علوم اعصاب شناختی؛ زبان؛ پردازش معنایی و نحوی زبان

۱۱.۴ Language Comprehension: Later Steps

۱۱.۴ درک زبان: مراحل بعدی

We come now to the point where auditory and visual word comprehension share processing components. Once a phonological or visual representation is identified as a word, then for it to gain any meaning, semantic and syntactic information must be retrieved. Usually, words are not processed in isolation but in the context of other words (sentences, stories, etc.). To understand words in their context, we have to integrate syntactic and semantic properties of the recognized word into a representation of the whole utterance.

اکنون به نقطه ای می‌رسیم که درک کلمه شنیداری و بصری اجزای پردازش را به اشتراک می‌گذارند. هنگامی‌که یک نمایش واجی یا بصری به عنوان یک کلمه شناسایی می‌شود، برای به دست آوردن هر معنایی، باید اطلاعات معنایی و نحوی بازیابی شود. معمولاً کلمات به صورت مجزا پردازش نمی‌شوند، بلکه در چارچوب کلمات دیگر (جملات، داستان‌ها و غیره) پردازش می‌شوند. برای درک کلمات در بافت آنها، ما باید ویژگی‌های نحوی و معنایی کلمه شناسایی شده را در نمایشی از کل گفته ادغام کنیم.

The Role of Context in Word Recognition

نقش زمینه در تشخیص کلمه

At what point during language comprehension do linguistic and nonlinguistic contexts (e.g., information seen in pictures) influence word processing? Is it possible to retrieve word meanings before words are heard or seen when the word meanings are highly predictable in the context? More specifically, does context influence word processing before or after lexical access and lexical selection are complete?

در چه مرحله ای از درک زبان، زمینه‌های زبانی و غیرزبانی (مثلاً اطلاعاتی که در تصاویر دیده می‌شود) بر پردازش کلمه تأثیر می‌گذارند؟ آیا می‌توان معانی کلمات را قبل از شنیدن یا دیدن کلمات در زمانی که معانی کلمه در متن بسیار قابل پیش بینی است بازیابی کرد؟ به طور خاص تر، آیا زمینه بر پردازش کلمه قبل یا بعد از تکمیل دسترسی واژگانی و انتخاب واژگان تأثیر می‌گذارد؟

Consider the following sentence, which ends with a word that has more than one meaning: “The tall man planted a tree on the bank.” Bank can mean both “financial institution” and “side of a river.” Semantic integration of the meaning of the final word bank into the context of the sentence enables us to interpret bank as the “side of a river” and not as a “financial institution.” The relevant question is, When does the sentence’s context influence activation of the multiple meanings of the word bank? Do both the contextually appropriate meaning of bank (in this case “side of a river”) and the contextually inappropriate meaning (in this case “financial institution”) become briefly activated, regardless of the context of the sentence? Or does the sentence context immediately constrain activation to the contextually appropriate meaning of the word bank?

جمله زیر را در نظر بگیرید که با کلمه ای به پایان می‌رسد که بیش از یک معنی دارد: “مرد بلند قد درختی در ساحل کاشت.” بانک می‌تواند هم به معنای “موسسه مالی” و هم “کنار رودخانه” باشد. ادغام معنایی معنای کلمه پایانی بانک در متن جمله ما را قادر می‌سازد تا بانک را به عنوان “کنار رودخانه” و نه به عنوان “موسسه مالی” تفسیر کنیم. سوال مربوطه این است که چه زمانی بافت جمله بر فعال شدن معانی چندگانه کلمه بانک تأثیر می‌گذارد؟ آیا هر دو معنای متناظر ساحل (در این مورد “کنار رودخانه”) و معنای متناظر نامناسب (در این مورد “موسسه مالی”) صرف نظر از متن جمله به طور خلاصه فعال می‌شوند؟ یا متن جمله بلافاصله فعال سازی را به معنای مناسب کلمه بانک محدود می‌کند؟

From this example, we can already see that two types of representations play a role in word processing in the context of other words: lower-level representations, those constructed from sensory input (in our example, the word bank itself); and higher-level representations, those constructed from the context preceding the word to be processed (in our example, the sentence pre- ceding the word bank). Contextual representations are crucial for determining the proper sense or grammatical form of a word. Without sensory analysis, however, no message representation can take place. The information has to interact at some point, and that point of interaction differs in competing models.

از این مثال، می‌توانیم ببینیم که دو نوع بازنمایی در متن کلمات دیگر در پردازش کلمه نقش دارند: بازنمایی‌های سطح پایین، آنهایی که از ورودی حسی ساخته می‌شوند (در مثال ما، خود کلمه بانک). و نمایش‌های سطح بالاتر، آنهایی که از بافت قبل از کلمه مورد پردازش ساخته شده‌اند (در مثال ما، جمله قبل از کلمه بانک). بازنمایی‌های متنی برای تعیین معنای مناسب یا شکل دستوری یک کلمه بسیار مهم است. با این حال، بدون تجزیه و تحلیل حسی، هیچ نمایش پیامی‌امکان پذیر نیست. اطلاعات باید در نقطه ای تعامل داشته باشند و آن نقطه تعامل در مدل‌های رقیب متفاوت است.

In general, three classes of models attempt to explain word comprehension:

به طور کلی، سه دسته از مدل‌ها سعی در توضیح درک کلمات دارند:

۱. Modular models (also called autonomous models) claim that normal language comprehension is executed within separate and independent modules. Thus, higher-level representations cannot influence lower-level ones, and therefore the flow is strictly data driven, or bottom-up.

۱. مدل‌های مدولار (که مدل‌های مستقل نیز نامیده می‌شوند) ادعا می‌کنند که درک زبان عادی در ماژول‌های جداگانه و مستقل اجرا می‌شود. بنابراین، بازنمایی‌های سطح بالاتر نمی‌توانند بر سطوح پایین‌تر تأثیر بگذارند، و بنابراین جریان به شدت مبتنی بر داده یا از پایین به بالا است.

۲. Interactive models maintain that all types of information can participate in word recognition. In these models, context can have its influence even before the sensory information is available, by changing the activational status of the word-form representations in the mental lexicon. McClelland and colleagues (1989) proposed this type of interactivity model, as noted earlier.

۲. مدل‌های تعاملی معتقدند که همه انواع اطلاعات می‌توانند در تشخیص کلمه شرکت کنند. در این مدل‌ها، زمینه می‌تواند حتی قبل از اینکه اطلاعات حسی در دسترس باشد، با تغییر وضعیت فعال‌سازی بازنمایی‌های کلمه‌ای در واژگان ذهنی، تأثیر خود را داشته باشد. McClelland و همکاران (۱۹۸۹) این نوع مدل تعاملی را پیشنهاد کردند، همانطور که قبلا ذکر شد.

۳. Hybrid models, which fall between the modular and interactive extremes, are based on the notion that lexical access is autonomous and not influenced by higher-level information, but that lexical selection can be influenced by sensory and higher-level contextual information. In these models, information is provided about word forms that are possible given the preceding context, thereby reducing the number of activated candidates.

۳. مدل‌های ترکیبی، که بین افراط‌های مدولار و تعاملی قرار می‌گیرند، مبتنی بر این تصور هستند که دسترسی واژگانی مستقل است و تحت تأثیر اطلاعات سطح بالاتر نیست، اما انتخاب واژگانی می‌تواند تحت تأثیر اطلاعات حسی و زمینه‌ای سطح بالاتر قرار گیرد. در این مدل‌ها، اطلاعاتی در مورد فرم‌های کلمه ارائه می‌شود که با توجه به زمینه قبلی امکان‌پذیر است، در نتیجه تعداد داوطلبان فعال شده کاهش می‌یابد.

An elegant study by Pienie Zwitserlood (1989), involving a lexical decision task, addressed the question of modularity versus interactivity in word processing. She asked participants to listen to short texts such as “With dampened spirits the men stood around the grave. They mourned the loss of their captain.” At different points during the auditory presentation of the word captain (e.g., when only /k/ or only /ka/ or only /kap/, etc., could be heard), a visual target stimulus was presented. This target stimulus could be related to the actual word captain, or to an auditory competitor-for example, capital. In this example, target words could be words like ship (related to captain) or money (unrelated to captain, but related to capital). In other cases, a pseudoword would be presented. The task was to decide whether the target stimulus was a word (lexical decision task).

یک مطالعه زیبا توسط Pienie Zwitserlood (1989) که شامل یک کار تصمیم گیری واژگانی بود، به مسئله مدولار بودن در مقابل تعامل در پردازش کلمه پرداخت. او از شرکت کنندگان خواست که به متن‌های کوتاهی مانند “مردان با روحیه ضعیف دور قبر ایستادند. آنها برای از دست دادن کاپیتان خود عزادار شدند.” در نقاط مختلف در حین ارائه شنیداری کلمه کاپیتان (به عنوان مثال، زمانی که فقط /k/ یا فقط /ka/ یا فقط /kap/ و غیره شنیده می‌شد)، یک محرک هدف بصری ارائه شد. این محرک هدف می‌تواند به کلمه واقعی کاپیتان یا به یک رقیب شنیداری – به عنوان مثال، سرمایه مرتبط باشد. در این مثال، کلمات هدف می‌توانند کلماتی مانند کشتی (مربوط به کاپیتان) یا پول (مربوط به کاپیتان، اما مرتبط با سرمایه) باشند. در موارد دیگر، یک شبه کلمه ارائه می‌شود. وظیفه تصمیم گیری در مورد اینکه آیا محرک هدف یک کلمه است یا نه (تکلیف تصمیم لغوی).

The results of this study showed that participants were faster to decide that ship was a word in the context of the story about the men mourning their captain, and slower to decide that money was a word, even when only partial sensory information of the stimulus word captain was available (i.e., before the whole word was spoken). Apparently, the lexical selection process was influenced by the contextual information that was available from the text that the participants had heard before the whole word captain was spoken.

نتایج این مطالعه نشان داد که شرکت‌کنندگان سریع‌تر تصمیم می‌گرفتند که کشتی یک کلمه در متن داستان درباره مردانی است که در حال سوگواری ناخداشان هستند، و کندتر تصمیم می‌گرفتند که پول یک کلمه است، حتی زمانی که فقط اطلاعات حسی جزئی کلمه محرک بود. کاپیتان در دسترس بود (یعنی قبل از اینکه کل کلمه گفته شود). ظاهراً، فرآیند انتخاب واژگانی تحت تأثیر اطلاعات زمینه‌ای بود که از متن موجود بود که شرکت‌کنندگان قبل از بیان کل کلمه کاپیتان شنیده بودند.

This finding is consistent with the idea that lexical selection can be influenced by sentence context. We do not know for certain which type of model best fits word com- prehension, but growing evidence from studies like that of Zwitserlood and others suggests that, at least, lexical selection is influenced by higher-level contextual information. William Marslen-Wilson and colleagues (Zhuang et al., 2011) have performed fMRI studies of word recognition and shown that the processes of lexical access and lexical selection involve a network that includes the middle temporal gyrus (MTG), superior temporal gyrus (STG), and ventral inferior and bilateral dorsal inferior frontal gyri (IFG). They showed that the MTG and STG are important for the translation of speech sounds to word meanings. They also showed that the frontal cortex regions were important in the selection process and that the dorsal IFG became more involved when selection required choosing the actual word from among many lexical candidates (lexical competition).

این یافته با این ایده سازگار است که انتخاب واژگانی می‌تواند تحت تأثیر بافت جمله قرار گیرد. ما به طور قطع نمی‌دانیم که کدام نوع مدل به بهترین وجه با درک کلمه مطابقت دارد، اما شواهد رو به رشد از مطالعاتی مانند مطالعات Zwitserlood و دیگران نشان می‌دهد که حداقل، انتخاب واژگانی تحت تأثیر اطلاعات زمینه ای سطح بالاتر است. ویلیام مارسلن ویلسون و همکارانش (ژوانگ و همکاران، ۲۰۱۱) مطالعات fMRI را در مورد تشخیص کلمه انجام داده اند و نشان داده اند که فرآیندهای دسترسی واژگانی و انتخاب واژگانی شامل شبکه ای است که شامل شکنج گیجگاهی میانی (MTG)، شکنج گیجگاهی برتر (STG) است. ، شکمی‌تحتانی و دو طرفه پشتی پیشانی تحتانی (IFG). آنها نشان دادند که MTG و STG برای ترجمه صداهای گفتاری به معانی کلمه مهم هستند. آنها همچنین نشان دادند که نواحی قشر پیشانی در فرآیند انتخاب مهم هستند و زمانی که انتخاب نیاز به انتخاب کلمه واقعی از میان بسیاری از نامزدهای واژگانی داشت، IFG پشتی بیشتر درگیر شد.

Integration of Words Into Sentences

ادغام کلمات در جملات

Normal language comprehension requires more than just recognizing individual words. To understand the message conveyed by a speaker or a writer, we have to integrate the syntactic and semantic properties of the recognized word into a representation of the whole sentence, utterance, or signed message. Let’s consider again the sentence “The tall man planted a tree on the bank.” Why do we read bank to mean “side of a river” instead of “financial institution”? We do so because the rest of the sentence has created a context that is compatible with one meaning and not the other. This integration process has to be executed quickly, in real time as soon as we are confronted with the linguistic input. If we come upon a word like bank in a sentence, usually we are not aware that this word has an alternative meaning, because the appropriate meaning of this word has been rapidly integrated into the sentence context.

درک زبان عادی به چیزی بیش از تشخیص تک تک کلمات نیاز دارد. برای درک پیامی‌که توسط یک گوینده یا نویسنده منتقل می‌شود، باید ویژگی‌های نحوی و معنایی کلمه شناخته شده را در نمایشی از کل جمله، گفته یا پیام امضا شده ادغام کنیم. بیایید دوباره جمله “مرد قدبلند درختی در ساحل کاشت” را در نظر بگیریم. چرا به جای «موسسه مالی» بانک را به معنای «کنار رودخانه» می‌خوانیم؟ ما این کار را به این دلیل انجام می‌دهیم که بقیه جمله زمینه ای را ایجاد کرده است که با یک معنا سازگار است و با معنای دیگر سازگار نیست. این فرآیند یکپارچه سازی باید به سرعت اجرا شود، به محض اینکه با ورودی زبانی مواجه شدیم. اگر در یک جمله به کلمه ای مانند بانک برخورد کنیم، معمولاً نمی‌دانیم که این کلمه معنای دیگری دارد، زیرا معنای مناسب این کلمه به سرعت در متن جمله ادغام شده است.

Higher-order semantic processing is important to determine the right sense or meaning of words in the context of a sentence, as with ambiguous words, such as bank, that have the same form but more than one meaning. Semantic information in words alone, however, is not enough to understand the message, as made clear in the sentence “The little old lady bites the gigantic dog.” Syntactic analysis of this sentence reveals its structure: the actor, the theme or action, and the subject.

پردازش معنایی مرتبه بالاتر برای تعیین معنای یا معنای صحیح کلمات در متن یک جمله مهم است، مانند کلمات مبهم، مانند بانک، که شکل یکسان اما بیش از یک معنی دارند. با این حال، اطلاعات معنایی در کلمات به تنهایی برای درک پیام کافی نیست، همانطور که در جمله “پیرزن کوچولو سگ غول پیکر را گاز می‌گیرد.” تحلیل نحوی این جمله ساختار آن را آشکار می‌کند: فاعل، مضمون یا کنش و موضوع.

The syntax of the sentence demands that we imagine an implausible situation in which an old lady is biting and not being bitten. Syntactic analysis goes on even in the absence of real meaning. In various studies, normal participants can more quickly detect a target word in a sentence when it makes no sense but is grammatically correct than when the grammar is locally disrupted. An example from the famous linguist Noam Chomsky illustrates this: The sentence “Colorless green ideas sleep furiously” is easier to process than “Furiously sleep ideas green colorless.” The reason is that the first sentence, even though meaningless, still has an intact syntactic structure, whereas the second sentence lacks both meaning and structure.

نحو جمله ایجاب می‌کند که وضعیت غیرقابل قبولی را تصور کنیم که در آن پیرزنی گاز می‌گیرد و گاز نمی‌گیرد. تحلیل نحوی حتی در غیاب معنای واقعی نیز ادامه دارد. در مطالعات مختلف، شرکت‌کنندگان عادی می‌توانند سریع‌تر یک کلمه هدف را در یک جمله تشخیص دهند، در صورتی که معنایی نداشته باشد اما از نظر گرامری درست باشد تا زمانی که گرامر به صورت محلی مختل شده باشد. نمونه‌ای از زبان‌شناس معروف نوام چامسکی این را نشان می‌دهد: پردازش جمله «ایده‌های سبز بی‌رنگ با عصبانیت می‌خوابند» آسان‌تر از «ایده‌های خشمگین خواب بی‌رنگ سبز» است. دلیل آن این است که جمله اول، اگرچه بی معناست، اما ساختار نحوی سالمی‌دارد، در حالی که جمله دوم فاقد معنا و ساختار است.

How do we process the structure of sentences? As we have learned, when we hear or read sentences, we activate word forms that, in turn, activate the grammatical and semantic information in the mental lexicon. Unlike the representation of words and their syntactic properties that are stored in a mental lexicon, however, representations of whole sentences are not stored in the brain. It is just not feasible for the brain to store the incredible number of different sentences that can be written and produced. Instead, the brain has to assign a syntactic structure to words in sentences, in a process called syntactic parsing. Syntactic parsing is, therefore, a building process that does not, and cannot, rely on the retrieval of representations of sentences. To investigate the neural bases of semantic and syntactic analyses in sentence processing, researchers have used cognitive neuroscience tools, such as electrophysiological methods. We review these briefly in the next sections.

چگونه ساختار جملات را پردازش کنیم؟ همانطور که آموخته ایم، وقتی جملاتی را می‌شنویم یا می‌خوانیم، شکل‌های کلمه ای را فعال می‌کنیم که به نوبه خود اطلاعات دستوری و معنایی واژگان ذهنی را فعال می‌کند. با این حال، بر خلاف بازنمایی کلمات و ویژگی‌های نحوی آنها که در یک واژگان ذهنی ذخیره می‌شوند، بازنمایی جملات کامل در مغز ذخیره نمی‌شود. برای مغز امکان پذیر نیست که تعداد باورنکردنی جملات مختلفی را که می‌توان نوشت و تولید کرد، ذخیره کند. در عوض، مغز باید در فرآیندی به نام تجزیه نحوی، ساختار نحوی را به کلمات در جملات اختصاص دهد. تجزیه نحوی، بنابراین، یک فرآیند ساختمانی است که بر بازیابی بازنمایی جملات تکیه نمی‌کند و نمی‌تواند. برای بررسی مبانی عصبی تحلیل‌های معنایی و نحوی در پردازش جمله، محققان از ابزارهای علوم اعصاب شناختی مانند روش‌های الکتروفیزیولوژیک استفاده کرده اند. در بخش‌های بعدی این موارد را به اختصار بررسی می‌کنیم.

Semantic Processing and the N400 Wave

پردازش معنایی و موج N400

“After pulling the fragrant loaf from the oven, he cut a slice and spread the warm bread with socks.” What? You may not realize it, but your brain just had a large N400 response. Marta Kutas and Steven Hillyard at UC San Diego (1980) first described the N400 response, an ERP component related to linguistic processes. The name N400 indicates that it is a negative-polarity voltage peak in brain waves that usually reaches maximum amplitude about 400 ms after the onset of a word stimulus that has evoked it. This brain wave is especially sensitive to semantic aspects of linguistic input. Kutas and Hillyard discovered the wave when they were comparing the processing of the last word of sentences in three conditions:

پس از بیرون کشیدن نان معطر از تنور، تکه ای برید و نان گرم را با جوراب پهن کرد». چی؟ ممکن است متوجه آن نباشید، اما مغز شما فقط یک پاسخ N400 بزرگ داشت. مارتا کوتاس و استیون هیلیارد در دانشگاه کالیفرنیا سن دیگو (۱۹۸۰) برای اولین بار پاسخ N400 را توصیف کردند، یک جزء ERP مربوط به فرآیندهای زبانی. نام N400 نشان می‌دهد که این یک پیک ولتاژ قطب منفی در امواج مغزی است که معمولاً پس از شروع یک محرک کلمه ای که آن را برانگیخته است به حداکثر دامنه حدود ۴۰۰ میلی ثانیه می‌رسد. این موج مغزی به ویژه به جنبه‌های معنایی ورودی زبانی حساس است. کوتاس و هیلیارد زمانی که پردازش آخرین کلمه جملات را در سه شرایط مقایسه می‌کردند، موج را کشف کردند:

۱. Normal sentences that ended with a word congruent with the preceding context, such as “It was his first day at work.”

۱. جملات عادی که با کلمه ای مطابق با بافت قبلی پایان می‌یابند، مانند «اولین روز او در کار بود».

۲. Sentences that ended with a word anomalous to the preceding context, such as “He spread the warm bread with socks.”

۲. جملاتی که با کلمه ای نابهنجار به بافت قبل پایان می‌یافتند، مانند «نان گرم را با جوراب پهن کرد».

۳. Sentences that ended with a word semantically congruent with the preceding context but physically deviant, such as “She put on her high-heeled SHOES.”

۳. جملاتی که با کلمه ای که از نظر معنایی با بافت قبلی مطابقت دارد، اما از نظر فیزیکی انحراف دارند، به پایان می‌رسند، مانند «او کفش‌های پاشنه بلندش را پوشید».

The sentences were presented on a computer screen, one word at a time. Participants were asked to read the sentences attentively, knowing that questions about the sentences would be asked at the end of the experiment. Their EEG responses were averaged for the sentences in each condition, and the ERPs were extracted by averaging data for the last word of the sentences separately for each sentence type.

جملات بر روی صفحه کامپیوتر، یک کلمه در یک زمان ارائه شد. از شرکت کنندگان خواسته شد تا جملات را با دقت بخوانند، زیرا می‌دانستند که در پایان آزمایش سؤالاتی در مورد جملات پرسیده می‌شود. پاسخ‌های EEG آنها برای جملات در هر شرایط میانگین گیری شد و ERP‌ها با میانگین گیری داده‌ها برای آخرین کلمه جملات به طور جداگانه برای هر نوع جمله استخراج شدند.

The amplitude of N400 was greater when anomalous words ended the sentence than when the participants read congruent words (Figure 11.19). This amplitude difference is called the N400 effect. In contrast, words that were semantically congruent with the sentence but were merely physically deviant (e.g., being set in all capital letters) elicited a positive potential rather than an N400. Subsequent experiments showed that nonsemantic deviations like musical or grammatical violations also failed to elicit the N400. Thus, the N400 effect is specific to semantic analysis.

دامنه N400 زمانی که کلمات غیرعادی جمله را پایان می‌دادند بیشتر از زمانی بود که شرکت‌کنندگان کلمات متجانس را می‌خواندند (شکل ۱۱.۱۹). به این اختلاف دامنه، اثر N400 می‌گویند. در مقابل، کلماتی که از نظر معنایی با جمله مطابقت داشتند، اما صرفاً از نظر فیزیکی انحراف داشتند (مثلاً با تمام حروف بزرگ تنظیم شده بودند) به جای یک N400، یک پتانسیل مثبت را برانگیختند. آزمایش‌های بعدی نشان داد که انحرافات غیرمعنای مانند نقض‌های موسیقایی یا دستوری نیز نتوانستند N400 را استخراج کنند. بنابراین، اثر N400 مختص تحلیل معنایی است.

FIGURE 11.19 ERPs reflecting semantic aspects of language.
ERP waveforms differentiate between congruent words at the end of sentences (work in the first sentence) and anomalous last words that do not fit the semantic specifications of the preceding context (socks in the second sentence). The anomalous words elicit the N400 response. Words that fit into the context but are printed with all capital letters (SHOES in the third sentence) elicit a positive wave (P560) and not the N400, indicating that the N400 is not generated simply by surprises at the end of the sentence.

شکل ۱۱.۱۹ ERP‌ها که جنبه‌های معنایی زبان را منعکس می‌کنند.
شکل موج ERP بین کلمات متجانس در انتهای جملات (کار در جمله اول) و آخرین کلمات غیرعادی که با مشخصات معنایی متن قبلی مطابقت ندارند (جوراب در جمله دوم) تفاوت قائل می‌شود. کلمات غیرعادی پاسخ N400 را برمی‌انگیزند. کلماتی که با متن مناسب هستند اما با تمام حروف بزرگ چاپ می‌شوند (SHOES در جمله سوم) یک موج مثبت (P560) ایجاد می‌کنند و نه N400، که نشان می‌دهد N400 صرفاً با غافلگیری در انتهای جمله ایجاد نمی‌شود.

The N400 response is also sensitive to comprehension of language that goes beyond single sentences. In a series of studies, Jos van Berkum and colleagues (van Berkum et al., 1999; Snijders et al., 2008) found an N400 response to words that were inconsistent with the meaning of an entire story. In these studies, participants listened to or read short stories. In the last sentence of these stories, words could be included that were inconsistent with the meaning of the story. For example, in a story about a man who had become a vegetarian, the last sentence could be “He went to a restaurant and ate a steak that was prepared well.” Although the word steak is fine when this sentence is read by itself, it is inconsistent within the context of the story. The researchers found that participants who read this sentence in this story exhibited an N400 effect.

پاسخ N400 به درک زبانی که فراتر از جملات تکی است نیز حساس است. در یک سری مطالعات، Jos van Berkum و همکارانش (van Berkum et al., 1999; Snijders et al., 2008) پاسخ N400 را به کلماتی یافتند که با معنای کل داستان ناسازگار بود. در این مطالعات، شرکت کنندگان به داستان‌های کوتاه گوش می‌دادند یا می‌خواندند. در جمله آخر این داستان‌ها می‌شد کلماتی را گنجاند که با مفهوم داستان همخوانی نداشت. به عنوان مثال، در داستانی در مورد مردی که گیاهخوار شده بود، آخرین جمله می‌تواند این باشد: «او به رستوران رفت و یک استیک خورد که خوب آماده شده بود». اگرچه کلمه استیک زمانی که این جمله به خودی خود خوانده شود خوب است، اما در متن داستان ناسازگار است. محققان دریافتند شرکت‌کنندگانی که این جمله را در این داستان خوانده‌اند، اثر N400 را نشان می‌دهند.

The N400 response shows a broad scalp distribution in ERP recordings. However, as we learned in Chapter 3, the ERP method is not an imaging tool, but rather an approach that provides exquisite temporal resolution about brain processes. To understand the candidate neural generators of the N400, researchers have turned to functional brain imaging and MEG recording approaches in healthy volunteers, and electrical recording and stimulation methods in patients.

پاسخ N400 توزیع گسترده پوست سر را در ثبت‌های ERP نشان می‌دهد. با این حال، همانطور که در فصل ۳ آموختیم، روش ERP یک ابزار تصویربرداری نیست، بلکه رویکردی است که وضوح زمانی عالی در مورد فرآیندهای مغز ارائه می‌کند. برای درک ژنراتورهای عصبی کاندید N400، محققان به روش‌های تصویربرداری عملکردی مغز و ثبت MEG در داوطلبان سالم و روش‌های ثبت الکتریکی و تحریک در بیماران روی آورده‌اند.

Tamara Swaab, Colin Brown, and Peter Hagoort (1997) recorded the N400 response to semantically anomalous spoken words in sentences from patients with left-hemisphere strokes resulting in severe aphasia (low comprehenders) or mild aphasia (high comprehenders), and they compared the findings to control patients with right-hemisphere strokes and no aphasia, and to healthy age-matched participants. They found that non-aphasic brain-damaged patients (controls with right-hemisphere damage) and aphasic patients with mild comprehension deficits (high comprehenders) had an N400 effect comparable to that of neurologically unimpaired participants (Figure 11.20).

تامارا سواب، کالین براون و پیتر‌هاگورت (۱۹۹۷) پاسخ N400 را به کلمات گفتاری غیرعادی معنایی در جملات بیماران مبتلا به سکته مغزی در نیمکره چپ که منجر به آفازی شدید (درک‌کننده‌های پایین) یا آفازی خفیف (در درک بالا) می‌شود، ثبت کردند و آنها را با هم مقایسه کردند. یافته‌ها برای کنترل بیماران مبتلا به سکته مغزی نیمکره راست و بدون آفازی، و بیماران همسان با سن سالم شرکت کنندگان آنها دریافتند که بیماران آسیب‌دیده مغزی غیر آفازی (کنترل با آسیب نیمکره راست) و بیماران آفازی با نقص درک خفیف (درک‌کننده‌های بالا) اثر N400 قابل مقایسه با شرکت‌کنندگان بدون اختلال عصبی داشتند (شکل ۱۱.۲۰).

In aphasic patients with moderate to severe comprehension deficits (low comprehenders), the N400 effect was reduced and delayed, showing a close relationship between left-hemisphere brain damage resulting in aphasia and the amplitude of the N400 ERP. Their lesions involved primarily the temporal lobe, consistent with their comprehension deficits. This study demonstrates that ERPs can also provide measures of processing in patients whose comprehension is too poor to understand the task instructions.

در بیماران آفازی با نقص درک متوسط ​​تا شدید (درک‌کننده‌های پایین)، اثر N400 کاهش یافته و به تأخیر می‌افتد، که نشان‌دهنده رابطه نزدیک بین آسیب مغزی نیمکره چپ که منجر به آفازی می‌شود و دامنه N400 ERP است. ضایعات آنها عمدتاً لوب گیجگاهی را درگیر می‌کرد، که مطابق با نقص درک آنها بود. این مطالعه نشان می‌دهد که ERPها همچنین می‌توانند معیارهای پردازش را در بیمارانی که درک آنها برای درک دستورالعمل‌های کار بسیار ضعیف است، ارائه دهد.

Intracranial recordings of N400-like ERPs in patients have also pointed to the temporal lobe as a likely site of neural generation of this response. For example, Anna Nobre and colleagues (1994) recorded ERPs from cortical surface electrodes located on the temporal lobes of epilepsy patients. They observed large negative- polarity responses from the ventral-anterior temporal lobe to visually presented, semantically anomalous words in sentences. These N400-like ERPs had time courses similar to that of the scalp-recorded N400 and were generated by the same type of task.

ثبت داخل جمجمه ای از ERP‌های شبه N400 در بیماران نیز به لوب تمپورال به عنوان محل احتمالی تولید عصبی این پاسخ اشاره کرده است. به عنوان مثال، آنا نوبر و همکارانش (۱۹۹۴) ERP‌ها را از الکترودهای سطح قشر موجود در لوب گیجگاهی بیماران صرع ثبت کردند. آن‌ها پاسخ‌های قطبی منفی بزرگ را از لوب تمپورال شکمی-قدامی به کلماتی که از لحاظ معنایی غیرعادی در جملات ارائه شده بودند مشاهده کردند. این ERP‌های N400 مانند دوره‌های زمانی مشابه N400 ثبت شده در پوست سر داشتند و با همان نوع کار تولید می‌شدند.

Recordings of neuromagnetic signals using MEG in healthy participants have supported the evidence from patients that the N400 is likely generated in the left temporal lobe. Work using MEG (Helenius et al., 1998; Simos et al., 1997) has localized sources for N400-like magnetic responses in the left temporal lobe and sur- rounding areas.

ثبت سیگنال‌های عصبی مغناطیسی با استفاده از MEG در شرکت‌کنندگان سالم، شواهدی را از بیماران مبنی بر اینکه N400 احتمالاً در لوب تمپورال چپ تولید می‌شود، پشتیبانی می‌کند. کار با استفاده از MEG (هلنیوس و همکاران، ۱۹۹۸؛ سیموس و همکاران، ۱۹۹۷) منابعی را برای پاسخ‌های مغناطیسی N400 در لوب تمپورال چپ و نواحی اطراف آن مشخص کرده است.

Finally, fMRI studies have also pointed to the left temporal cortex as the source of N400-like activity (e.g., Kuperberg, Holcomb, et al., 2003). However, fMRI depends on measuring changes in blood oxygenation, and unlike EEG/ERP (intracranial and scalp- recorded) and MEG, it cannot directly detect neural signals. Since the hemodynamic changes induced when neurons are active have a time course in the range of seconds rather than milliseconds, relating fMRI signals to ERPs and MEG is not necessarily straightforward. So, while fMRI activity provides satisfying imaging and localization of activity, it combines activities that may have very different time courses, making it difficult to pin down something like the N400, given both its sensitivity to manipulations of semantic relations in language processing and the millisecond time course over which it is observed.

در نهایت، مطالعات fMRI همچنین به قشر تمپورال چپ به عنوان منبع فعالیت شبه N400 اشاره کرده است (به عنوان مثال، Kuperberg، Holcomb، و همکاران، ۲۰۰۳). با این حال، fMRI به اندازه‌گیری تغییرات در اکسیژن‌رسانی خون بستگی دارد و برخلاف EEG/ERP (ثبت‌شده در داخل جمجمه و پوست سر) و MEG، نمی‌تواند مستقیماً سیگنال‌های عصبی را تشخیص دهد. از آنجایی که تغییرات همودینامیک ناشی از فعال بودن نورون‌ها دارای یک دوره زمانی در محدوده ثانیه به جای میلی ثانیه است، ارتباط سیگنال‌های fMRI به ERP و MEG لزوماً ساده نیست. بنابراین، در حالی که فعالیت fMRI تصویربرداری رضایت‌بخش و محلی‌سازی فعالیت را ارائه می‌کند، فعالیت‌هایی را که ممکن است دوره‌های زمانی بسیار متفاوتی داشته باشند، ترکیب می‌کند و با توجه به حساسیت آن به دستکاری روابط معنایی در پردازش زبان و میلی‌ثانیه، تعیین چیزی شبیه N400 را دشوار می‌کند. دوره زمانی که طی آن مشاهده می‌شود.

FIGURE 11.20 The N400 response to different anomalous words at the end of a sentence.
The recording is from a single electrode, located at a site along the parietal scalp’s midline in elderly healthy control participants, aphasic patients with high comprehension scores, aphasic patients with low comprehension scores, and patients with right-hemisphere lesions (control patients). The waveform for the low comprehenders is clearly delayed and somewhat reduced compared to that for the other groups. The waveforms for the normal control participants, the high comprehenders, and the patients with right-hemisphere lesions are comparable in size and do not differ in latency. This pattern implies a delay in time course of language processing in the patients with low comprehension.

شکل ۱۱.۲۰ پاسخ N400 به کلمات غیرعادی مختلف در انتهای یک جمله.
ثبت از یک الکترود منفرد است که در یک محل در امتداد خط وسط پوست سر آهیانه‌ای در شرکت‌کنندگان کنترل سالم مسن، بیماران آفازی با نمرات درک بالا، بیماران آفازی با نمرات درک پایین، و بیماران با ضایعات نیمکره راست (بیماران شاهد) واقع شده است. شکل موج برای درک کننده‌های پایین به وضوح در مقایسه با گروه‌های دیگر به تاخیر افتاده و تا حدودی کاهش یافته است. شکل موج برای شرکت کنندگان کنترل عادی، درک کننده‌های بالا و بیماران با ضایعات نیمکره راست از نظر اندازه قابل مقایسه هستند و از نظر تاخیر تفاوتی ندارند. این الگو حاکی از تاخیر در دوره زمانی پردازش زبان در بیماران با درک پایین است.

Syntactic Processing and the P600 Wave

پردازش نحوی و موج P600

The P600 response, also known as the syntactic positive shift (SPS), was first reported by Lee Osterhout at the University of Washington and Phil Holcomb at Tufts (1992), and by Peter Hagoort, Colin Brown, and their colleagues in the Netherlands (1993). Osterhout and Holcomb observed it at about 600 ms after the on- set of words that were incongruous with the expected syntactic structure. It is evoked by the type of phrase that headline writers love: DRUNK GETS NINE MONTHS IN VIOLIN CASE or ENRAGED COW INJURES FARMER WITH AX. Known as garden path phrases or sentences, they are temporarily ambiguous because they contain a word group that appears to be compatible with more than one structural analysis: We are “led down the garden path,” so to speak.

پاسخ P600 که به عنوان تغییر نحوی مثبت (SPS) نیز شناخته می‌شود، اولین بار توسط لی اوسترهوت در دانشگاه واشنگتن و فیل هولکامب در تافتس (۱۹۹۲) و توسط پیتر‌هاگورت، کالین براون و همکارانشان در هلند گزارش شد. ۱۹۹۳). Osterhout و Holcomb آن را در حدود ۶۰۰ ms پس از شروع کلماتی که با ساختار نحوی مورد انتظار ناسازگار بودند، مشاهده کردند. این با نوع عبارتی که تیتر نویسان دوست دارند برانگیخته می‌شود: مست ۹ ماه در مورد ویولن می‌گیرد یا گاو خشمگین کشاورز را با تبر مجروح می‌کند. آنها که به عنوان عبارات یا جملات مسیر باغ شناخته می‌شوند، موقتاً مبهم هستند زیرا حاوی یک گروه کلمه هستند که به نظر می‌رسد با بیش از یک تحلیل ساختاری سازگار است: به اصطلاح ما “به سمت مسیر باغ هدایت می‌شویم”.

Hagoort, Brown, and colleagues asked participants to silently read sentences that were presented one word at a time on a video monitor. Brain responses to normal sentences were compared with responses to sentences containing a grammatical violation. As Figure 11.21 shows, there was a large positive shift to the syntactic violation in the sentence, and the onset of this effect occurred approximately 600 ms after the violating word (throw in the example). The P600 shows up in response to a number of other syntactic violations as well, and it occurs both when participants have to read sentences and when they have to listen to them. As with the N400, the P600 response has now been reported for several different languages.

هاگورت، براون و همکارانش از شرکت کنندگان خواستند جملاتی را که هر بار یک کلمه در یک مانیتور ویدیویی ارائه می‌شد، در سکوت بخوانند. پاسخ مغز به جملات عادی با پاسخ به جملات حاوی نقض گرامری مقایسه شد. همانطور که شکل ۱۱.۲۱ نشان می‌دهد، یک تغییر مثبت بزرگ به نقض نحوی در جمله وجود داشت و شروع این تأثیر تقریباً ۶۰۰ میلی ثانیه پس از کلمه نقض کننده (پرتاب در مثال) رخ داد. P600 در پاسخ به تعدادی از نقض‌های نحوی دیگر نیز نشان داده می‌شود، و هم زمانی که شرکت کنندگان باید جملات را بخوانند و هم زمانی که مجبور به گوش دادن به آنها هستند اتفاق می‌افتد. همانند N400، پاسخ P600 اکنون برای چندین زبان مختلف گزارش شده است.

Gina Kuperberg and colleagues (Kuperberg, 2007; Kuperberg, Sitnikova, et al. 2003) demonstrated that the P600 response is also evoked by a semantic violation in the absence of any syntactic violation—for instance, a sentence containing a semantic violation between a verb and its subject but having correct syntax, such as “The eggs would eat toast with jam at breakfast.” This sentence is grammatically correct and unambiguous, but it contains a so-called thematic violation (eggs cannot eat). Eggs and eating often occur in the same scenario, however, and are semantically related to each other. The P600 response in these types of sentences is elicited because the syntactic analysis of a sentence’s structure (e.g., subject-verb-object) is challenged by strong semantic relations among the words in a sentence.

جینا کوپربرگ و همکارانش (کوپربرگ، ۲۰۰۷؛ کوپربرگ، سیتنیکوا، و همکاران، ۲۰۰۳) نشان دادند که پاسخ P600 نیز با نقض معنایی در غیاب هر گونه نقض نحوی برانگیخته می‌شود – به عنوان مثال، جمله ای که حاوی نقض معنایی بین یک فعل است. و موضوع آن اما دارای نحو صحیح است، مانند “تخم مرغ در صبحانه نان تست را با مربا می‌خورد.” این جمله از نظر دستوری صحیح و بدون ابهام است، اما به اصطلاح حاوی یک نقض موضوعی است (تخم مرغ نمی‌تواند بخورد). با این حال، تخم مرغ و خوردن اغلب در یک سناریو اتفاق می‌افتند و از نظر معنایی با یکدیگر مرتبط هستند. پاسخ P600 در این نوع جملات به این دلیل است که تحلیل نحوی ساختار یک جمله (به عنوان مثال، فاعل-فعل-مفعول) با روابط معنایی قوی بین کلمات یک جمله به چالش کشیده می‌شود.

FIGURE 11.21 ERPs reflecting grammatical aspects of language.
ERPs from Pz, a midline parietal scalp site, in response to each word of a sentence that is syntactically anomalous (dashed waveform) versus one that is syntactically correct (solid waveform). In the anomalous sentence, a positive shift (shaded) emerges in the ERP waveform at about 600 ms after the syntactic violation. It is called the syntactic positive shift (SPS), or P600.

شکل ۱۱.۲۱ ERP که جنبه‌های دستوری زبان را منعکس می‌کند.
ERP از Pz، یک سایت آهیانه‌ای سر وسط خط، در پاسخ به هر کلمه از یک جمله که از نظر نحوی غیرعادی است (شکل موج چین) در مقابل یکی که از نظر نحوی درست است (شکل موج جامد). در جمله غیرعادی، یک شیفت مثبت (سایه دار) در شکل موج ERP در حدود ۶۰۰ میلی ثانیه پس از نقض نحو ظاهر می‌شود. این تغییر نحوی مثبت (SPS) یا P600 نامیده می‌شود.

Syntactic processing is reflected in other types of brain waves as well. Cognitive neuroscientists Thomas Münte and colleagues (1993) and Angela Friederici and colleagues (1993) described a negative wave over the left frontal areas of the brain. This brain wave has been labeled the left anterior negativity (LAN) and has been observed when words violate the required word category in a sentence (as in “the red eats,” where noun instead of verb information is required), or when morphosyntactic features are violated (as in “he mow”). The LAN has about the same latency as the N400 but a different voltage distribution over the scalp, as Figure 11.22 illustrates.

پردازش نحوی در انواع دیگر امواج مغزی نیز منعکس می‌شود. دانشمندان علوم اعصاب شناختی توماس مونته و همکارانش (۱۹۹۳) و آنجلا فریدریچی و همکارانش (۱۹۹۳) یک موج منفی را در نواحی پیشانی چپ مغز توصیف کردند. این موج مغزی به عنوان منفی قدامی‌چپ (LAN) نامگذاری شده است و زمانی مشاهده شده است که کلمات دسته بندی کلمات مورد نیاز را در یک جمله نقض می‌کنند (مانند “قرمز می‌خورد” که در آن اسم به جای اطلاعات فعل مورد نیاز است) یا هنگامی‌که ویژگی‌های مورفوسنتکسی وجود دارد. نقض می‌شوند (همانطور که در “او موو”). LAN تقریباً همان تأخیر N400 را دارد اما توزیع ولتاژ متفاوتی روی پوست سر دارد، همانطور که در شکل ۱۱.۲۲ نشان داده شده است.

What do we know about the brain circuitry involved in syntactic processing? Some brain-damaged patients have severe difficulty producing sentences and understanding complex sentences. These deficits are apparent in patients with agrammatic aphasia, who generally produce two- or three-word sentences consisting almost exclusively of content words and hardly any function words (and, then, the, a, etc.). They also have difficulty understanding complex syntactic structures. So, when they hear the sentence “The gigantic dog was bitten by the little old lady,” they will most likely understand it to mean that the lady was bitten by the dog. This problem in assigning syntactic structures to sentences has traditionally been associated with lesions that include Broca’s area in the left hemisphere. But not all agrammatic aphasic patients have lesions in Broca’s area. Instead, the evidence suggests that the left inferior frontal cortex (in and around the classical Broca’s area) has some involvement in syntactic processing.

درباره مدارهای مغزی درگیر در پردازش نحوی چه می‌دانیم؟ برخی از بیماران آسیب دیده مغزی در تولید جملات و درک جملات پیچیده مشکل دارند. این نقایص در بیماران مبتلا به آفازی آگراماتیک، که عموماً جملات دو یا سه کلمه‌ای را تولید می‌کنند که تقریباً منحصراً از کلمات محتوایی تشکیل شده‌اند و تقریباً هیچ کلمه‌ای کاربردی (و، سپس، a، و غیره) تولید می‌کنند، آشکار است. آنها همچنین در درک ساختارهای نحوی پیچیده مشکل دارند. بنابراین، وقتی جمله “سگ غول پیکر توسط پیرزن کوچولو گاز گرفته شد” را می‌شنوند، به احتمال زیاد متوجه خواهند شد که این خانم توسط سگ گاز گرفته شده است. این مشکل در تخصیص ساختارهای نحوی به جملات به طور سنتی با ضایعاتی همراه است که شامل ناحیه بروکا در نیمکره چپ است. اما همه بیماران آفازی آگراماتیک ضایعاتی در ناحیه بروکا ندارند. در عوض، شواهد نشان می‌دهد که قشر پیشانی تحتانی چپ (در و اطراف ناحیه بروکا کلاسیک) در پردازش نحوی دخالت دارد.

Neuroimaging evidence from studies by David Caplan and colleagues at Harvard Medical School (2000) provides some additional clues about syntactic processing in the brain. In these studies, PET scans were made while participants read sentences varying in syntactic complexity. Caplan and colleagues found increased activation in the left inferior frontal cortex for the more complex syntactic structures (Figure 11.23).

شواهد تصویربرداری عصبی حاصل از مطالعات دیوید کاپلان و همکارانش در دانشکده پزشکی‌هاروارد (۲۰۰۰) سرنخ‌های بیشتری در مورد پردازش نحوی در مغز ارائه می‌دهد. در این مطالعات، اسکن PET در حالی انجام شد که شرکت کنندگان جملاتی را می‌خواندند که از نظر پیچیدگی نحوی متفاوت بودند. کاپلان و همکارانش افزایش فعال‌سازی را در قشر پیشانی تحتانی چپ برای ساختارهای نحوی پیچیده‌تر پیدا کردند (شکل ۱۱.۲۳).

FIGURE 11.22 ERPs related to semantic and syntactic processing.
The voltage recorded at multiple locations on the scalp at specific time periods can be displayed as a topographic voltage map. These maps show views of the topographies of (a) the N400 to semantic violations (see Figure 11.19 for equivalent waveforms) and (b) a left anterior negativity (LAN) to syntactic violations. The maps are read in a manner similar to the way elevation maps of mountain ranges are read, except here the topography shows “mountains” and “valleys” of voltage. The N400 and LAN have different scalp topographies, implying that they are generated in different neural structures in the brain.

شکل ۱۱.۲۲ ERP‌های مربوط به پردازش معنایی و نحوی.
ولتاژ ثبت شده در چندین مکان روی پوست سر در بازه‌های زمانی خاص می‌تواند به عنوان نقشه ولتاژ توپوگرافی نمایش داده شود. این نقشه‌ها نماهایی از توپوگرافی‌های (الف) N400 تا نقض‌های معنایی (به شکل ۱۱.۱۹ برای شکل موج‌های معادل مراجعه کنید) و (ب) منفی قدامی‌چپ (LAN) به نقض‌های نحوی را نشان می‌دهد. نقشه‌ها به روشی مشابه نقشه‌های ارتفاعی رشته‌کوه خوانده می‌شوند، با این تفاوت که در اینجا توپوگرافی «کوه‌ها» و «دره‌های» ولتاژ را نشان می‌دهد. N400 و LAN دارای توپوگرافی‌های مختلف پوست سر هستند که به این معنی است که آنها در ساختارهای عصبی مختلف در مغز تولید می‌شوند.

In other studies, sentence complexity manipulations led to activation of more than just the left inferior frontal cortex. For example, Marcel Just and colleagues (1996) reported activation in Broca’s and Wernicke’s areas and in the homologous areas in the right hemisphere. PET studies have identified portions of the anterior superior temporal gyrus in the vicinity of Brodmann area 22 (Figure 11.24a) as another candidate for syntactic processing. Nina Dronkers at UC Davis and colleagues (1994) also implicated this area in aphasic patients’ syntactic processing deficits (Figure 11.24b). Thus, a contemporary view is emerging: Syntactic processing takes place in a network of left inferior frontal and superior temporal brain regions that are activated during language processing.

در مطالعات دیگر، دستکاری پیچیدگی جمله منجر به فعال شدن بیش از قشر پیشانی تحتانی چپ شد. برای مثال، مارسل جاست و همکارانش (۱۹۹۶) فعال شدن را در نواحی بروکا و ورنیکه و در نواحی همولوگ در نیمکره راست گزارش کردند. مطالعات PET بخش‌هایی از شکنج گیجگاهی فوقانی قدامی‌را در مجاورت ناحیه برادمن ۲۲ (شکل ۱۱.24a) به عنوان نامزد دیگری برای پردازش نحوی شناسایی کرده است. نینا Dronkers در UC Davis و همکارانش (۱۹۹۴) نیز این ناحیه را در نقص پردازش نحوی بیماران آفازی نقش دارند (شکل ۱۱.24b). بنابراین، یک دیدگاه معاصر در حال ظهور است: پردازش نحوی در شبکه‌ای از نواحی مغز پیشانی و زمانی برتر سمت چپ انجام می‌شود که در طول پردازش زبان فعال می‌شوند.

FIGURE 11.23 Frontal cortex activations for complex syntax.
Blood flow increased in left inferior prefrontal cortex (red spots) when participants processed complex syntactic structures relative to simple ones. The change in blood flow was measured using PET imaging.

شکل ۱۱.۲۳ فعال سازی قشر پیشانی برای نحو پیچیده.
هنگامی‌که شرکت کنندگان ساختارهای نحوی پیچیده را نسبت به ساختارهای ساده پردازش کردند، جریان خون در قشر پره‌فرونتال تحتانی چپ (نقاط قرمز) افزایش یافت. تغییر در جریان خون با استفاده از تصویربرداری PET اندازه گیری شد.

FIGURE 11.24 Localization of syntactic processing in the brain. (a) PET activations in the anterior portion of the superior temporal gyrus (STG) related to syntactic processing. IFG inferior frontal gyrus; MTG = middle temporal gyrus. (b) Summary of lesions in the anterior superior temporal cortex that lead to deficits in syntactic processing.

شکل ۱۱.۲۴ بومی‌سازی پردازش نحوی در مغز. (الف) فعال سازی PET در قسمت قدامی‌شکنج گیجگاهی فوقانی (STG) مربوط به پردازش نحوی. شکنج فرونتال تحتانی IFG. MTG = شکنج گیجگاهی میانی. (ب) خلاصه ضایعات در قشر گیجگاهی فوقانی قدامی‌که منجر به نقص در پردازش نحوی می‌شود.

TAKE-HOME MESSAGES

پیام‌های اصلی

▪️ Lexical selection can be influenced by sentence context.

▪️ انتخاب واژگانی را می‌توان تحت تأثیر بافت جمله قرار داد.

▪️ Lexical access and selection involve a network that includes the middle temporal gyrus (MTG), superior temporal gyrus (STG), and ventral inferior and bilateral dorsal inferior frontal gyri (IFG) of the left hemisphere.

▪️ دسترسی و انتخاب واژگانی شامل شبکه ای است که شامل شکنج گیجگاهی میانی (MTG)، شکنج گیجگاهی فوقانی (STG) و شکم شکمی‌تحتانی و دو طرفه پشتی فرونتال تحتانی (IFG) نیمکره چپ است.

▪️ دسترسی و انتخاب واژگانی شامل شبکه ای است که شامل شکنج گیجگاهی میانی (MTG)، شکنج گیجگاهی فوقانی (STG) و شکم شکمی‌تحتانی و دو طرفه پشتی فرونتال تحتانی (IFG) نیمکره چپ است.

▪️ The left MTG and STG are important for the translation of speech sounds to word meanings.

▪️ MTG و STG سمت چپ برای ترجمه صداهای گفتار به معانی کلمه مهم هستند.

▪️ Syntactic parsing is the process in which the brain as- signs a syntactic structure to words in sentences.

▪️ تجزیه نحوی فرآیندی است که در آن مغز ساختار نحوی را به کلمات در جملات اختصاص می‌دهد.

▪️ In the ERP method, the N400 is a negative-polarity brain wave related to semantic processes in language, and the P600/SPS is a large positive component elicited after a syntactic and some semantic violations.

▪️ در روش ERP، N400 یک موج مغزی با قطبیت منفی است که به فرآیندهای معنایی در زبان مربوط می‌شود، و P600/SPS یک مؤلفه مثبت بزرگ است که پس از یک دستور نحوی و برخی نقض‌های معنایی ایجاد می‌شود.

▪️ Syntactic processing takes place in a network of left inferior frontal and superior temporal brain regions that are activated during language processing.

▪️ پردازش نحوی در شبکه ای از نواحی مغز پیشانی تحتانی و گیجگاهی فوقانی سمت چپ انجام می‌شود که در طول پردازش زبان فعال می‌شوند.

۱۱.۵ Neural Models of Language Comprehension

۱۱.۵ مدل‌های عصبی درک زبان

Many new neural models of language have emerged that are different from the classical model initiated by the work of Paul Broca, Carl Wernicke, and others. In the contemporary models, these classical language areas are no longer always considered language specific, nor are their roles in language processing limited to those proposed in the classical model. Moreover, additional areas in the brain have been found to be part of the circuitry that is used for normal language processing.

بسیاری از مدل‌های عصبی جدید زبان پدید آمده‌اند که با مدل کلاسیکی که توسط کار پل بروکا، کارل ورنیکه و دیگران آغاز شد، متفاوت است. در مدل‌های معاصر، این حوزه‌های زبانی کلاسیک دیگر همیشه خاص زبان در نظر گرفته نمی‌شوند، و همچنین نقش آن‌ها در پردازش زبان محدود به آن‌هایی که در مدل کلاسیک پیشنهاد شده‌اند، نیست. علاوه بر این، مناطق اضافی در مغز بخشی از مداری است که برای پردازش زبان عادی استفاده می‌شود.

One neural model of language that combines work in brain and language analysis has been proposed by Peter Hagoort (2005). His model divides language processing into three functional components-memory, unification, and control-and identifies their possible representation in the brain (Figure 11.25):

یکی از مدل‌های عصبی زبان که کار را در تحلیل مغز و زبان ترکیب می‌کند توسط پیتر‌هاگورت (۲۰۰۵) ارائه شده است. مدل او پردازش زبان را به سه جزء عملکردی-حافظه، یکسان سازی و کنترل- تقسیم می‌کند و نمایش احتمالی آنها را در مغز شناسایی می‌کند (شکل ۱۱.۲۵):

۱. Memory refers to the linguistic knowledge that, following acquisition, is encoded and consolidated in neocortical memory structures. In this case, memory is language-specific information. Knowledge about the building blocks of language (e.g, phonological, morphological, and syntactic units) is domain specific and coded differently from visual feature or object information.

۱. حافظه به دانش زبانی اطلاق می‌شود که پس از کسب، در ساختارهای حافظه نئوکورتیکال کدگذاری و تثبیت می‌شود. در این مورد، حافظه اطلاعات مختص زبان است. دانش در مورد بلوک‌های سازنده زبان (به عنوان مثال، واحدهای واجی، صرفی و نحوی) یک حوزه خاص است و به طور متفاوت از ویژگی بصری یا اطلاعات شی کدگذاری شده است.

۲. Unification refers to the integration of lexically retrieved phonological, semantic, and syntactic information into an overall representation of the whole utterance. In language comprehension, the unification processes for phonological, semantic, and syntactic information can operate in parallel (i.e., at the same time), and interaction between these different types of information is possible.

۲. یکسان سازی به ادغام اطلاعات واج شناختی، معنایی و نحوی بازیابی شده واژگانی در یک نمایش کلی از کل گفته اشاره دارد. در درک زبان، فرآیندهای یکسان سازی اطلاعات واج شناختی، معنایی و نحوی می‌توانند به صورت موازی (یعنی همزمان) عمل کنند و تعامل بین این انواع مختلف اطلاعات امکان پذیر است.

۳. Control relates language to social interactions and joint action (e.g., in bilingualism and in taking turns during a conversation).

۳. کنترل، زبان را به تعاملات اجتماعی و کنش مشترک (مثلاً در دوزبانگی و نوبت گرفتن در حین مکالمه) مرتبط می‌کند.

FIGURE 11.25 Memory-unification-control model proposed by Peter Hagoort.
The three components of the model are shown in colors overlaid onto a drawing of the left hemisphere: the memory component (yellow) in the left temporal lobe, the unification component (blue) in the left inferior frontal gyrus, and the control component (purple) in the lateral and medial frontal cortex.

شکل ۱۱.۲۵ مدل کنترل یکپارچه سازی حافظه پیشنهاد شده توسط پیتر‌هاگورت.
سه جزء مدل با رنگ‌هایی که بر روی نقاشی نیمکره چپ پوشانده شده‌اند نشان داده شده‌اند: جزء حافظه (زرد) در لوب گیجگاهی چپ، جزء وحدت (آبی) در شکنج پیشانی تحتانی سمت چپ، و جزء کنترل (بنفش). ) در قشر پیشانی جانبی و داخلی.

As Figure 11.25 shows, the temporal lobes are especially important for the storage and retrieval of word representations (Hagoort’s memory component). Phonological and phonetic properties of words are stored in the central to posterior superior temporal gyrus (STG, which includes Wernicke’s area) extending into the superior temporal sulcus (STS), and semantic information is distributed over different parts of the left, middle, and inferior temporal gyri.

همانطور که شکل ۱۱.۲۵ نشان می‌دهد، لوب‌های زمانی به ویژه برای ذخیره و بازیابی نمایش‌های کلامی‌(مولفه حافظه هگورت) اهمیت دارند. ویژگی‌های فونولوژیکی و آواشناختی کلمات در کناره مرکزی تا فوقانی لوب زمانی ذخیره می‌شوند (STG که شامل ناحیه ورنیکه است) و به شیار فوقانی لوب زمانی (STS) گسترش می‌یابند و اطلاعات معنایی بر روی بخش‌های مختلف لوب‌های زمانی چپ، وسط و پایینی توزیع شده است.

The processes that combine and unify (integrate) phonological, lexical-semantic, and syntactic information recruit frontal areas of the brain, including the left inferior frontal gyrus (LIFG), which contains Broca’s area. The LIFG now appears to be involved in all three unification processes: semantic unification in Brodmann areas (BA) 47 and 45, syntactic unification in BA45 and BA44, and phonological unification in BA44 and parts of BA6.

فرآیندهایی که اطلاعات واج‌شناختی، واژگانی – معنایی و نحوی را ترکیب و یکپارچه می‌کنند، نواحی جلویی مغز، از جمله شکنج پیشانی تحتانی چپ (LIFG)، که شامل ناحیه بروکا است را جذب می‌کنند. اکنون به نظر می‌رسد که LIFG در هر سه فرآیند یکسان سازی درگیر است: یکسان سازی معنایی در مناطق برودمن (BA) 47 و ۴۵، یکسان سازی نحوی در BA45 و BA44، و یکسان سازی واجی در BA44 و بخش‌هایی از BA6.

The control component of the model becomes important when people are actually involved in communication-for example, when they have to take turns speaking and listening during a conversation. Cognitive control in language comprehension has not been studied very much, but areas that are involved in cognitive control during other tasks, such as the anterior cingulate cortex (ACC) and the dorsolateral prefrontal cortex (diPFC, BA46/BA9), also play a role during cognitive control in language comprehension.

کنترل سیستم مدل وقتی اهمیت پیدا می‌کند که افراد واقعاً در ارتباط مشارکت داشته باشند—مثلاً وقتی که باید نوبت صحبت کردن و گوش دادن را در یک گفتگو رعایت کنند. کنترل شناختی در درک زبان خیلی مورد مطالعه قرار نگرفته، اما نواحی که در کنترل شناختی هنگام انجام وظایف دیگر درگیر هستند، مانند قشر سینگولیت قدامی‌(ACC) و قشر پیش‌پیشانی دورسال‌لترال (diPFC، BA46/BA9)، در کنترل شناختی در درک زبان نیز نقش دارند.

Networks of the Left-Hemisphere Perisylvian Language System

شبکه‌های سیستم زبان پریسیلویی نیمکره چپ

We have reviewed a lot of studies focusing on brain regions in the left hemisphere that are involved in various language functions. How are these brain regions organized to create a language network in the brain? From recent studies that have considered the functional and structural connectivity in the left hemisphere, several pathways have been identified that connect the representations of words and meanings in the temporal lobes to the unification areas in the frontal lobes.

ما مطالعات زیادی را با تمرکز بر مناطق مغز در نیمکره چپ که در عملکردهای مختلف زبان درگیر هستند، مرور کرده ایم. چگونه این نواحی مغز برای ایجاد یک شبکه زبانی در مغز سازماندهی شده اند؟ از مطالعات اخیری که اتصال عملکردی و ساختاری در نیمکره چپ را در نظر گرفته اند، مسیرهای متعددی شناسایی شده اند که بازنمایی کلمات و معانی در لوب‌های گیجگاهی را به نواحی یکسان سازی در لوب‌های فرونتال متصل می‌کنند.

For spoken-sentence comprehension, Angela Friederici (2012a) has elaborated a model of the language network in which four pathways are distinguished (Figure 11.26). Two ventral pathways connect the posterior temporal lobes with the anterior temporal lobe and the frontal operculum. These include the uncinate fasciculus and the fibers of the extreme capsule. These ventral pathways are important for comprehending words. Two dorsal path- ways connect the posterior temporal lobes to the frontal lobes. These include the arcuate fasciculus and portions of the superior longitudinal fasciculus. The dorsal path- way that connects to the premotor cortex is involved in speech preparation. The other dorsal pathway connects Broca’s area (specifically BA44) with the superior temporal gyrus and superior temporal sulcus. This pathway is important for aspects of syntactic processing.

برای درک جملات گفتاری، آنجلا فریدریسی (2012a) مدلی از شبکه زبانی را توضیح داده است که در آن چهار مسیر از هم متمایز می‌شوند (شکل ۱۱.۲۶). دو مسیر شکمی، لوب گیجگاهی خلفی را با لوب گیجگاهی قدامی‌و اپرکولوم پیشانی متصل می‌کند. اینها شامل فاسیکلوس غیرسینات و الیاف کپسول شدید است. این مسیرهای شکمی‌برای درک کلمات مهم هستند. دو مسیر پشتی – لوب‌های گیجگاهی خلفی را به لوب‌های فرونتال متصل می‌کند. اینها شامل فاسیکلوس کمانی و بخشهایی از فاسیکلوس طولی فوقانی است. مسیر پشتی که به قشر پیش حرکتی متصل می‌شود در آماده سازی گفتار نقش دارد. مسیر پشتی دیگر ناحیه بروکا (به ویژه BA44) را با شکنج گیجگاهی فوقانی و شیار گیجگاهی فوقانی متصل می‌کند. این مسیر برای جنبه‌های پردازش نحوی مهم است.

FIGURE 11.26 Cortical language circuit proposed by Angela Friederici, consisting of two ventral and two dorsal pathways.
The black lines indicate direct pathways and the direction of information flow between language-related regions. The broken line suggests an indirect connection between the PSTG/STS and the MTG via the inferior parietal cortex (IPC). The ventral pathways are important for comprehending words. The dorsal pathway that connects to the premotor cortex (PMC) is involved in speech preparation. The other dorsal pathway connects Broca’s area (specifically BA44) with the superior temporal gyrus (STG) and superior temporal sulcus (STS) and is involved in syntactic processing.

شکل ۱۱.۲۶ مدار زبان قشر مغز پیشنهاد شده توسط آنجلا فریدریسی، شامل دو مسیر شکمی و دو مسیر پشتی است.
خطوط سیاه نشان دهنده مسیرهای مستقیم و جهت جریان اطلاعات بین مناطق مرتبط با زبان است. خط شکسته ارتباط غیرمستقیم بین PSTG/STS و MTG را از طریق قشر آهیانه‌ای تحتانی (IPC) نشان می‌دهد. مسیرهای شکمی برای درک کلمات مهم هستند. مسیر پشتی که به قشر پیش حرکتی (PMC) متصل می‌شود در آماده سازی گفتار نقش دارد. مسیر پشتی دیگر ناحیه بروکا (به ویژه BA44) را با شکنج گیجگاهی فوقانی (STG) و شیار گیجگاهی فوقانی (STS) متصل می‌کند و در پردازش نحوی نقش دارد.

TAKE-HOME MESSAGES

پیام‌های اصلی

▪️ Models of language comprehension involve the idea of unifying information from linguistic inputs or from retrieved linguistic representations to create new and more complex linguistic structures and meanings.

▪️ مدل‌های درک زبان شامل ایده یکپارچه سازی اطلاعات از ورودی‌های زبانی یا بازنمایی‌های زبانی بازیابی شده برای ایجاد ساختارها و معانی زبانی جدید و پیچیده تر است.

▪️White matter tracts in the left hemisphere connect inferior frontal cortex, inferior parietal cortex, and temporal cortex to create specific circuits for linguistic operations.

▪️ مسیرهای ماده سفید در نیمکره چپ قشر پیشانی تحتانی، قشر آهیانه‌ای تحتانی و قشر تمپورال را به هم متصل می‌کنند تا مدارهای خاصی را برای عملیات زبانی ایجاد کنند.