obalone przez ostatnie dowody. Prawdopodobnie najważniejsze z ostatnich odkryć to: 1) że rozległe sieci obejmujące obszary odległe od tradycyjnych obszarów językowych są głęboko zaangażowane w używanie języka, 2) że obszary językowe są również zaangażowane w przetwarzanie informacji niejęzykowych, takich jak niektóre aspekty muzyki http://www.youtube.com/watch?v=ZgKFeuzGEns, oraz 3) że korelacje poszczególnych obszarów mózgu z poszczególnymi upośledzeniami językowymi są znacznie słabsze niż wcześniej sądzono. Te nowe informacje stały się dostępne z powodu znacznych ulepszeń w naszej zdolności do zobaczenia tego, co dzieje się w mózgu, kiedy ludzie mówią lub słuchają, oraz z nagromadzenia i analizy wielu lat szczegółowych danych z testów afazji.

Jak zmieniły się badania neurolingwistyczne

Przez ponad sto lat, badania w neurolingwistyce były prawie całkowicie zależne od badań nad rozumieniem i produkcją języka przez osoby z afazją. Te badania ich zdolności językowych były uzupełniane stosunkowo prostymi informacjami na temat umiejscowienia uszkodzenia w mózgu. Neurolodzy musieli wydedukować te informacje, takie jakie były, biorąc pod uwagę jakie inne zdolności zostały utracone, oraz na podstawie informacji z autopsji, które nie były często dostępne. Kilku pacjentów, którzy mieli przejść operację w celu złagodzenia ciężkiej padaczki lub guzów, mogło być badanych przez bezpośrednią stymulację mózgu, gdy było to medycznie potrzebne, aby poprowadzić chirurga z dala od obszarów istotnych dla używania języka przez pacjenta.

Komputerowe badania rentgenowskie wczesnej generacji (tomografia komputerowa, tomografia komputerowa) i radiograficzne badania przepływu krwi mózgowej (angiogramy) zaczęły rozszerzać eksperymentalne i obserwacyjne badania afazji w latach 70-tych, ale dały one bardzo prymitywne informacje o tym, gdzie znajdowała się uszkodzona część mózgu. Te wczesne techniki obrazowania mózgu mogły jedynie zobaczyć, które części mózgu są poważnie uszkodzone lub mają ograniczony przepływ krwi. Nie mogły one dostarczyć informacji na temat rzeczywistej aktywności zachodzącej w mózgu, więc nie można było śledzić tego, co działo się podczas przetwarzania języka u osób mówiących normalnie lub z afazją. Badania nad normalnymi użytkownikami języka w tamtym okresie dotyczyły głównie tego, która strona mózgu była najbardziej zaangażowana w przetwarzanie języka pisanego lub mówionego, ponieważ informacje te można było uzyskać dzięki zadaniom laboratoryjnym polegającym na czytaniu lub słuchaniu w trudnych warunkach, takich jak słuchanie różnych rodzajów informacji prezentowanych do obu uszu jednocześnie (słuchanie dychotyczne).

Od lat 90. nastąpiła ogromna zmiana w dziedzinie neurolingwistyki. Dzięki nowoczesnej technologii naukowcy mogą badać, jak mózgi normalnych użytkowników języka przetwarzają język oraz jak uszkodzony mózg przetwarza i kompensuje uraz. Ta nowa technologia pozwala nam śledzić aktywność mózgu, która dzieje się podczas czytania, słuchania i mówienia, a także uzyskać bardzo dokładną rozdzielczość przestrzenną lokalizacji uszkodzonych obszarów mózgu. Dokładna rozdzielczość przestrzenna pochodzi z rezonansu magnetycznego (MRI), który daje doskonałe obrazy pokazujące, które obszary mózgu są uszkodzone; rozdzielczość tomografii komputerowej również uległa ogromnej poprawie. Śledzenie bieżącej aktywności mózgu może być wykonywane na kilka sposobów. Dla niektórych celów najlepszą metodą jest wykrywanie sygnałów elektrycznych i magnetycznych, które neurony wysyłają do siebie nawzajem za pomocą czujników znajdujących się poza czaszką (funkcjonalny rezonans magnetyczny, fMRI; elektroencefalografia, EEG; magnetoencefalografia, MEG; potencjały związane z wydarzeniami, ERP). Inną metodą jest obserwacja sygnału optycznego związanego ze zdarzeniem, EROS; polega ona na wykrywaniu szybkich zmian w sposobie, w jaki tkanka nerwowa rozprasza światło podczerwone, które może przeniknąć przez czaszkę i zobaczyć około cala w głąb mózgu. Trzecia rodzina metod polega na śledzeniu zmian w przepływie krwi do różnych obszarów w mózgu poprzez obserwację stężenia tlenu (BOLD) lub zmian w sposobie, w jaki krew pochłania światło w bliskiej podczerwieni (spektroskopia w bliskiej podczerwieni, NIRS). Aktywność mózgu może być również czasowo zmieniana za pomocą przezczaszkowej stymulacji magnetycznej (stymulacja spoza czaszki, TMS), dzięki czemu badacze mogą zaobserwować wpływ tej stymulacji na to, jak dobrze ludzie mówią, czytają i rozumieją język. Techniki NIRS, EROS, ERP i EEG są wolne od ryzyka, więc mogą być etycznie stosowane w badaniach na osobach normalnie mówiących, jak również na osobach z afazją, które nie odniosłyby szczególnych korzyści z udziału w badaniu. TMS również wydaje się być bezpieczny.

Bardzo skomplikowane jest ustalenie szczegółów tego, jak informacje z różnych części mózgu mogą się łączyć w czasie rzeczywistym, więc inny rodzaj postępu pochodzi z rozwoju sposobów wykorzystania komputerów do symulacji części tego, co mózg może robić podczas mówienia lub czytania.

Badania tego, co dokładnie ludzie z afazją i innymi zaburzeniami językowymi mogą i nie mogą robić, również nadal przyczyniają się do naszego zrozumienia związków między mózgiem a językiem. Na przykład, porównanie jak ludzie z afazją radzą sobie na testach składni, w połączeniu ze szczegółowym obrazowaniem ich mózgów, pokazało, że istnieją ważne indywidualne różnice w częściach mózgu zaangażowanych w używanie gramatyki. Również porównanie osób z afazją w różnych językach pokazuje, że różne typy afazji mają nieco inne objawy w różnych językach, w zależności od rodzaju możliwości popełnienia błędu, które każdy język dostarcza. Na przykład w językach, które mają różne formy dla męskich i żeńskich zaimków lub męskich i żeńskich przymiotników, osoby z afazją mogą popełniać błędy płciowe w mowie, ale w językach, które nie mają różnych form dla różnych płci, ten szczególny problem może się nie ujawniać.

by: Lise Menn

Podziękowania

Wielkie podziękowania dla członków LSA: Sheili E. Blumstein, Davida Caplana, Gary’ego Della, Niny Dronkers i Matta Goldricka za bardzo pomocne uwagi i sugestie.

Linguistic Society of America