Łukasz+Goraczewski

Biologiczne podstawy języka

Zrozumienia biologicznych podstaw języka jako warunek konieczny do zrozumienia fenomenu i natury języka. Biologiczne badania nad jego podstawa mogą być rozpatrywane na wielu poziomach: anatomicznym, komórkowym, molekularnym, czy genetycznym oraz z perspektywy funkcjonalnych sieci.

Główne zagadnienia biologicznych podstaw języka.

Od jakich obszarów, struktur, sieci, typów neuronów, neurotransmiterów, genów zależą zdolności językowe oraz jaką role każdy z ww elementów odgrywa?

Główne zagadnienia biologicznych podstaw języka; cd.

Zrozumienie biologicznych podstaw produkowania mowy rzuci nowe światło na wyższe problemy języka, takie jak jego przetwarzanie, czy reprezentacje językowe. Np. istnienie odrębnych korelatów neuronalnych odpowiedzialnych za przetwarzanie leksykalne i składnie wpływa na strukturę języka.

Główne zagadnienia biologicznych podstaw języka; cd.

Neuronalne podłoże funkcji językowych i niejęzykowych często jest wspólne, aktywność neuronalna w różnych zadaniach poznawczych jest podobna, więc prognozowanie o zagadnieniach językowych powinno być bardziej trafne jeśli uwzględnimy te procesy, niż w wypadku odseparowanych badań zajmujących się jedynie językiem(klasyczne językoznawstwo).

Główne zagadnienia biologicznych podstaw języka; cd.

Najczęściej badany jest poziom neuroanatomiczny, lecz można również określić specyficzne dla języka grupy neuronów, czy neurotransmiterów oraz receptorów biorących udział w tym procesie. Z faktu występowania różnych neuroprzekaźników w różnych obszarach mózgu można wywnioskować jakie rodzaje neuronów w nim wstępują, a co za tym idzie w jakie aspekty języka się angażują.

Główne zagadnienia biologicznych podstaw języka; cd.

Określenie odrębnych obszarów odpowiedzialnych za składnię czy leksykę. Tak jak różne obszary mózgu odpowiadają różnym dyspozycjom poznawczym, tak różnym aspektom języka mogą odpowiadać różne obszary mózgu.

Podstawy – wspólne, czy odrębne.

Czy różne aspekty zdolności językowych zależą od wspólnych ,czy różnych biologicznych substratów?

Słowa, gramatyka, morfologia, syntaktyka, przetwarzanie, nabywanie, magazynowanie, wiedzę syntaktyczna i leksykalna - odrębne substraty biologiczne.

Różne aspekty języka mają wspólne korelaty neuronalne.

Podstawy - kompromis.

Można uznać odrębność biologicznych substratów ww aspektów języka, lecz sam język traktować jako funkcjonalnie nierozerwalny system(McClelland and Patterson 2002).

Uznawanie jedynie głównego podziału między gramatyką, a leksyką, natomiast inne wyszczególnione wyżej elementy języka traktować jako wynikające i oparte na tym podziale(Ullman 2001).

Metody badań.

fMRI. Metoda pozwalająca na analizę obszarów zaangażowanych w zadania poznawcze, przez porównywanie obrazów z różnych warunków eksperymentalnych i próby kontrolnej. Np. analiza różnic w aktywności podczas przetwarzania rzeczowników i czasowników regularnych i nieregularnych, albo zdań o różnym stopniu złożoności. Takie badania mogą pozwolić na odnalezienie korelacji między strukturą i funkcją. Słaba rozdzielczość czasowa wynikająca z powolnego przepływu krwi. Metoda nieskuteczna w badaniach w czasie rzeczywistym.

Metody badań; cd.

Lezje. Badania na pacjentach z uszkodzonymi mózgami. Płat skroniowy – problemy ze zdolnościami leksykalnymi(struktura - funkcja). Metoda dobra dla określenia pozycji anatomicznej. Ograniczenia tej metody – etyczne, tylko pacjenci po „naturalnych” urazach, udarach. Metoda może być stosowana u dzieci z powodu plastyczności i większych zdolności do kompensacji.

Metody badań; cd.

ERP(Event-related potentials). Podawanie bodźca i próba kontrolna oraz porównywanie obu wyników. Wada – rozdzielczość przestrzenna.

MEG. Porównywanie warunków eksperymentalnych i analiza pola magnetycznego. Mówi – nie mówi. Wady – słaba rozdzielczość przestrzenna.

Leksyka.

Słowa, dźwięki i znaczenie: płat skroniowy nie działa sam. Oprócz płata skroniowego inne obszary również biorą udział w przetwarzaniu i wiedzy leksykalnej.

Zakręt nadbrzeżny – kodowanie formy wyrazów oraz fonologia.

Pola Brodmanna 6 i 44 odgrywają rolę w fonologicznej pamięci roboczej.

Prawa półkula móżdżku i projekcje do lewej półkuli, podstawa przeszukiwanie wiedzy leksykalnej.

Leksyka; cd. Jądra podstawy oraz pole Broki – pobieranie z zasobów leksykalnych.

Zakręt czołowy dolny:

Tylkna część, BA44 – wybór między alternatywnymi słowami.

Środkowa część, BA45, 47 – wyszukiwanie słów.

Przednia część, BA10 – weryfikacja i kontrola już pobranych słów. Jaka jest różnica między „żyrafą” a „śrubokrętem”?

Znaczenia słów należących do różnych kategorii pojęciowych zależą od tego w jakiej sieci neuronów się zawierają. Znaczenie zależy od obszarów położonych w obrębie struktury odpowiadającej słowu. Podczas zadań nielingwistycznych dotyczących jakichś pojęć, aktywne są obszary, które aktywne są również podczas mówienia. Np. Słowa odnoszące się do jakichś silnie wizualnych aspektów aktywują brzuszne obszary skroniowo-potyliczne, tuż przy korze wzrokowej.

cd.

W rzeczywistości poszczególne regiony w tym obszarze, a nawet poszczególne neurony, wydają się być wyspecjalizowane w różnych kategoriach. Analogiczna sytuacja występuje podczas używania czasowników odnoszących się do ruchu, tu aktywują się tylno-boczna część płata skroniowego powiązana z obszarami odpowiadającymi za percepcję ruchu.

Hipoteza semantyczna.

Hipoteza ta wiąże się z odmienną reprezentacją czasowników i rzeczowników.

Czasowniki – lewa kora czołowa.

Rzeczowniki – lewa kora skroniowa.

Hipoteza semantyczna – czasowniki odpowiadają raczej ruchowi, rzeczowniki – mają wizualny aspekt.

Acetylocholina i estrogen.

ACh związana jest z funkcjonowaniem hipokampa. Wydaje się mieć związek z uczeniem się leksykalnym(form wyrazów). Skopolamina(bloker ACh) upośledza zdolność zapamiętywania słów, pozostawiając nienaruszoną pamięć operacyjną oraz nabytą wcześniej wiedzę leksykalno – semantyczną. Ponadto przypadki Alzheimera, gdzie aktywność ACh w hipokampie jest upośledzona, pokazują zaburzenia w uczeniu się form wyrazów oraz znaczeń(inhibitory zwiększające ilość ACh poprawia te zdolności – inhibitor cholinesterazy).

Acetylocholina i estrogen; cd.

Estrogen – modulator przyswajania i przetwarzania wiedzy leksykalnej i semantycznej. Podawany u kobiet po menopauzie poprawia zdolności do zapamiętywania form wyrazów oraz zwiększa zdolność do generowania słów w obrębie jakiejś kategorii. U mężczyzn działa podobnie(Miles et al. 1998).

Składnia.

Ze względu na złożoność składni jej mechanizmy i podłoże biologiczne jest mniej poznane niż leksykon.

Składnia; cd.

Pole Broki – ośrodek najbardziej zaangażowany w przetwarzanie gramatyki(produkowanie i rozumienie) Oprócz pola Broki (BA44 i 45), również BA47 i dalej do przodu. Większa aktywność przy zdaniach złożonych B44(The juice that the child spilled stained the rug), przy mniej złożonych, mniejsza(The child spilled the juice that stained the rug) (Stromswold et al. 1996 badania PET). Aktywność pola Broki jest też większa im bardziej złożone konstrukty lingwistyczne są produkowane, jest też większa podczas ekspresji niż czytania.

Składnia; cd.

Jądra podstawy i kora skroniowa przednia i tylna(głównie lewa).

Przednia część – dostęp do gramatycznych kategorii słów, to z kolei wiąże się na bieżąco z polem Broki.

Tylna część – stąd wsparcie słuchowej pamięci roboczej dla przetwarzania gramatyki.

Neurokognitywna perspektywa przechowywania i przetwarzania języka.

Język z tej perspektywy to zdolność wynikająca z wielu funkcjonalnych systemów i biologicznych podstaw pamięci, które biorą również udział w zadaniach nielingwistycznych.

Model deklaratywno - proceduralny.

Dwa systemy pamięciowe: pamięć deklaratywna i proceduralna, jako systemy leżące u podstaw kolejno: słownictwa i gramatyki. Badania porównawcze funkcji lingwistycznych i nielingwistycznych dostarczają dane pozwalające zrozumieć naturę języka.

Pamięć deklaratywna.

Szczególnie ważna dla kontekstowego przetwarzania informacji, wiązanie ze sobą informacji. Pozwala na szybkie uczenie się nowych asocjacji, związków znaczeniowych. Struktury – hipokamp oraz przyśrodkowe okolice płata skroniowego. Połączone z powierzchnią kory skroniowej i potylicznej. Modulatory – estrogen i Ach. Tu „znajdują się”: słowa, znaczenia, reprezentacje specyficznych, nieklarownych zwrotów(np. idiomów), proste i uporządkowane zwroty(również zawierające czasowniki).

Pamięć deklaratywna; cd.

W uproszczeniu – w tym obszarze reprezentowane są prostsze i mniejsze „kawałki” struktur językowych, ich formy i znaczenie(złożoność tych reprezentacji zależy od czynników indywidualnych: częstotliwość używania, hormony, wiek przyswajania zwrotów). Oprócz funkcji przechowywania „kawałków”, obszary te biorą również udział w zapamiętywaniu przez analogię, czy generalizowanie do wcześniej nabytych form(Np. Formy przeszłe mogą korzystać z wcześniejszych śladów pamięciowych - sing-sang, spring-sprang).

Pamięć proceduralna.

Kontrola motoryczna, umiejętności, nawyki, zdolności związane z sekwencyjnością i hierarchicznością, łatwy i szybki dostęp do już wyuczonych zachowań. Struktury: jądra podstawne, kora czołowa, głównie przedruchowa, kora asocjacyjna BA44, 45(pole Broki). Neurotransmiter – dopamina. Odpowiada za przetwarzanie gramatyki – łączenie słów, przetwarzanie zwrotów i struktury, sekwencyjność i hierarchiczność struktury językowej, zarówno morfologii i składni. Model deklaratywno - proceduralny.

W modelu deklaratywno – proceduralnym oba rodzaje pamięci odgrywają analogiczną rolę w zadaniach lingwistycznych i nielingwistycznych.

Struktura hipokamp – kora skroniowa, czyli pamięć deklaratywna ==> zdolności leksykalne, formy wyrazów, znaczenie.

Pamięć proceduralna(jądra podstawy, kora czołowa, głównie przedruchowa, kora asocjacyjna BA44, 45) – sekwencje, hierarchia, zarówno w działaniach nielingwistycznych i lingwistycznych – gramatyka.

Literatura.
Hickok, G. and Poeppel, D. 2004, "Special issue: Towards a new functional anatomy of language," Cognition 92(1-2). This special issue is dedicated to current evidence and theories on the brain bases of language.

Walenski, Matthew, and Michael T. Ullman. 2005. “The science of language.” The Linguistic Review 22(2-4):327-346.

Poeppel, David, and Gregory Hickok. 2004. “Towards a new functional anatomy of language.” Cognition 92(1-2):1-12.

Fasold Ralph W., Jeff Connor-Linton. 2006. “An Introduction to Language and Linguistics”. Cambridge University Press. Chapter 7. Michael T. Ullman, Language and the Brain. _________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Plan.

>>> //Hickok, G. and Poeppel, D. 2004, "Special issue: Towards a new functional anatomy of language," Cognition 92(1-2). This special issue is dedicated to current evidence and theories on the brain bases of language.// >>> //Walenski, Matthew, and Michael T. Ullman. 2005. “The science of language.” The Linguistic Review 22(2-4):327-346.// >>> //Poeppel, David, and Gregory Hickok. 2004. “Towards a new functional anatomy of language.” Cognition 92(1-2):1-12.// >>> //Fasold Ralph W., Jeff Connor-Linton. 2006. “An Introduction to Language and Linguistics”. Cambridge University Press. Chapter 7. Michael T. Ullman, Language and the Brain.// >>> //Chang, Kai-min Kevin, Tom Mitchell, and Marcel Adam Just. 2011. “Quantitative modeling of the neural representation of objects: how semantic feature norms can account for fMRI activation.” NeuroImage 56(2):716-27.// >>> //Just, Marcel Adam, and Sashank Varma. 2007. “The organization of thinking: what functional brain imaging reveals about the neuroarchitecture of complex cognition.” Cognitive, affective & behavioral neuroscience 7(3):153-91.// >>> //Pulvermüller, F. 2002.//  //The neuroscience of language: on brain circuits of words and serial order.// >>> //Shinkareva, Svetlana V, Vicente L Malave, Robert a Mason, Tom M Mitchell, and Marcel Adam Just. 2011. “Commonality of neural representations of words and pictures.” NeuroImage 54(3):2418-25.// >> //Just, Marcel Adam, Patricia A Carpenter, and Sashank Varma. 1999. “Computational modeling of high-level cognition and brain function Computational Modeling of High-Level Cognition and Brain Function.” Thinking (January).// >> //Just, Marcel Adam, Vladimir L Cherkassky, Sandesh Aryal, and Tom M Mitchell. 2010. “A neurosemantic theory of concrete noun representation based on the underlying brain codes.” PloS one 5(1):e8622. Retrieved July 11, 2011;// >> //Just, Marcel Adam, and Sashank Varma. 2007. “The organization of thinking: what functional brain imaging reveals about the neuroarchitecture of complex cognition.” Cognitive, affective & behavioral neuroscience 7(3):153-91.// >> //Hauk, Olaf. 2004. “Neurophysiological distinction of action words in the fronto‐central cortex.” Human brain mapping 201:191-201. Retrieved March 20, 2012;// >> //Pulvermüller, F, M Härle, and F Hummel. 2001. “Walking or talking? Behavioral and neurophysiological correlates of action verb processing.” Brain and language 78(2):143-68. Retrieved March 3, 2012;// >> //Pulvermüller, F. 2005. “Brain mechanisms linking language and action.” Nature Reviews Neuroscience 6(7):576–582.// >> //Pulvermüller, F. 2002. The neuroscience of language: on brain circuits of words and serial order. Cambridge Univ Pr Retrieved March 9, 2012;// >> //Pulvermüller, Friedemann. 2002. “A brain perspective on language mechanisms: from discrete neuronal ensembles to serial order.” Progress in neurobiology 67(2):85-111.// >> <span style="font-family: Times New Roman,serif;">//Tettamanti, Marco et al. 2005. “Listening to action-related sentences activates fronto-parietal motor circuits.” Journal of cognitive neuroscience 17(2):273-81.//
 * Wstęp.
 * Biologiczne podstawy języka.
 * Podstawowe zagadnienia:
 * struktura – funkcja;
 * wspólne podłoże neuronalne dla funkcji językowych i niejęzykowych;
 * wielopoziomowy charakter badań nad biologicznymi podstawami języka: gen, neuroprzekaźnik, rodzaje neuronów, sieci neuronów;
 * rozróżnienie części mowy na podstawie funkcjonalnego kryterium (leksyka, składnia);
 * <span style="font-family: Times New Roman,serif;">Cognitive architecture. Trzy modele funkcjonowania kory.
 * <span style="font-family: Times New Roman,serif;">CAPS, 3CAPS, 4CAPS. 6 podstawowych reguł działania kory;
 * <span style="font-family: Times New Roman,serif;">ACT – R – //J. R. Anderson.//
 * <span style="font-family: Times New Roman,serif;">model zaproponowany przez Pulvermullera:
 * <span style="font-family: Times New Roman,serif;">korelacyjne //uczenie się// sieci;
 * <span style="font-family: Times New Roman,serif;">rozsiane kodowanie;
 * <span style="font-family: Times New Roman,serif;">cybernetic feedback ;
 * <span style="font-family: Times New Roman,serif;">Przetwarzanie języka przez mózg.
 * <span style="font-family: Times New Roman,serif;">przetwarzanie rzeczowników;
 * <span style="font-family: Times New Roman,serif;">przetwarzanie action words;
 * <span style="font-family: Times New Roman,serif;">przetwarzanie pojęć abstrakcyjnych;
 * <span style="font-family: Times New Roman,serif;">Zmiany zdolności językowych w chorobach neurodegeneracyjnych. Testy językowe jako wstępna diagnoza.
 * <span style="font-family: Times New Roman,serif;">Wnioski.