Langage : Le N400 en incongruité sémantique

Source : Laboratoires de Sarah I. Gimbel et Jonas T. Kaplan — University of Southern California

Compréhension du langage est l’une des tâches cognitives plus complexes que les humains sont capables de. Compte tenu de la quantité incroyable de choix possibles lors de la combinaison des mots individuels au sens de la forme dans les phrases, il est crucial que le cerveau est capable d’identifier les mots forment des combinaisons cohérentes et lorsqu’une anomalie apparaît qui sape les sens. Une recherche approfondie a montré que certains événements électriques enregistrés du cuir chevelu sont sensibles aux écarts par rapport à ce type d’attente. Important, ces signatures électriques d’incongruité sont spécifiques aux significations inattendues et sont donc différents des réponses générales du cerveau à d’autres types d’anomalies.

Les corrélats neurophysiologiques de l’incongruité sémantique ont été étudiées expérimentalement par l’utilisation de paradigmes qui présentent des extrémités sémantiquement congrues et incongrues de phrases. Initialement créé en 1980, la tâche de l’incongruité sémantique présente le participant avec une série de phrases se terminant par un mot soit congru ou incongru. Pour vérifier que la réponse d’incongruité sémantique et plus généralement en raison de la surprise, quelques phrases sus mots présentés dans une taille différente. ¹ la fin sémantiquement incompatible à une phrase a été démontrée pour susciter des événements électriques spécifiques qui sont enregistrables au cuir chevelu appelé potentiels liés à l’événement (ERPs). Un ERP est la réponse du cerveau mesurée résultant d’un événement sensoriel, cognitif ou moteur spécifique. ERPs sont mesurées au moyen de l’électroencéphalographie (EEG), d’évaluer le fonctionnement du cerveau chez les patients atteints de la maladie et les individus fonctionnant normalement de manière non invasive. Un composant ERP spécifique trouvé dans l’ensemble du cuir chevelu, connu comme le N400, montre une plus grande amplitude en réponse aux événements sémantiquement incongrues. Le N400 est une déviation négative du signal d’EEG qui se produit autour entre 250 et 400 ms après le début de la stimulation. En général, début potentiels reflètent sensori-moteur transformation, alors que des potentiels plus tard comme le N400 reflètent traitement cognitif.

Dans cette vidéo, nous montrons comment administrer une tâche incongruité sémantique à l’aide d’EEG. La vidéo s’étendra la configuration et l’administration de l’EEG, et analyse des ERPs associés à des stimuli cibles et témoins dans l’incongruité sémantique. Dans cette tâche, les participants sont mis en place avec les électrodes de l’EEG, l’activité cérébrale est enregistrée alors qu’ils considèrent contrôle des phrases et des phrases sémantiquement incongrues. La procédure de l’EEG est similaire à celle de Habibi et al.,¹ et la tâche s’inspire de Kutas et Hillyard. ² ERPs the quand on fait la moyenne à travers les phrases congruente et incongrues, les corrélats neurones de chaque événement peuvent être comparés dans une fenêtre de temps choisi.

1. participant recrutement

1. Recruter des 20 participants pour l’expérience.
2. S’assurer que les participants ont été pleinement informées des procédures de recherche et ont signé tous les formulaires de consentement approprié.

2. collecte des données

Figure 1 : emplacement des électrodes. Placement des électrodes visage pour détecter les artefacts de l’EOG et mouvement mastoïdien record (A). Schéma de mesure de directement entre les sourcils pour un peu moins de la bosse à l’arrière de la tête. 10 % de cette mesure est mesurée au-dessus de la marque Mid-oeil, et c’est où l’électrode FPZ de la PAC est placé (B).

1. Préparation de l’EEG (Remarque : ces étapes doivent être utilisés avec le système de Neuroscan 4.3 avec amplificateur 2 Synamps et un bouchon rapide 64 voies.)
   1. Les participants à une étude de l’EEG n’ait pas de n’importe quel produits capillaires (p. ex., gel, souris ou congé en conditionneur) dans leurs cheveux avant leur participation.
   2. Remplir 2-4, seringues de 10 ml de gel électrode conductrice (c.-à-d., Quick-gel). Il est suggéré de remuer le gel avant de l’utiliser pour libérer les bulles d’air.
   3. Brosser les cheveux et le cuir chevelu complètement (environ 5 min).
   4. Propre chef avec de la gaze de coton et de l’alcool. Nettoyer également la peau pour le placement des électrodes : deux mastoids (derrière chaque oreille), au-dessous et au-dessus de la gauche les yeux VEO (electro-oculaire verticale) et les côtés extrême de chaque œil HEO (electro-oculaire horizontale ; Figure 1, gauche).
   5. L’utilisation de disques adhésifs recto-verso, placez les électrodes.
   6. Mesurer la tête de l’avant (directement entre les sourcils, Mid-oeil) à l’inion (sous le choc de la tête dans le dos). Cette distance permettra de déterminer la taille de la PAC (petite, moyenne ou grande). Pour placer le capuchon, marquer les 10 % de la distance mesurée sur le front et s’assurer que l’électrode frontale médiane (ZPP) est placé sur ce point marqué.
   7. Fixer les électrodes face à leurs cordes respectives sur la PAC.
   8. Commencer à remplir les électrodes avec gel, à l’aide de la pointe de l’aiguille émoussée pour gratter les cheveux du côté dessous l’électrode, l’électrode est en contact direct avec le cuir chevelu. Être conscient ne pas à blesser la peau.
      1. Soulevant l’électrode un peu le rend plus facile d’insérer le gel. Dans la plupart des cas, il y aura des cheveux du dessous de l’électrode. Déplaçant hors de la voie permettra mieux impédance.
   9. Prendre le participant à la salle insonorisée et branchez le capuchon et les électrodes.
   10. Vérifier l’impédance de la connexion de l’électrode-cuir chevelu pour le garder sous 10 KΩ. Si l’impédance est élevée, s’assurer que l’électrode a gel conducteur et est en contact avec le cuir chevelu.
       1. L’impédance est la tendance à entraver le flux de courant alternatif. Haute impédance peut augmenter le bruit dans les données et devrait être réduite au minimum avant le début de l’étude.
       2. Dans la plupart des cas, les cheveux sont dans la voie de l’électrode. Déplacement de la route devrait obtenir meilleure impédance.
   11. Une fois l’impédance est acceptable pour toutes les électrodes et traces EEG sont nulles du bruit, la collecte de données peut commencer.
2. Collecte de données EEG
   1. Préparer le participant pour effectuer la tâche.
      1. Placer le participant dans un fauteuil de 75 cm de l’écran de l’ordinateur, dans une pièce de sonore et lumière atténuée (acoustique et électrique blindée).
      2. Dire le participant qu’il/elle allez lire des phrases de sept mots, présentés un mot à la fois sur l’écran en face d’eux. Ils sont à lire chaque phrase afin de répondre aux questions sur le contenu des phrases à la fin de l’expérience.
         1. Chacun des sept mots de la phrase est indiqué séparément pour 100 ms, avec un intervalle interstimulus 1000 ms entre chaque mot.
            1. Mots sont présentés un à la fois dans le centre de l’écran afin de minimiser les mouvements oculaires pendant l’expérience.
         2. Tout d’abord, le participant voit 10 phrases pratiques.
         3. Afficher les 240 stimuli dans un ordre aléatoire, dans les deux présentations de 120 phrases. Un tiers des phrases sont des phrases normales, où le dernier mot est sémantiquement congruent avec le reste de la phrase. Un tiers des phrases sont des phrases incongrues, où le dernier mot est sémantiquement incompatible avec le reste de la phrase. Un tiers des phrases sont des phrases normales où le dernier mot est présenté dans une police plus grande que le reste de la phrase.
3. Démarrer le système et ont un enregistrement continu de l’EEG dans l’ensemble de la présentation de la tâche fonctionnelle.
4. EEG est amplifié par l’amplificateur avec un gain de 1024 et une bande passante de 0,01 à 100 Hz.
5. Essais contaminés par oeil-clignote et rejet de l’artefact (environ 15 % des essais) sera éliminée hors ligne.

3. analyse des données

1. Hors ligne, données à mastoids en moyenne de référence.
2. Époques sont base corrigée à l’aide de l’époque 200 ms avant le début du stimulus.
3. Pour corriger des artefacts de mouvement, exclure les époques avec un signal changement excédant 150 µV à toute électrode EEG dans la moyenne.
4. Filtrer numériquement les données en mode hors connexion (passe-bande 0,05-20 Hz).
5. Utiliser les moyennes de l’ERP qui sont affichent sur les sites d’enregistrement Pz pour le décours temporel de chaque phrase (Figure 2).
   1. La crête (amplitude et la latence) de la pariétales N400 est obtenu automatiquement toutes les électrodes.

Figure 2 : résultats de la tâche de l’incongruité sémantique. Le participant se voit proposer une phrase, un mot à la fois. Chaque mot apparaît pour 100 ms, puis 1 s d’un écran vide. Participants voir phrases congruente (rouge), phrases incongru (bleus) et des phrases où le dernier mot est présenté dans une plus grande taille (en vert). Seulement les phrases incongrus produisent la réponse N400 lorsque le dernier mot est présenté. Lorsque le dernier mot est congruente mais de plus grande taille, il y a une réponse P560 plus tard.

6. Analyse statistique
   1. Tracer des ERP moyennes des électrodes Pz pariétales pour des conditions de taille congruentes, incongrues et déviants.
   2. Pour l’amplitude de crête et latences, utiliser F-tests pour chaque intervalle de latence pour déterminer s’il existe une différence entre la cible et le contrôle des stimuli.

Au cours de la tâche de l’incongruité sémantique où participants considéraient congruente phrases, phrases incongrus et phrases où le dernier mot a été présenté dans une taille plus grande, il y avait une réponse négative de N400 uniquement pour les phrases incongrus (Figure 2, bleu). Phrases avec un élément surprenant (plus grand dernier mot) qui n’était pas sémantiquement incongru n’a pas montré une réponse N400, mais n’a montré une augmentation de la réponse P560 (Figure 2, rouge). La réponse de N400 a commencé environ 250 ms après la présentation du dernier mot de la phrase et a atteint un sommet d’environ 400 ms après le début de la stimulation.

Ces résultats montrent que l’activité électrique du cerveau, en particulier dans le lobe pariétal, enregistre quand un mot sémantiquement incongru est présenté dans le cadre d’une phrase. Cet événement électrique reflète les processus neuronaux qui identifient l’interruption de la phrase en cours de traitement par un mot sémantiquement inapproprié. Le N400 semble fournir des informations utiles sur le calendrier, le classement et les interactions des processus cognitifs impliqués dans la compréhension et le traitement du langage naturel.

Cette étude illustre certains des avantages de l’approche de l’ERP, en particulier, sa haute résolution temporelle. Dans ce paradigme, pour simuler la lecture naturelle, mot stimuli sont présentés brièvement dans la succession. En raison de l’excellente résolution temporelle de l’EEG, nous sommes en mesure de discerner les réponses électriques aux stimuli individuellement.

Comme marqueur du traitement sémantique, le N400 peut être un outil utile pour comprendre le développement du langage de l’enfance à l’âge adulte. Étude de ce composant montre que même chez les bébés de 19 mois, il y a un effet d’incongruité sémantique quand ils entendent les mots qui ne correspondent pas les images qu’ils voient. ³ cela démontre la présence très tôt d’un mécanisme pour faire correspondre les mots à leur contexte propre. Cependant, alors que les jeunes adolescents montrent un N400 qui établit une distinction entre langue congruente et incongrue, le profil de réponse de ce composant n’est pas encore aussi nuancé que celle des adultes ; par exemple, il n’est pas aussi sensible à des degrés différents d’incongruité. ⁴ ces études démontrent la sensibilité de cette composante de l’ERP comme indice de transformation sémantique.