Neurolingüística

Neurolingüística es el estudio de los mecanismos neurales en el cerebro humano que controla la comprensión, producción y adquisición del lenguaje. Como campo interdisciplinario, la neurolingüística extrae métodos y teorías de campos como la neurociencia, la lingüística, la ciencia cognitiva, los trastornos de la comunicación y la neuropsicología. Los investigadores se sienten atraídos por el campo desde una variedad de antecedentes, aportando una variedad de técnicas experimentales, así como perspectivas teóricas muy variadas. Gran parte del trabajo en neurolingüística se basa en modelos de psicolingüística y lingüística teórica, y se centra en investigar cómo el cerebro puede implementar los procesos que la teoría y la psicolingüística proponen que son necesarios para producir y comprender el lenguaje.

Historia

La neurolingüística tiene sus raíces históricas en el desarrollo de la afasiología en el siglo XIX, el estudio de los déficits lingüísticos (afasias) que ocurren como resultado de un daño cerebral. La afasiología intenta correlacionar la estructura con la función mediante el análisis del efecto de las lesiones cerebrales en el procesamiento del lenguaje. Una de las primeras personas en establecer una conexión entre un área particular del cerebro y el procesamiento del lenguaje fue Paul Broca, un cirujano francés que realizó autopsias en numerosas personas que tenían deficiencias en el habla y descubrió que la mayoría de ellas tenían daño cerebral (o lesiones).) en el lóbulo frontal izquierdo, en un área ahora conocida como área de Broca. Los frenólogos habían afirmado a principios del siglo XIX que diferentes regiones del cerebro realizaban diferentes funciones y que el lenguaje estaba controlado principalmente por las regiones frontales del cerebro, pero la investigación de Broca fue posiblemente la primera en ofrecer evidencia empírica de tal relación, y ha ha sido descrito como "de época" y "fundamental" en los campos de la neurolingüística y la ciencia cognitiva. Más tarde, Carl Wernicke, por quien se nombra el área de Wernicke, propuso que diferentes áreas del cerebro se especializaran para diferentes tareas lingüísticas, con el área de Broca manejando la producción motora del habla y el área de Wernicke manejando la comprensión auditiva del habla. El trabajo de Broca y Wernicke estableció el campo de la afasiología y la idea de que el lenguaje se puede estudiar mediante el examen de las características físicas del cerebro. Los primeros trabajos en afasiología también se beneficiaron del trabajo de principios del siglo XX de Korbinian Brodmann, quien "trazó un mapa" de la superficie del cerebro, dividiéndola en áreas numeradas según la citoarquitectura (estructura celular) y función de cada área; estas áreas, conocidas como áreas de Brodmann, todavía se usan ampliamente en la neurociencia en la actualidad.

La acuñación del término neurolingüística a finales de los años cuarenta y cincuenta se atribuye a Edith Crowell Trager, Henri Hecaen y Alexandr Luria. El libro de Luria "Problemas en neurolingüística" es probablemente el primer libro con "neurolingüística" en el título. Harry Whitaker popularizó la neurolingüística en los Estados Unidos en la década de 1970, fundando la revista "Brain and Language" en 1974.

Aunque la afasiología es el núcleo histórico de la neurolingüística, en los últimos años el campo se ha ampliado considerablemente, en parte gracias a la aparición de nuevas tecnologías de imagen cerebral (como PET y fMRI) y técnicas electrofisiológicas sensibles al tiempo (EEG y MEG), que pueden resaltar patrones de activación cerebral a medida que las personas se involucran en diversas tareas lingüísticas. Las técnicas electrofisiológicas, en particular, surgieron como un método viable para el estudio del lenguaje en 1980 con el descubrimiento del N400, una respuesta cerebral que demostró ser sensible a los problemas semánticos en la comprensión del lenguaje. El N400 fue el primer evento potencial relacionado con el idioma que se identificó y, desde su descubrimiento, EEG y MEG se han utilizado cada vez más para realizar investigaciones lingüísticas.

Disciplina

Interacción con otros campos.

La neurolingüística está estrechamente relacionada con el campo de la psicolingüística, que busca dilucidar los mecanismos cognitivos del lenguaje empleando las técnicas tradicionales de la psicología experimental. Hoy en día, las teorías psicolingüísticas y neurolingüísticas a menudo se informan entre sí y hay mucha colaboración entre los dos campos.

Gran parte del trabajo en neurolingüística implica probar y evaluar teorías presentadas por psicolingüistas y lingüistas teóricos. En general, los lingüistas teóricos proponen modelos para explicar la estructura del lenguaje y cómo se organiza la información del lenguaje, los psicolingüistas proponen modelos y algoritmos para explicar cómo se procesa la información del lenguaje en la mente, y los neurolingüistas analizan la actividad cerebral para inferir cómo las estructuras biológicas (poblaciones y redes) de neuronas) llevan a cabo esos algoritmos de procesamiento psicolingüístico. Por ejemplo, los experimentos en el procesamiento de oraciones han utilizado las respuestas cerebrales ELAN, N400 y P600 para examinar cómo las respuestas cerebrales fisiológicas reflejan las diferentes predicciones de los modelos de procesamiento de oraciones presentados por psicolingüistas, como el modelo "en serie" de Janet Fodor y Lyn Frazier.y el "modelo de unificación" de Theo Vosse y Gerard Kempen. Los neurolingüistas también pueden hacer nuevas predicciones sobre la estructura y organización del lenguaje basadas en conocimientos sobre la fisiología del cerebro, "generalizando a partir del conocimiento de las estructuras neurológicas a la estructura del lenguaje".

La investigación en neurolingüística se lleva a cabo en todas las áreas principales de la lingüística; los principales subcampos lingüísticos y cómo los aborda la neurolingüística se dan en la siguiente tabla.

subcampo	Descripción	Preguntas de investigación en neurolingüística
Fonética	el estudio de los sonidos del habla	cómo el cerebro extrae los sonidos del habla de una señal acústica, cómo el cerebro separa los sonidos del habla del ruido de fondo
Fonología	el estudio de cómo se organizan los sonidos en un idioma	cómo se representa en el cerebro el sistema fonológico de un idioma en particular
Morfología y lexicología	el estudio de cómo se estructuran y almacenan las palabras en el léxico mental	cómo el cerebro almacena y accede a las palabras que una persona conoce
Sintaxis	el estudio de cómo se construyen los enunciados de varias palabras	cómo el cerebro combina palabras en constituyentes y oraciones; cómo se usa la información estructural y semántica para comprender oraciones
Semántica	el estudio de cómo se codifica el significado en el lenguaje

Temas considerados

La investigación en neurolingüística investiga varios temas, incluido dónde se procesa la información del lenguaje, cómo se desarrolla el procesamiento del lenguaje con el tiempo, cómo se relacionan las estructuras cerebrales con la adquisición y el aprendizaje del lenguaje, y cómo la neurofisiología puede contribuir a la patología del habla y el lenguaje.

Localizaciones de los procesos del lenguaje

Gran parte del trabajo en neurolingüística, como los primeros estudios de Broca y Wernicke, ha investigado las ubicaciones de "módulos" de lenguaje específicos dentro del cerebro. Las preguntas de investigación incluyen qué curso sigue la información del lenguaje a través del cerebro a medida que se procesa, si áreas particulares se especializan o no en procesar tipos particulares de información, cómo las diferentes regiones del cerebro interactúan entre sí en el procesamiento del lenguaje y cómo difieren las ubicaciones de activación del cerebro cuando un sujeto está produciendo o percibiendo un idioma que no es su lengua materna.

Curso temporal de los procesos del lenguaje

Otra área de la literatura neurolingüística involucra el uso de técnicas electrofisiológicas para analizar el procesamiento rápido del lenguaje en el tiempo. El ordenamiento temporal de patrones específicos de actividad cerebral puede reflejar procesos computacionales discretos que experimenta el cerebro durante el procesamiento del lenguaje; por ejemplo, una teoría neurolingüística del análisis sintáctico de oraciones propone que tres respuestas cerebrales (ELAN, N400 y P600) son productos de tres pasos diferentes en el procesamiento sintáctico y semántico.

Adquisición lingüística

Otro tema es la relación entre las estructuras cerebrales y la adquisición del lenguaje. La investigación sobre la adquisición del primer idioma ya ha establecido que los bebés de todos los entornos lingüísticos atraviesan etapas similares y predecibles (como el balbuceo), y algunas investigaciones neurolingüísticas intentan encontrar correlaciones entre las etapas del desarrollo del lenguaje y las etapas del desarrollo del cerebro, mientras que otras investigaciones investigan la cambios físicos (conocidos como neuroplasticidad) que experimenta el cerebro durante la adquisición de un segundo idioma, cuando los adultos aprenden un nuevo idioma. La neuroplasticidad se observa cuando se induce tanto la adquisición de un segundo idioma como la experiencia de aprendizaje de idiomas, el resultado de esta exposición del idioma concluye que se podría encontrar un aumento de la materia gris y blanca en niños, adultos jóvenes y ancianos.

Ping Li, Jennifer Legault, Kaitlyn A. Litcofsky, mayo de 2014. La neuroplasticidad como función del aprendizaje de un segundo idioma: cambios anatómicos en el cerebro humano Cortex: una revista dedicada al estudio del sistema nervioso y el comportamiento, 410.1016/j.cortex. 2014.05.00124996640

Patología del lenguaje

Las técnicas neurolingüísticas también se utilizan para estudiar trastornos y fallas en el lenguaje, como la afasia y la dislexia, y cómo se relacionan con las características físicas del cerebro.

Tecnología utilizada

Dado que uno de los enfoques de este campo es la prueba de modelos lingüísticos y psicolingüísticos, la tecnología utilizada para los experimentos es muy relevante para el estudio de la neurolingüística. Las modernas técnicas de imagen cerebral han contribuido en gran medida a una mayor comprensión de la organización anatómica de las funciones lingüísticas. Los métodos de obtención de imágenes cerebrales utilizados en neurolingüística se pueden clasificar en métodos hemodinámicos, métodos electrofisiológicos y métodos que estimulan la corteza directamente.

Hemodinámico

Las técnicas hemodinámicas aprovechan el hecho de que cuando un área del cerebro trabaja en una tarea, se envía sangre para suministrar oxígeno a esa área (en lo que se conoce como respuesta dependiente del nivel de oxígeno en sangre, o BOLD, por sus siglas en inglés). Tales técnicas incluyen PET y fMRI. Estas técnicas proporcionan una alta resolución espacial, lo que permite a los investigadores identificar la ubicación de la actividad dentro del cerebro; la resolución temporal (o información sobre el momento de la actividad cerebral), por otro lado, es pobre, ya que la respuesta BOLD ocurre mucho más lentamente que el procesamiento del lenguaje. Además de demostrar qué partes del cerebro pueden contribuir a tareas o cálculos específicos del lenguaje, También se han utilizado métodos hemodinámicos para demostrar cómo la estructura de la arquitectura del lenguaje del cerebro y la distribución de la activación relacionada con el lenguaje pueden cambiar con el tiempo, en función de la exposición lingüística.

Además de PET y fMRI, que muestran qué áreas del cerebro se activan con ciertas tareas, los investigadores también usan imágenes de tensor de difusión (DTI), que muestran las vías neuronales que conectan diferentes áreas del cerebro, lo que brinda información sobre cómo interactúan las diferentes áreas. La espectroscopia funcional de infrarrojo cercano (fNIRS) es otro método hemodinámico utilizado en tareas de lenguaje.

Electrofisiológico

Las técnicas electrofisiológicas aprovechan el hecho de que cuando un grupo de neuronas en el cerebro disparan juntas, crean un dipolo o corriente eléctrica. La técnica de EEG mide esta corriente eléctrica usando sensores en el cuero cabelludo, mientras que MEG mide los campos magnéticos que son generados por estas corrientes. Además de estos métodos no invasivos, la electrocorticografía también se ha utilizado para estudiar el procesamiento del lenguaje. Estas técnicas son capaces de medir la actividad cerebral de un milisegundo a otro, proporcionando una excelente resolución temporal, lo cual es importante para estudiar procesos que tienen lugar tan rápidamente como la comprensión y producción del lenguaje. Por otro lado, la ubicación de la actividad cerebral puede ser difícil de identificar en el EEG;en consecuencia, esta técnica se utiliza principalmente para saber cómo se llevan a cabo los procesos del lenguaje, más que dónde. La investigación que usa EEG y MEG generalmente se enfoca en los potenciales relacionados con eventos (ERP), que son respuestas cerebrales distintas (generalmente se presentan como picos negativos o positivos en un gráfico de actividad neuronal) provocadas en respuesta a un estímulo particular. Los estudios que utilizan ERP pueden centrarse en la latencia de cada ERP (cuánto tiempo después del estímulo el ERP comienza o alcanza su punto máximo), la amplitud (cuán alto o bajo es el pico) o la topografía (dónde en el cuero cabelludo los sensores detectan la respuesta del ERP).Algunos componentes ERP importantes y comunes incluyen el N400 (una negatividad que ocurre con una latencia de aproximadamente 400 milisegundos), la negatividad de desajuste, la negatividad anterior izquierda temprana (una negatividad que ocurre con una latencia temprana y una topografía frontal izquierda), el P600, y el potencial de preparación lateralizado.

Diseño experimental

Técnicas experimentales

Los neurolingüistas emplean una variedad de técnicas experimentales para usar imágenes cerebrales para sacar conclusiones sobre cómo se representa y procesa el lenguaje en el cerebro. Estas técnicas incluyen el paradigma de sustracción, el diseño de desajustes, estudios basados ​​en violaciones, varias formas de cebado y estimulación directa del cerebro.

Sustracción

Muchos estudios de lenguaje, particularmente en IRMf, utilizan el paradigma de la sustracción, en el que la activación cerebral en una tarea que se cree que involucra algún aspecto del procesamiento del lenguaje se compara con la activación en una tarea de referencia que se cree que involucra procesos no lingüísticos similares pero que no involucran el proceso lingüístico. proceso. Por ejemplo, las activaciones mientras los participantes leen palabras pueden compararse con las activaciones de referencia mientras los participantes leen cadenas de letras aleatorias (en un intento de aislar la activación relacionada con el procesamiento léxico, el procesamiento de palabras reales), o las activaciones mientras los participantes leen oraciones sintácticamente complejas pueden compararse a las activaciones de línea de base mientras los participantes leen oraciones más simples.

Paradigma de desajuste

La negatividad de desajuste (MMN) es un componente ERP rigurosamente documentado que se usa con frecuencia en experimentos neurolingüísticos. Es una respuesta electrofisiológica que ocurre en el cerebro cuando un sujeto escucha un estímulo "desviado" en un conjunto de "estándares" perceptualmente idénticos (como en la secuencia sssssssddsssssssdsssss d). Dado que el MMN se provoca solo en respuesta a un raro estímulo "bicho raro" en un conjunto de otros estímulos que se perciben como iguales, se ha utilizado para probar cómo los hablantes perciben los sonidos y organizan los estímulos categóricamente.Por ejemplo, un estudio histórico realizado por Colin Phillips y sus colegas utilizó la negatividad del desajuste como evidencia de que los sujetos, cuando se les presentaba una serie de sonidos del habla con parámetros acústicos, percibían todos los sonidos como /t/ o /d/ a pesar de la acústica. variabilidad, lo que sugiere que el cerebro humano tiene representaciones de fonemas abstractos; en otras palabras, los sujetos "oían" no las características acústicas específicas, sino solo los fonemas abstractos. Además, la negatividad del desajuste se ha utilizado para estudiar el procesamiento sintáctico y el reconocimiento de categorías de palabras.

Basado en violaciones

Muchos estudios en neurolingüística aprovechan anomalías o violaciones de reglas sintácticas o semánticas en estímulos experimentales y analizan las respuestas cerebrales provocadas cuando un sujeto se encuentra con estas violaciones. Por ejemplo, las oraciones que comienzan con frases como * el jardín estaba en el trabajado, que viola una regla de estructura de frases en inglés, a menudo provocan una respuesta cerebral llamada negatividad anterior izquierda temprana (ELAN). Las técnicas de violación han estado en uso desde al menos 1980, cuando Kutas y Hillyard reportaron por primera vez evidencia ERP de que las violaciones semánticas provocaron un efecto N400. Usando métodos similares, en 1992, Lee Osterhout informó por primera vez la respuesta de P600 a anomalías sintácticas.Los diseños de violación también se han usado para estudios hemodinámicos (fMRI y PET): Embick y sus colegas, por ejemplo, usaron violaciones gramaticales y ortográficas para investigar la ubicación del procesamiento sintáctico en el cerebro usando fMRI. Otro uso común de los diseños de violación es combinar dos tipos de violaciones en la misma oración y, por lo tanto, hacer predicciones sobre cómo interactúan entre sí los diferentes procesos del lenguaje; este tipo de estudio de violaciones cruzadas se ha utilizado ampliamente para investigar cómo interactúan los procesos sintácticos y semánticos mientras las personas leen o escuchan oraciones.

Cebado

En psicolingüística y neurolingüística, el priming se refiere al fenómeno por el cual un sujeto puede reconocer una palabra más rápidamente si se le ha presentado recientemente una palabra que es similar en significado o composición morfológica (es decir, compuesta de partes similares). Si a un sujeto se le presenta una palabra "principal" como médico y luego una palabra "objetivo" como enfermera, si el sujeto tiene un tiempo de respuesta más rápido de lo habitual para amamantar, entonces el experimentador puede suponer que la palabra enfermera está en el cerebro. ya se había accedido cuando se accedió a la palabra doctor.El priming se utiliza para investigar una amplia variedad de preguntas sobre cómo se almacenan y recuperan las palabras en el cerebro y cómo se procesan las oraciones estructuralmente complejas.

Estímulo

La estimulación magnética transcraneal (TMS), una nueva técnica no invasiva para estudiar la actividad cerebral, utiliza campos magnéticos potentes que se aplican al cerebro desde fuera de la cabeza. Es un método para excitar o interrumpir la actividad cerebral en una ubicación específica y controlada y, por lo tanto, es capaz de imitar los síntomas afásicos mientras le da al investigador más control sobre exactamente qué partes del cerebro se examinarán. Como tal, es una alternativa menos invasiva a la estimulación cortical directa, que se puede usar para tipos de investigación similares pero requiere que se extraiga el cuero cabelludo del sujeto y, por lo tanto, solo se usa en personas que ya se someten a una operación cerebral importante (como personas sometidas a cirugía por epilepsia). La lógica detrás de la TMS y la estimulación cortical directa es similar a la lógica detrás de la afasiología: si una función del lenguaje en particular se ve afectada cuando una región específica del cerebro queda fuera de combate, entonces esa región debe estar implicada de alguna manera en esa función del lenguaje. Pocos estudios neurolingüísticos hasta la fecha han utilizado TMS; La estimulación cortical directa y el registro cortical (registro de la actividad cerebral mediante electrodos colocados directamente en el cerebro) se han utilizado con monos macacos para hacer predicciones sobre el comportamiento de los cerebros humanos.

Tareas del sujeto

En muchos experimentos de neurolingüística, los sujetos no simplemente se sientan y escuchan o miran los estímulos, sino que también reciben instrucciones para realizar algún tipo de tarea en respuesta a los estímulos. Los sujetos realizan estas tareas mientras se toman registros (electrofisiológicos o hemodinámicos), generalmente para asegurarse de que están prestando atención a los estímulos. Al menos un estudio ha sugerido que la tarea que realiza el sujeto tiene un efecto sobre las respuestas cerebrales y los resultados del experimento.

Decisión léxica

La tarea de decisión léxica implica que los sujetos vean o escuchen una palabra aislada y respondan si es o no una palabra real. Se usa con frecuencia en estudios de preparación, ya que se sabe que los sujetos toman una decisión léxica más rápidamente si una palabra ha sido preparada por una palabra relacionada (como en "doctor" priming "nurse").

Juicio de gramaticalidad, juicio de aceptabilidad

Muchos estudios, especialmente los estudios basados ​​en violaciones, hacen que los sujetos tomen una decisión sobre la "aceptabilidad" (generalmente aceptabilidad gramatical o aceptabilidad semántica) de los estímulos. Tal tarea se usa a menudo para "garantizar que los sujetos [estén] leyendo las oraciones con atención y que [distingan] las oraciones aceptables de las inaceptables en la forma en que el [experimentador] espera que lo hagan".

La evidencia experimental ha demostrado que las instrucciones dadas a los sujetos en una tarea de juicio de aceptabilidad pueden influir en las respuestas cerebrales de los sujetos a los estímulos. Un experimento mostró que cuando se les pedía a los sujetos que juzgaran la "aceptabilidad" de las oraciones, no mostraban una respuesta cerebral N400 (una respuesta comúnmente asociada con el procesamiento semántico), pero sí mostraban esa respuesta cuando se les pedía que ignoraran la aceptabilidad gramatical y solo juzgaran si las oraciones "tenían sentido" o no.

Verificación de sonda

Algunos estudios utilizan una tarea de "verificación de prueba" en lugar de un juicio de aceptabilidad abierto; en este paradigma, cada oración experimental va seguida de una "palabra de prueba", y los sujetos deben responder si la palabra de prueba había aparecido o no en la oración. Esta tarea, al igual que la tarea de juicio de aceptabilidad, asegura que los sujetos lean o escuchen con atención, pero puede evitar algunas de las demandas de procesamiento adicionales de los juicios de aceptabilidad, y puede usarse sin importar qué tipo de violación se presente en el estudio.

Juicio de valor de verdad

Se puede instruir a los sujetos para que no juzguen si la oración es gramaticalmente aceptable o lógica, sino si la proposición expresada por la oración es verdadera o falsa. Esta tarea se utiliza comúnmente en los estudios psicolingüísticos del lenguaje infantil.

Distracción activa y doble tarea

Algunos experimentos les dan a los sujetos una tarea de "distracción" para garantizar que los sujetos no presten atención conscientemente a los estímulos experimentales; esto se puede hacer para probar si un determinado cálculo en el cerebro se lleva a cabo automáticamente, independientemente de si el sujeto le dedica recursos atencionales. Por ejemplo, un estudio hizo que los sujetos escucharan tonos no lingüísticos (pitidos largos y zumbidos) en un oído y hablar en el otro oído, y les indicó que presionaran un botón cuando percibieran un cambio en el tono; esto supuestamente hizo que los sujetos no prestaran atención explícita a las violaciones gramaticales en los estímulos del habla. Los sujetos mostraron una respuesta de desajuste (MMN) de todos modos, lo que sugiere que el procesamiento de los errores gramaticales estaba ocurriendo automáticamente, independientemente de la atención.—o al menos que los sujetos no pudieron separar conscientemente su atención de los estímulos del habla.

Otra forma de experimento relacionada es el experimento de doble tarea, en el que un sujeto debe realizar una tarea adicional (como tocar secuencialmente con los dedos o articular sílabas sin sentido) mientras responde a estímulos lingüísticos; este tipo de experimento se ha utilizado para investigar el uso de la memoria de trabajo en el procesamiento del lenguaje.