Idioma: La N400 en incongruencia semántica

Fuente: Laboratorios de Sarah I. Gimbel y Jonas T. Kaplan, University of Southern California

Entender el lenguaje es una de las tareas cognitivas más complejas que los seres humanos son capaces de. Dada la increíble cantidad de opciones posibles al combinar palabras individuales a forma de significado en las oraciones, es crucial que el cerebro es capaz de identificar palabras forman combinaciones coherentes y cuando una anomalía aparece que socava el significado. Amplia investigación ha demostrado que ciertos acontecimientos eléctricos grabado del cuero cabelludo son sensibles a las desviaciones en este tipo de expectativa. Importante, estas firmas eléctricas de incongruencia están significados inesperados y por lo tanto son diferentes de las respuestas generales del cerebro a otros tipos de anomalías.

Los correlatos neurofisiológicos de incongruencia semántica se han examinado experimentalmente mediante el uso de paradigmas que presentan extremos semánticamente incongruentes y congruentes a las oraciones. Introducido originalmente en 1980, la tarea de incongruencia semántica presenta al participante una serie de oraciones ese fin con la palabra congruente o incongruente. Para probar que la respuesta es de incongruencia semántica y no más generalmente debido a la sorpresa, algunas frases incluyen palabras presentadas en un tamaño diferente. ¹ semánticamente incongruente final a una oración se ha demostrado para generar eventos eléctricos específicos que son registrables en el cuero cabelludo conocido como potenciales evento-relacionados (ERPs). Un ERP es la respuesta del cerebro medido resultante de un evento específico sensorial, cognitivo o motor. ERPs se miden mediante electroencefalografía (EEG), un medio no invasivo de evaluar la función cerebral en pacientes con la enfermedad y los individuos normalmente de funcionamiento. Un componente específico de la ERP en el cuero cabelludo, conocido como la N400, muestra mayor amplitud en respuesta a eventos semánticamente incongruentes. La N400 es una desviación negativa va en la señal de EEG que se produce de entre 250 y 400 ms después del inicio del estímulo. En general, potenciales tempranos reflejan procesamiento sensorial motor, mientras que más adelante potenciales como la N400 reflejan procesamiento cognitivo.

En este vídeo mostramos cómo administrar una tarea de incongruencia semántica mediante EEG. El video cubre la instalación y administración de EEG, y análisis de ERPs relacionados con estímulos tanto control como destino en la incongruencia semántica. En esta tarea, los participantes se establecen con los electrodos de EEG, a continuación, se registra la actividad cerebral mientras ven el control frases y oraciones semánticamente incongruentes. El procedimiento de EEG es similar a la de Habibi et al.,¹ y la tarea se modela después de Kutas y Hillyard. ² cuando el ERP se calcula el promedio a través de las oraciones congruente e incongruentes, pueden compararse con los correlatos neuronales de cada evento en un intervalo de tiempo seleccionado.

1. participante reclutamiento

1. Reclutar a 20 participantes para el experimento.
2. Asegúrese de que los participantes han sido completamente informados de los procedimientos de investigación y han firmado todos los formularios de consentimiento apropiado.

2. recolección de datos

Figura 1: colocación del electrodo. Colocación de los electrodos de cara a detectar EOG artefactos y registro movimiento mastoide (A). Diagrama de medición de directamente entre las cejas a apenas debajo de la protuberancia en la parte posterior de la cabeza. 10% de esta medida se mide por encima de la marca de medio ojo, y esto es donde el electrodo FPZ del casquillo se coloca (B).

1. Preparación de EEG (Nota: estos pasos son para el uso con el sistema de Neuroscan 4.3 con amplificador Synamps 2 y un tapón rápido de 64 canales.)
   1. Los participantes en un estudio de EEG no deben tener los productos de pelo (p. ej., gel, mouse o acondicionador leave-in) en el pelo antes de su participación.
   2. Llenan jeringas de 10 ml de 2-4, electrodo-gel conductor (es decir, rápido-gel). Se recomienda revolver el gel antes de usar para liberar las burbujas de aire.
   3. Cepillo de pelo y el cuero cabelludo bien (unos 5 minutos).
   4. Cabeza limpia con una gasa alcohol y algodón. También limpia la piel para la colocación de electrodos: dos mastoids (detrás de cada oído), por debajo y por encima de la izquierda ojo VEO (vertical electro-ocular) y las partes lejanas de cada ojo HEO (electro-ocular horizontal; Figura 1, izquierda).
   5. Usando discos adhesivo a doble cara, coloque los electrodos.
   6. Medir la cabeza de la frente (entre las cejas, ojos medio) al inion (debajo de la protuberancia de la cabeza en la parte posterior). Esta distancia determinará el tamaño de la tapa (pequeño, mediano o grande). Para colocar la tapa, marca el 10% de la distancia medida en la frente y asegúrese de que está colocado el electrodo frontal medio (FPz) Esto marcó.
   7. Pegue los electrodos de cara a sus respectivas cuerdas sobre la tapa.
   8. Empezar a llenar los electrodos con gel, con la punta de la aguja embotada para raspar el pelo a un lado por debajo del electrodo, por lo que el electrodo está en contacto directo con el cuero cabelludo. Ser conscientes de no dañar la piel.
      1. Levantando un poco el electrodo facilita el introducir el gel. En la mayoría de los casos, habrá pelo debajo del electrodo. Mejor impedancia permite moverlo fuera del camino.
   9. Llevar al participante a la sala insonorizada y enchufe en la tapa y electrodos individuales.
   10. Verifique la impedancia de la conexión del electrodo-cuero cabelludo para mantenerlo debajo de 10 KΩ. Si la impedancia es alta Asegúrese de que el electrodo tiene gel conductor y está en contacto con el cuero cabelludo.
       1. La impedancia es la tendencia a impedir el flujo de corriente alterna. Alta impedancia puede aumentar el ruido en los datos y debe reducirse antes de que comience el estudio.
       2. En la mayoría de los casos, el pelo es en la forma del electrodo. Mover fuera del camino debe recibir mejor impedancia.
   11. Una vez que la impedancia es aceptable para todos los electrodos y rastros de EEG son de ruido, puede comenzar la recolección de datos.
2. Recopilación de datos de EEG
   1. Preparar al participante para realizar la tarea.
      1. Lugar el participante en una silla de 75 cm de la pantalla del ordenador, en una sala de sonido y luz atenuada (acústico y eléctrico blindado).
      2. Dile al participante que él o ella estarán leyendo frases de siete palabras, presentadas una palabra en un momento en la pantalla frente a ellos. Deben leer cada frase para responder a preguntas sobre el contenido de las oraciones al final del experimento.
         1. Cada una de las siete palabras de la oración se muestra individualmente para 100 ms, con un intervalo interstimulus de 1000 ms entre cada palabra.
            1. Palabras se presentan uno a uno en el centro de la pantalla para minimizar los movimientos del ojo durante el experimento.
         2. El participante ve primero 10 oraciones de práctica.
         3. Ver los 240 estímulos en un orden aleatorio, en dos presentaciones de 120 oraciones. Un tercio de las oraciones son oraciones normales, donde la última palabra es semánticamente congruente con el resto de la oración. Un tercio de las sentencias son sentencias incongruentes, donde la última palabra es semánticamente incongruente con el resto de la oración. Un tercio de las oraciones son oraciones normales donde se presenta la última palabra en una letra más grande que el resto de la oración.
3. Inicie el sistema y tener un registro continuo de EEG durante la presentación de la tarea funcional.
4. EEG es amplificado por amplificadores con una ganancia de 1024 y un pase de banda de 0.01 a 100 Hz.
5. Ensayos contaminación por ojo parpadea y rechazo de artefacto (aproximadamente 15% de ensayos) se eliminarán fuera de línea.

3. Análisis de los datos

1. Fuera de línea, referencia datos promedio mastoids.
2. Las épocas son base corregido usando la época 200 ms antes de la aparición del estímulo.
3. Para corregir para los artefactos de movimiento, excluir épocas con una señal de cambio 150 μV superior a en cualquier electrodo de EEG en la media.
4. Filtro digital de los datos fuera de línea (bandpass 0.05-20 Hz).
5. Utilizar el ERP las medias que aparecen desde los sitios de grabación Pz para el curso del tiempo de cada oración (figura 2).
   1. El pico (amplitud y latencia) de parietal N400 se obtiene automáticamente de todos los electrodos.

Figura 2: resultados de la tarea de incongruencia semántica. El participante se presenta con una frase, una palabra a la vez. Cada palabra aparece para 100 ms, seguida de 1 s de una pantalla en blanco. Los participantes ver las sentencias incongruentes frases congruente (rojo), (azul) y las oraciones donde la última palabra se presenta en un tamaño más grande (verde). Sólo las sentencias incongruentes producen la N400 respuesta cuando se presenta la última palabra. Cuando la última palabra es congruente pero más grande en tamaño, hay una respuesta P560 más adelante.

6. Análisis estadístico
   1. Parcela ERP promedios desde los electrodos parietales de Pz para condiciones tamaño congruente incongruente y desviadas.
   2. Para pico de amplitud y latencias, utilice pruebas de F para cada intervalo de latencia para determinar si hay una diferencia entre objetivo y control de estímulos.

Durante la tarea de incongruencia semántica donde los participantes han consultado congruente frases, frases incongruentes y oraciones donde se presentó la última palabra en un tamaño más grande, hubo una respuesta de N400 negativo va sólo para las sentencias incongruentes (figura 2, azul). Oraciones con un elemento sorprendente (más última palabra) que no era semánticamente incongruente no mostraron una respuesta de la N400, pero presentaron una mayor respuesta P560 (figura 2, rojo). La respuesta de N400 comenzó aproximadamente 250 ms después de la presentación de la última palabra de la frase y alcanzó unos 400 m después del inicio del estímulo.

Estos resultados muestran que la actividad eléctrica en el cerebro y particularmente en el lóbulo parietal, registra cuando una palabra semánticamente incongruente se presenta como parte de una oración. Este evento eléctrico refleja los procesos neuronales que identifican a la interrupción de la oración continua de procesamiento de una palabra semánticamente inadecuada. La N400 parece proporcionar información útil sobre el tiempo, la clasificación y las interacciones de los procesos cognitivos involucrados en la comprensión y procesamiento del lenguaje natural.

Este estudio demuestra algunas de las ventajas del enfoque ERP, en particular, su alta resolución temporal. En este paradigma, para simular la lectura natural, palabra estímulos se presentan muy brevemente en la sucesión. Debido a la excelente resolución temporal de EEG, que son capaces de discernir las respuestas eléctricas a los estímulos individualmente.

Como marcador de procesamiento semántico, la N400 puede ser una herramienta útil para comprender el desarrollo del lenguaje desde la infancia hasta la edad adulta. Estudio de este componente muestra que incluso en los bebes de 19 meses de edad, hay un efecto de incongruencia semántica cuando oyen palabras que no coinciden con los cuadros que están viendo. ³ demuestra la presencia muy temprana de un mecanismo para emparejar palabras en su contexto adecuado. Sin embargo, mientras que los adolescentes muestran una N400 que discrimina entre lengua congruente e incongruente, el perfil de respuesta de este componente no es todavía tan matizado como la de los adultos; por ejemplo, que no es sensible a diferentes grados de incongruencia. ⁴ estos estudios demuestran la sensibilidad de este componente ERP como un índice del procesamiento semántico.

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.