Sprache: N400 bei semantischer Inkongruenz

Quelle: Laboratorien der Sarah I. Gimbel und der Jonas T. Kaplan-Universität von Südkalifornien

Verständnis Sprache gehört zu den kompliziertesten kognitiven Aufgaben, denen Menschen in der Lage sind. Die unglaubliche Menge an Wahlmöglichkeiten gegeben, wenn einzelne Wörter in Form Bedeutung in Sätzen kombiniert, ist es entscheidend, dass das Gehirn erkennen können, wenn Wörter kohärente Kombinationen bilden und erscheint eine Anomalie, die Bedeutung untergräbt. Umfangreicher Forschung hat gezeigt, dass bestimmte Kopfhaut aufgenommene elektrische Ereignisse empfindlich auf Abweichungen in dieser Art der Erwartung. Wichtig ist, diese elektrischen Signaturen der Inkongruenz sind spezifisch für unerwartete Bedeutungen, und unterscheiden sich daher von dem Gehirn allgemeine Antworten auf andere Arten von Anomalien.

Die neurophysiologische Korrelate des semantischen Inkongruenz sind experimentell durch den Einsatz von Paradigmen untersucht worden, die semantisch kongruente und inkongruente enden, um Sätze zu präsentieren. Ursprünglich im Jahr 1980 eingeführt, präsentiert die semantische Inkongruenz Aufgabe dem Teilnehmer mit einer Reihe von Sätzen dieses Ende mit entweder kongruent oder inkongruent Wort. Um zu testen, dass die Antwort von semantischen Inkongruenz und nicht mehr in der Regel durch Überraschung, einige Sätze Wörter in einer anderen Größe präsentiert enthalten. ¹ die semantisch inkongruente Ende eines Satzes hat gezeigt, bestimmte elektrische Ereignisse zu entlocken, die beschreibbare an der Kopfhaut als ereignisbezogene Potenziale (ERP) bekannt sind. ERP ist die gemessene Gehirn Antwort aus einem bestimmten sensorischen, kognitiven oder motorischen Ereignis. ERP-Systeme sind mit der Elektroenzephalographie (EEG), nicht-invasive Mittel zur Bewertung der Funktion des Gehirns bei Patienten mit Krankheit und normal funktionierenden Personen gemessen. Eine spezielle ERP-Komponente über die Kopfhaut, bekannt als der N400 gefunden zeigt größere Amplitude als Reaktion auf semantisch inkongruenten Ereignisse. Die N400 ist eine andauernde Negative Auslenkung in das EEG-Signal, das über zwischen 250 und 400 ms nach dem Stimulus Onset auftritt. In der Regel reflektieren frühen Potenziale sensomotorische Verarbeitung, während spätere Potenziale wie die N400 kognitive Verarbeitung widerspiegeln.

In diesem Video zeigen wir, wie eine semantische Inkongruenz-Aufgabe mit EEG zu verwalten. Das Video deckt die Einrichtung und Verwaltung von EEG und Analyse von ERP-Systemen im Zusammenhang mit Kontrolle und Ziel Reize in der semantischen Widersprüchlichkeit. In dieser Aufgabe sind Teilnehmer mit den EEG-Elektroden, richten Sie dann Aktivität des Gehirns aufgezeichnet wird, während sie Kontrolle Sätze und semantisch inkongruenten Sätze anzeigen. Das EEG-Verfahren ist ähnlich dem von Habibi Et Al.,¹ und die Aufgabe ist nach Kutas und Hillyard modelliert. ² wenn die ERP-Systeme sind gemittelt über die geschmackssicheren und unpassend Sätze, die neuronale Korrelate der jedes Ereignis in einem ausgewählten Zeitfenster verglichen werden können.

1. Teilnehmer Rekrutierung

1. 20 Teilnehmer für das Experiment zu rekrutieren.
2. Stellen Sie sicher, dass die Teilnehmer voll und ganz der Forschung Verfahren informiert worden und haben die entsprechende Einwilligungserklärungen unterzeichnet.

2. Datenerhebung

Abbildung 1: Platzierung der Elektrode. Platzierung der Elektroden Gesicht, EOG Artefakte und mastoid Satzbewegung (A) zu erkennen. Diagramm der Messung von direkt zwischen den Augenbrauen auf knapp die Beule am Hinterkopf. 10 % dieser Messung wird gemessen über die Mitte des Auges-Markierung, und dies ist, wo die FPZ Elektrode der GAP (B) platziert wird.

1. EEG-Vorbereitung (Hinweis: diese Schritte sind für den Einsatz mit dem Neuroscan 4.3-System mit Synamps 2 Verstärker und ein 64-Kanal schnell Cap.)
   1. Teilnehmer eine EEG-Studie sollte keines Haar-Produkte (z.B., Gel, Maus oder Leave-in Conditioner) in ihren Haaren vor ihrer Teilnahme haben.
   2. Füllen Sie 2-4, 10 ml Spritzen mit leitendem Elektrodengel (d.h., Quick-Gel). Es wird empfohlen, um das Gel vor benutzen, um Luftblasen zu rühren.
   3. Haar und Kopfhaut gründlich (ca. 5 min).
   4. Sauberen Kopf mit Alkohol und Baumwolle Gaze. Auch die Haut für die Platzierung der Elektroden reinigen: zwei Mastoids (hinter jedem Ohr), unterhalb und oberhalb der linken Auge VEO (vertikale Elektro-Okular) und den äußersten Seiten jedes Auges HEO (horizontale Elektro-Okular; Abbildung 1, links).
   5. Zweiseitig klebende Platten verwenden, platzieren Sie die Elektroden.
   6. Messen Sie den Kopf von vorne (direkt zwischen den Augenbrauen, Mitte des Auges) auf dem Inion (unter dem Stoß des Kopfes in den Rücken). Dieser Abstand bestimmt die Größe der GAP (klein, Mittel oder groß). Setzen Sie die Kappe, markieren Sie die 10 % der gemessenen Distanz auf der Stirn und stellen Sie sicher, dass die Mitte des frontale-Elektrode (FPz) auf diesem platziert wird markiert.
   7. Legen Sie Gesicht Elektroden auf ihre jeweiligen Stricke auf der Kappe.
   8. Starten Sie die Elektroden mit Gel zu füllen, verwenden die stumpfe Nadelspitze, um die Haare beiseite unter der Elektrode zu kratzen, so ist die Elektrode in direktem Kontakt mit der Kopfhaut. Achten Sie darauf, nicht auf die Haut zu verletzen.
      1. Heben Sie die Elektrode ein bisschen erleichtert das Gel einfügen. In den meisten Fällen werden die Haare unter der Elektrode. Wenn Sie ihn aus dem Weg bewegen ermöglicht bessere Impedanz.
   9. Nehmen Sie die Teilnehmer um den schalldichten Raum und schließen Sie die Kappe und die einzelnen Elektroden.
   10. Überprüfen Sie die Impedanz der Elektrode-Kopfhaut Verbindung zu halten, weniger als 10 KΩ. Wenn die Impedanz hoch ist, stellen Sie sicher die Elektrode hat leitendes Gel und steht in Kontakt mit der Kopfhaut.
       1. Impedanz ist die Tendenz, den Fluss des Wechselstromes behindern. Hoher Impedanz kann Rauschen in den Daten erhöhen und minimiert werden, bevor das Studium beginnt.
       2. In den meisten Fällen ist das Haar in der Art der Elektrode. Wenn Sie ihn aus dem Weg bewegen sollten besser Impedanz erhalten.
   11. Sobald die Impedanz akzeptabel für alle Elektroden ist und EEG-Spuren leer von Lärm sind, kann Datenerfassung beginnen.
2. EEG-Datenerfassung
   1. Bereiten Sie die Teilnehmer, die Aufgabe auszuführen.
      1. Legen Sie die Teilnehmer in einem Sessel 75 cm aus dem Computer-Bildschirm in einem Ton und Licht abgeschwächt (akustisch und elektrisch abgeschirmt).
      2. Sagen Sie des Teilnehmers, dass er/Sie sieben-Wort-Sätze, präsentiert ein Wort zu einem Zeitpunkt auf dem Bildschirm vor ihnen lesen werden. Sie sollen jeden Satz zu lesen, um Fragen über den Inhalt der Sätze am Ende des Experiments.
         1. Jede der sieben Wörter des Satzes wird individuell für 100 ms, mit einem 1000 ms interstimulus Intervall zwischen den einzelnen Wörtern angezeigt.
            1. Wörter werden nacheinander in die Mitte des Bildschirms, Augenbewegungen während des Experiments zu minimieren vorgestellt.
         2. Der Teilnehmer sieht zunächst 10 Praxis Sätze.
         3. Zeigen Sie die 240 Reize in einer zufälligen Reihenfolge in beiden Präsentationen von 120 Sätzen. Ein Drittel der Sätze sind normale Sätze, wo ist das letzte Wort semantisch deckungsgleich mit dem Rest des Satzes. Ein Drittel der Sätze sind inkongruente Sätze, wo ist das letzte Wort semantisch inkongruenten mit dem Rest des Satzes. Ein Drittel der Sätze sind normale Sätze, wo das letzte Wort in einer größeren Schrift als der Rest des Satzes vorgestellt.
3. Starten Sie das System und haben Sie die kontinuierliche Aufnahme von EEG während der Präsentation der funktionalen Aufgabe.
4. EEG wird verstärkt durch Verstärker mit einer Verstärkung von 1024 und einem Bandpass von 0,01-100 Hz.
5. Studien von Auge blinkt kontaminiert und off-line Artefakt Ablehnung (etwa 15 % der Studien) beseitigt werden.

(3) Datenanalyse

1. Offline, Referenzdaten Sie zu gemittelten Mastoids.
2. Epochen sind Basislinie mittels der Epoche 200 ms vor dem Beginn des Reizes korrigiert.
3. Um Bewegungsartefakte zu beheben, schließen Sie Epochen mit einem Signal Änderung von mehr als 150 µV bei jedem EEG-Elektrode im Durchschnitt.
4. Digital filtern die Daten offline (Bandpass 0,05-20 Hz).
5. Verwenden Sie die ERP-Durchschnitte, die angezeigt werden aus dem Pz-Aufnahme-Websites für den zeitlichen Verlauf eines Satzes (Abbildung 2).
   1. Der Höhepunkt der parietalen (Amplitude und Latenz) ist N400 automatisch alle Elektroden entnommen.

Abbildung 2: Ergebnisse der semantischen Inkongruenz Aufgabe. Der Teilnehmer wird mit einem Satz, ein Wort zu einem Zeitpunkt vorgestellt. Jedes Wort wird für 100 ms, gefolgt von 1 s ein leerer Bildschirm angezeigt. Teilnehmer sehen geschmackssicheren Sätze (rot), unpassende Sätze (blau) und Sätze, wo das letzte Wort in einem größeren Format (grün) dargestellt wird. Nur die unpassende Sätze produzieren die N400-Antwort, wenn das letzte Wort dargestellt wird. Wenn das letzte Wort geschmackssicheren aber größer ist, gibt es eine spätere P560 Antwort.

6. Statistische Analyse
   1. Darstellen Sie ERP-Mittelwerte aus den parietalen Pz-Elektroden für kongruent, inkongruent und abweichende Größe Bedingungen.
   2. Verwenden Sie für Peak Amplitude und Latenzen F-Tests für jede Wartezeit um festzustellen, ob es einen Unterschied zwischen Ziel und Kontrolle Reize gibt.

Während die semantische Inkongruenz Aufgabe wo Teilnehmer betrachtet geschmackssicheren Sätze, unpassende Sätze und Sätze wo präsentierte sich das letzte Wort in einem größeren Format, gab es eine Negative andauernde N400 Antwort nur für die unpassende Sätze (Abbildung 2, blau). Sätze mit ein überraschendes Element (größere letzte Wort), das nicht semantisch unpassend war keine N400 Reaktion zeigen, sondern zeigten eine erhöhte P560 Reaktion (Abbildung 2, rot). Die N400 Antwort begann ca. 250 ms nach der Präsentation des letzten Wortes des Satzes und erreichte etwa 400 ms nach dem Stimulus einsetzen.

Diese Ergebnisse zeigen, dass die elektrischer Aktivität im Gehirn und besonders in den Scheitellappen registriert, wenn ein semantisch unpassende Wort als Teil eines Satzes dargestellt wird. Dieses elektrische Ereignis spiegelt die neuronale Prozesse, die zur Unterbrechung der laufenden Satz Verarbeitung durch ein semantisch unangemessene Wort zu identifizieren. Die N400 scheint nützliche Angaben zu Zeitpunkt, Klassifizierung und Interaktionen von kognitiven Prozessen beteiligt, Verarbeitung natürlicher Sprache und Verständnis.

Diese Studie zeigt einige der Vorteile des ERP-Ansatzes, vor allem seine hohe zeitliche Auflösung. In diesem Paradigma sind natürliche Lesung simulieren Wort Reize sehr kurz hintereinander präsentiert. Aufgrund der ausgezeichneten Zeitauflösung von EEG können wir elektrische Reaktionen auf die Reize individuell zu erkennen.

Als Marker für die semantische Verarbeitung kann die N400 ein nützliches Werkzeug für das Verständnis der Entwicklung der Sprache von der Kindheit bis zum Erwachsenenalter. Studie über diese Komponente zeigt, dass sogar in 19 Monate alten Babys, gibt es ein semantischen Inkongruenz-Effekt, wenn sie Worte hören, die Bilder nicht übereinstimmen, die sie sehen. ³ Dies zeigt die sehr frühen Anwesenheit eines Mechanismus für die passenden Wörter zu ihren richtigen Kontext. Jedoch während Jugendlichen eine N400, die zwischen kongruente und inkongruente Sprache unterscheidet zeigen, ist das Reaktionsschema dieser Komponente noch nicht so differenziert wie der Erwachsene; beispielsweise ist es nicht so empfindlich auf unterschiedliche Grade der Inkongruenz. ⁴ diese Studien zeigen die Empfindlichkeit dieser ERP-Komponente als Index der semantischen Verarbeitung.

1. Habibi, A., Wirantana, V. & Starr, A. Cortical Activity during Perception of Musical Rhythm; Comparing Musicians and Non-musicians. Psychomusicology 24, 125-135 (2014).
2. Kutas, M., & Hillyard, S. A. (1980). Reading Senseless Sentences: Brain Potentials Reflect Semantic Incongruity. Science, 207(4427), 203-205.
3. Friedrich, M., & Friederici, A. D. (2004). N400-like Semantic incongruity effect in 19-month olds: Processing known words in picture contexts. Journal of Cognitive Neuroscience, 16(8), 1465-1477.
4. Benau, E. M., Morris, J., & Couperus, J. W. (2011). Semantic processing in children and adults: Incongruity and the N400. J Psycholinguist Res, 40, 225-239.