P!edm"t, otázky a úskalí neurolingvistiky

P!edm"t, otázky a úskalí neurolingvistiky Eva Flanderková ([email protected])

Barbara Schmiedtová ([email protected])

Olomouc, 26. 4. 2011 1 pond"lí, 25. dubna 2011

Struktura I. 1. Kognitivní v"da (neurolingvistika, psycholingvistika, afaziologie) 2. Vztah neurolingvistiky k psycholingvistice 3. V#zkumné otázky neurolingvistiky I. 4. Afaziologie - Broca, Wernicke, jazyková “centra”; ukázka nonfluentní afázie 5. Mozek - anatomie (makrostruktura) 2 pond"lí, 25. dubna 2011

Struktura II. 7. Stavba a funkce neuronu (mikrostruktura) 8. Neurozobrazovací metody: hemodynamické, elektrofyziologické; v#hody a nev#hod 9. Problém lokalizace a lateralizace jazyka v mozku 10. V#zkumné otázky neurolingvistiky II: n"která sou$asná úskalí 3 pond"lí, 25. dubna 2011

kognitivni vedy krivky CS3.pdf 1 10.3.2011 17:51:39

Kognitivní v"da MYSL a MOZEK: transdisciplinarita interdisciplinarita psycholingvistika neurolingvistika C

M

Y

CM

teorie, metody MY

CY

CMY

K

4 pond"lí, 25. dubna 2011

Kognitivní (neuro)v"da a jazyk Jaké kognitivní procesy se v mozku odehrávají p!i zpracování jazyka? jazyk = jedna z vy%%ích kognitivních funkcí v mozku a mysli zpracovávan#ch (tj. jazyk jako jedna z kognitivních schopností) v#chodiskem neurolingvistiky jsou krom" lingvistick!ch teorií (tj. jak je jazykov# systém strukturován) té& psycholingvistické modely, které postulují, jak v mozku probíhají procesy produkce a porozum"ní !e$i 5 pond"lí, 25. dubna 2011

Cíle psycholingvistiky 1. jak#m zp'sobem jsou jazykové polo&ky (linguistic entries) organizovány v mysli, 2. k jak#m mentálním proces'm zde dochází v oblasti produkce a porozum"ní !e$i v oblasti osvojování mate!ského jazyka/ jazyk' a nab!vání cizího jazyka v oblasti jazykové patologie 6 pond"lí, 25. dubna 2011

Vztah psycholingvistiky a neurolingvistiky psycholingvistika METODY:

neurolingvistika registruje biologickochemicko-fyzikální vlastnosti mozku pomocí neurozobrazovacích metod

offline (dotazníky, elicitace text') online (nap!. lexical decision task + priming)

pravé online 7 pond"lí, 25. dubna 2011

Dotazník - p!íklad Michal si myl obli$ej, nohy a ruce. Obli$ej a nohy m"l u& umyté, kdy& jeho maminka nakoukla do koupelny a zeptala se ho, zda je u& hotov. Michal odpov"d"l: “Skoro, ale je%t" jsem si neumyl ___________.” a) moje ruce b) ruce c) n"koho d) svoje ruce


V#zkumné otázky neurolingvistiky I. studium neurofyziologick#ch jev' v mozku v pr'b"hu produkce a porozum"ní !e$i (zpracování jazyka) specifikum neurolingvistiky: vyu&ívání nejmodern"j%ích neurofyziologick#ch metod v kombinaci s lingvistick#mi, neurobiologick#mi a neuropsychologick#mi poznatky v laboratorních podmínkách 9 pond"lí, 25. dubna 2011

V#zkumné otázky neurolingvistiky II.

V jakém po!adí se zpracovává nap!. syntaktická a sémantická informace? Dochází k jejich úplnému/$áste$nému $asovému p!ekrytí? Otázka lokalizace: V jaké $ásti mozku se syntax a sémantika zpracovávají?


Mozkové laloky $elní (frontální)

temenní (parietální)

spánkov# (temporální) 11 pond"lí, 25. dubna 2011

t#lní (okcipitální) ((ihák, 2004)

Mozkové gyry a sulky M S

Sylviova r#ha (sulcus lateralis)

((ihák, 2004) 12

pond"lí, 25. dubna 2011

centrální r#ha (sulcus centralis)

Brodmannova mapa Korbinian Brodmann (1868-1918) roz$lenil kortex na 11 krajin, které se dále d"lí na 52 oblastí %iroce p!ijímaná dodnes (Kandel - Schwartz - Jessell (eds.) (2000): Principles of Neuroscience. McGraw-Hill.) 13


Lingvistická afaziologie moderní neurolingvistika má své ko!eny v afaziologii první novodobé klinické studie afázií: Broca, fr. neurolog a antropolog (1861) Wernicke, n"m. neurolog (1874) odtud teorie tzv. “jazykov#ch center” neboli “center !e$i” 14 pond"lí, 25. dubna 2011

Brocovo “motorické centrum” Pierre Paul Broca (1824-1880) “Tan-tan” pacient studie provedená post mortem odhalila po%kození zadní oblasti levého frontálního laloku mozkové k'ry zdá se v%ak, &e po termín Brocova oblast bylo subsumováno n"kolik odli%n#ch oblastí 15 pond"lí, 25. dubna 2011

Brocovo “motorické centrum” rozsah a lokalizace Brocovy oblasti: jednak zadní $ást gyrus frontalis inferior (speciáln" jeho prost!ední $ást, pars triangularis), tj. BA 44 a 45, jednak zadní $ást gyrus frontalis medius (gyrus rovnob"&n# s GFI) jménem Pierra Paula Brocy b#vá ozna$ován jeden z typ' afázie (tzv. Brocova motorická, nonfluentní afázie); poru%ená produkce !e$i 16 pond"lí, 25. dubna 2011

Ukázka nonfluentní afázie V"ta: Pod tím krovem je hodn" hnízd vla%tovek. „!e naho"e / eee no / u! to neumim p- p"esn# / naho"e jsou / kv#- / sví- / no vidíte to / to to si nepom$!u taky / naho"e / naho"e jsou sv- / svítí- le- / letí le- / letí / lí- vidíte le- / pod krovem / jsou v%t#- / v%- v%- / vís- vla%tivla%tinky vla%t#- vidíte já to / vla%ti- / vla%vla%ti- ani neumim todle "íct / vla%tovky vla%tovky a! takle“ 17 pond"lí, 25. dubna 2011

Ukázka nonfluentní afázie pacient za$al opakování slovem „naho!e“: extenze tohoto v#razu je spí%e abstraktní a vá&e k sob" r'zné entity a d"je jako „svítí [slunce], letí [letadlo]“; jin#mi slovy: pacient se zcela odpoutal od obsahu sd"lení Lze se v%ak spokojit s vysv"tlením situa$ní deixí? Vysta$íme si s interpretací fonetické podobnosti v#raz' svítí – hnízd? Situa$ní kolokabilita? 18 pond"lí, 25. dubna 2011

Wernickeovo “senzorické centrum” Carl Wernicke (1848-1905) u dvou sv#ch pcient' zjistil lézi vlevo naho!e v temporálním laloku, vzadu za Sylviovou r#hou (posteriorní $ást BA 22, horní temporální gyrus, tzv. Wernickeovo “centrum !e$i”) jménem Carla Wernickea b#vá ozna$ován jeden z typ' afázie (tzv. Wernickeova senzorická, fluentní afázie); poru%ené porozum"ní !e$i 19 pond"lí, 25. dubna 2011

Problém klasick#ch “center” teorie jazykov#ch center v mozku je p!íli% vyhran"ná: t"mto klasick#m centr'm nelze p#ipsat v!lu$n" funkci jazykovou mozkové struktury nále&ející do t"chto klasick#ch oblastí nemusejí zpracovávat pouze jazyk 20 pond"lí, 25. dubna 2011

Jazyková “centra”

Individuální funk$ní a strukturní variabilita: (A) Lokalizace klasick#ch jazykov#ch oblastí (B) Variabilita jazykové reprezentace mezi jedinci

Purves, D. - Augustine G. J. - Fitzpatrick, D. et al. (eds.) (2001): Neuroscience. Sunderland: Sinauer Associates. 21


Stavba neuronu terminální v"tvení se synapsemi

dendrity t"lo (soma) axon

jádro

Schwannovy bu)ky

iniciální segment

(http://www.harlab.cz/sesit/septima/biologie/8-nervova_soustava/)


Neurony - typy zapojení


Synapse spojení mezi neurony elektrické a chemické synaptické vesikuly s mediátorem

synaptická %t"rbina pond"lí, 25. dubna 2011

presynaptická membrána postsynaptická membrána 24

((ihák, 2004)

Ak$ní potenciál neuron má schopnost p!ijmout podn"t (energii) a p!em"nit jej na elektrochemick# ak$ní potenciál, kter# m'&e dále vést; vyvolaná elektrochemická zm"na = nervov# vzruch (http://jenniferbates.blogspot.com/


2010/06/like-action-potential.html)

Neurozobrazovací metody 1. hemodynamické: pozitronová emisní tomografie (PET) funk$ní magnetická rezonance (fMRI) 2. elektrofyziologické: elektroencefalografie (EEG) magnetoencefalografie (MEG) 26 pond"lí, 25. dubna 2011

(asové a prostorové rozli%ení V#zkumná otázka: “Kde v mozku?” metody s dobr#m prostorov#m rozli%ením (PET, fMRI) “Kdy v mozku?” metody s dobr#m $asov#m rozli%ením (EEG, MEG) získaná neurozobrazovací data jsou v#sledkem velmi komplikovan#ch statistick#ch anal#z 27 pond"lí, 25. dubna 2011

Metoda PET


metoda zalo&ená na principu emitovaného zá!ení: aplikace radiofarmaka, které emituje pozitrony; ty kolidují s elektrony okolní hmoty, co& vede k anihilaci dvou foton' (koinciden$ní p!ímka), které jsou zachycovány detektory

PET-skener

v p!ístroji je pouze hlava 29 pond"lí, 25. dubna 2011

V#hody a nev#hody PET V#hody: pom"rn" dobré prostorové rozli%ení Nev#hody: riziko radiace a invazivnost metody nízk# po$et po!izovan#ch sken' (40 s) vysoké vstupní náklady 30 pond"lí, 25. dubna 2011

Rozpoznávání slov (PET) Rozpoznání mluveného a psaného slova (PET-studie): Text

A, B: “input” C, D: “output”

(Kandel - Schwartz - Jessell (eds.) (2000): Principles of Neuroscience. McGraw-Hill.) 31 pond"lí, 25. dubna 2011

Metoda fMRI metoda zaznamenávající pom"r oxy- a deoxyhemoglobinu v krvi BOLD efekt (blood oxygen level dependence), jeho& podstatou je chování okysli$eného vs. neokysli$eného hemoglobinu ve vn"j%ím magnetickém poli


Metoda fMRI informant je vystaven silnému magnetickému poli, v n"m& deoxyhemoglobin jako&to paramagnetická látka zp'sobuje zv#%ení celkové intenzity magnetického pole v míst" svého v#skytu tím se magnetické pole díky vysoké koncentraci deoxyhemoglobinu stává mén" homogenním 33 pond"lí, 25. dubna 2011

Metoda fMRI p!i zv#%ení oxygenace (neurony p!i svém pálení spot!ebovávají více kyslíku) vzr'stá mozkov# regionální pr'tok krve (rCBF = regional cerebral blood flow), koncentrace deoxyhemoglobinu klesá a magnetické pole se stává homogenn"j%ím, tj. zvy%uje se BOLD efekt v#sledné zobrazení míst se statisticky v#znamnou hemodynamickou zm"nou 34 pond"lí, 25. dubna 2011

fMRI-skener


V#hody a nev#hody fMRI V#hody: neinvazivní, lze pou&ít i u d"tí dobré prostorové rozli%ení (1 mm) mo&nost získání velmi vysokého po$tu sken' Nev#hody: nikoliv dobré $asové rozli%ení nutnost tém"! dokonalého znehybn"ní 36 pond"lí, 25. dubna 2011

Elektrofyziologické metody zalo&eny na faktu, &e n"které t!ídy neuron' se chovají jako elektrické dipóly jsou-li orientovány t#m& sm"rem, vytvá!ejí elektromagnetické pole: jeho elektrická slo&ka zakládá elektroencefalogram (EEG, resp. ERP), magnetická pak magnetoencefalogram (MEG) m"!í se jimi povrchová aktivita na skalpu 37 pond"lí, 25. dubna 2011

Elektroencefalografie (EEG) m"!í hladinu kolísajícího nap"tí, které populace synchronn" aktivních neuron' vytvá!ejí provádí se snímáním bioelektrické aktivity z povrchu hlavy pomocí elektrod komponentami EEG jsou evokované potenciály (ERP, event-related potentials) 38 pond"lí, 25. dubna 2011

EEG - p!íklady

(Frauke Hellwig) pond"lí, 25. dubna 2011

39

ELAN, N400, P600 ELAN (early left anterior negativity) objevuje se velmi rychle po p!íslu%ném podn"tu a vrcholí mezi 100 a 300 ms po za$átku nap!. gramaticky nesprávného podn"tu (We were the eating pizza vs. We were eating pizza) prokázána pro n"m$inu, japon%tinu, angli$tinu, $ín%tinu a nizozem%tinu 40 pond"lí, 25. dubna 2011

ELAN, N400, P600 ELAN se objevuje i jako reakce na podn"ty nelingvistické N400 je negativní vlna objevující se 400 ms po p!íslu%ném podn"tu je vyvolána podn"tem vy&adujícím zpracování sémantické informace op"t nemusí b#t typickou reakcí na jazykov# podn"t: nov" souvisí se sémantickou pam"tí 41 pond"lí, 25. dubna 2011

ELAN, N400, P600 p!íklad jazykového podn"tu pro N400: Mám rád bu"ty a psa pozitivní vlna P600 se objevuje 600 ms po podn"tu a je vyvolávána podn"tem vy&adujícím syntaktické zpracování jazyka zkoumány byly v"ty s efektem slepé koleje (garden-path sentences): Zlod#j otev"el velk& trezor s velk&m úsilím a se sv"m lupem utekl (Eysenck - Keane, 2008) 42 pond"lí, 25. dubna 2011

V#hody a nev#hody EEG V#hody: vysoké $asové rozli%ení (v !ádech milisekund) neinvazivnost a mo&nost u&ití i u d"tí Nev#hody: absence signál' ze subkortikálních oblastí velmi slabé prostorové rozli%ení 43 pond"lí, 25. dubna 2011

Magnetoencefalografie (MEG) magnetick# prot"j%ek metody EEG V#hody: umo&)uje zachycovat i velmi slabé zm"ny mg. polí, které jsou v kortexu generovány odpov"dí na jist# podn"t; není inavzivní vysoké $asové a prostorové rozli%ení Nev#hody: velmi vysoké vstupní náklady 44 pond"lí, 25. dubna 2011

V#zkumné otázky neurolingvistiky III. základem neurolingvistického zkoumání jazyka je roz$len"ní jazyka na jednotlivé roviny: fonologie (fonotaktika), morfologie (zejména zpracování jazyka na úrovni slova), syntaxe, diskurzu (zde v#zkum v po$átcích); té& sémantika a ortografie, resp. grafematika lokalizovat zpracování jazyka v ur$ité oblasti mozku je komplikované, stejn" tak jako ur$it lateralizaci jistého jazykového jevu 45 pond"lí, 25. dubna 2011

Problém lokalizace - p!íklad aktivace rozli$n#ch mozkov#ch oblastí ve zpracování syntaxe: z neurozobrazovacích studií vypl#vá, &e BA 44 je zodpov"dná za syntaktické zpracování jazyka, a to v rámci Brocovy oblasti jiná studie ukázala, &e se BA 44 d"lí na dv" funk$n" odli%né $ásti: dolní $ást je zapojena p!i zpracování syntaktické struktury a st!ední $ást je zapojena do proces' spojen#ch se syntaktickou pam"tí 46 pond"lí, 25. dubna 2011

Problém lokalizace - p!íklad dal%í oblasti, které jsou aktivovány p!i syntaktickém zpracování: cingulární gyrus (tj. obkru&ující mediáln" corpus callosum), lev# horní $elní gyrus, lev# nucleus caudatus (tj. $ást bazálních ganglií), st!ední a horní spánkov# lalok, p!ední spánkov# lalok, zadní spánková oblast a pravá hemisféra 47 pond"lí, 25. dubna 2011

Problém lateralizace u v"t%iny lidí je jazykové zpracování provád"no p!evá&n" v hemisfé!e, která je pro jazyk dominantní u pravák' to b#vá hemisféra levá pravá hemisféra se v#razn" podílí na zpracování prozodie


Problematizace “The proposed linguistic levels - phonetics, phonology, morphology, lexicon, syntax, and semantics - may be more useful as an educational and analytic heuristic than for describing the biology of human language and language disturbance.” (Sidtis, 2006)


Úskalí neurolingvistiky izolace jazykov#ch kognitivních proces' od proces' nejazykov#ch vztah hemodynamick#ch a elektrofyziologick#ch signál' problém simultánní aktivity zahrnutí diskurzu a jazykového kontextu do v#zkumu 50 pond"lí, 25. dubna 2011

Reference (ihák, R. (2004): Anatomie 3. Praha: Grada. Eysenck, M. W. - Keane, M. (2008): Kognitivní psychologie. Praha: Academia. Havel, I. M. (2000): V"da o du%i. Vesmír, 79, s. 363. Kandel - Schwartz - Jessell (eds.) (2000): Principles of Neuroscience. McGraw-Hill. Sidtis, D. V. L. (2006): Does functional neuroimaging solve the questions of neurolinguistics? Brain and language, 98, s. 276-290. 51 pond"lí, 25. dubna 2011

D"kujeme Vám za pozornost


P!edm"t, otázky a úskalí neurolingvistiky

Recommend Documents