שפה: N400 באי התאמה סמנטית

Overview

מקור: מעבדות של שרה גימבל וג'ונאס ט. קפלן - אוניברסיטת דרום קליפורניה

הבנת השפה היא אחת המשימות הקוגניטיביות המורכבות ביותר שבני האדם מסוגלים לעשות. בהתחשב בכמות המדהימה של אפשרויות אפשריות בעת שילוב מילים בודדות ליצירת משמעות במשפטים, חיוני שהמוח יוכל לזהות מתי מילים יוצרות שילובים קוהרנטיים וכאשר מופיעה אנומליה המערערת את המשמעות. מחקר מקיף הראה כי אירועים חשמליים מסוימים המתועדת בקרקפת רגישים לחריגות בציפייה מסוג זה. חשוב לציין, חתימות חשמליות אלה של חוסר התאמה הן ספציפיות למשמעויות בלתי צפויות, ולכן הן שונות מהתגובות הכלליות של המוח לסוגים אחרים של אנומליות.

הקורלציה הנוירופיזיולוגית של חוסר התאמה סמנטי נבדקו באופן ניסיוני באמצעות פרדיגמות המציגות קצוות סמנטיים ולא עקביים למשפטים. משימת חוסר ההתאמה הסמנטית, שהוצגה במקור בשנת 1980, מציגה למשתתף סדרה של משפטים המסתיימים במילה תואמת או לא עקבית. כדי לבדוק שהתגובה היא מאי התאמה סמנטית ולא בדרך כלל יותר עקב הפתעה, כמה משפטים כללו מילים שהוצגו בגודל שונה. ¹ הסוף הסמנטי למשפט הוכח כמעורר אירועים חשמליים ספציפיים הניתנים להקללה בקרקפת המכונה פוטנציאלים הקשורים לאירוע (ERPs). ERP הוא תגובת המוח הנמדדת הנובעת מאירוע חושי, קוגניטיבי או מוטורי ספציפי. ERPs נמדדים באמצעות אלקטרואנצפלוגרפיה (EEG), אמצעי לא פולשני להערכת תפקוד המוח בחולים עם מחלות ואנשים מתפקדים בדרך כלל. רכיב ERP ספציפי שנמצא על פני הקרקפת, המכונה N400, מראה משרעת גדולה יותר בתגובה לאירועים לא עקביים סמנטיים. ה- N400 הוא הסטה שלילית באות ה- EEG המתרחשת בין 250 ל -400 ms לאחר תחילת הגירוי. באופן כללי, פוטנציאלים מוקדמים משקפים עיבוד חושי-מוטורי, בעוד שפוטנציאלים מאוחרים יותר כמו N400 משקפים עיבוד קוגניטיבי.

בסרטון וידאו זה, אנו מראים כיצד לנהל משימת אי התאמה סמנטית באמצעות EEG. הסרטון יכסה את ההתקנה וההתנהלות של EEG, וניתוח של ERPs הקשורים הן לגירויים שליטה והן לגירויים ממוקדים בחוסר התאמה סמנטי. במשימה זו, המשתתפים מוגדרים עם אלקטרודות EEG, ואז פעילות המוח נרשמת בזמן שהם תצוגה משפטים שליטה ומשפטים לא עקביים סמנטית. הליך ה- EEG דומה לזה של חביבי ואח',¹ והמשימה מעוצבת על שם קוטאס והיליארד. ² כאשר ה- ERPs משווים בממוצע על-פני המשפטים המתכנסים וההתכנסותיים, ניתן להשוות את הקורלציה העצבית של כל אירוע בחלון זמן נבחר.

Procedure

1. גיוס משתתפים

לגייס 20 משתתפים לניסוי.
ודא כי המשתתפים עודכנו באופן מלא על נהלי המחקר וחתמו על כל טפסי ההסכמה המתאימים.

2. איסוף נתונים

איור 1: מיקום אלקטרודה. מיקום האלקטרודות בפנים כדי לזהות חפצי EOG ולתעד תנועה מסטואידית (A). תרשים של מדידה ישירות בין הגבות רק מתחת לבליטה בחלק האחורי של הראש. 10% ממדידה זו נמדדת מעל סימן אמצע העין, וכאן ממוקמת אלקטרודת FPZ של המכסה (B).

הכנת EEG (הערה: שלבים אלה מיועדים לשימוש עם מערכת Neuroscan 4.3 עם מגבר Synamps 2 ומכסה מהיר של 64 ערוצים.)
1. המשתתפים במחקר EEG לא צריכים להיות כל מוצרי שיער (למשל,ג'ל, עכבר, או מרכך leave-in) בשיער שלהם לפני השתתפותם.
2. מלא 2-4, מזרקים 10 מ"ל עם אלקטרודה ג'ל מוליך(כלומר,ג'ל מהיר). מומלץ לערבב את הג'ל לפני השימוש בו כדי לשחרר בועות אוויר.
3. מברישים היטב את השיער והקרקפת (כ-5 דקות).
4. ראש נקי עם אלכוהול וגאזה כותנה. גם לנקות את העור למיקום של אלקטרודות: שני mastoids (מאחורי כל אוזן), מתחת ומעל העין השמאלית VEO (אלקטרו עינית אנכית), ואת הצדדים הרחוקים של כל HEO עין (אלקטרו עינית אופקית; איור 1, משמאל).
5. באמצעות דיסקים דו-צדדיים של דבק, הנח את האלקטרודות.
6. למדוד את הראש מהחזית (ישירות בין הגבות, באמצע העין) אל inion (מתחת בליטה של הראש מאחור). מרחק זה יקבע את גודל המכסה (קטן, בינוני או גדול). כדי למקם את המכסה, לסמן את 10% של המרחק הנמדד על המצח ולוודא כי אלקטרודה באמצע חזיתית (FPz) ממוקם על נקודה מסומנת זו.
7. חבר את אלקטרודות הפנים לכבלים המתאימים שלהם על הכובע.
8. התחל למלא את האלקטרודות בג'ל, תוך שימוש בקצה המחט הקהה כדי לגרד את השיער הצידה מתחת לאלקטרודה, כך שהאלקטרודה נמצאת במגע ישיר עם הקרקפת. שים לב לא לפצוע את העור.
  1. הרמת האלקטרודה קצת מקלה על החדרת הג'ל. ברוב המקרים, יהיה שיער מתחת לאלקטרודה. הזזתו מהדרך תאפשר לעכבה טובה יותר.
9. קח את המשתתף לחדר אטום לרעש וחבר את המכסה ואלקטרודות בודדות.
10. בדוק את העכבה של חיבור אלקטרודה-קרקפת כדי לשמור אותו מתחת 10 KΩ. אם המכשול גבוה ודא האלקטרודה יש ג'ל מוליך והוא בקשר עם הקרקפת.
  1. המכשול הוא הנטייה לעכב את זרימתו של זרם לסירוגין. עישול גבוה עלול להגביר את הרעש בנתונים ויש למזער אותו לפני תחילת המחקר.
  2. ברוב המקרים, השיער הוא בדרך של האלקטרודה. הזזת זה מהדרך צריכה לקבל מכשול טוב יותר.
11. ברגע שהמעכבה מקובלת על כל האלקטרודות ועקבות ה- EEG אינן ריקות מרעש, איסוף הנתונים יכול להתחיל.
איסוף נתוני EEG
1. הכן את המשתתף לביצוע המשימה.
  1. מניחים את המשתתף בכיסא 75 ס"מ ממסך המחשב, בחדר סאונד ומונשם קלות (במוגן אקוסטי וחשמלי).
  2. אמור למשתתף שהוא יקרא משפטים בני שבע מילים, שיוצגו מילה אחת בכל פעם על המסך לפניהם. עליהם לקרוא כל משפט כדי לענות על שאלות לגבי תוכן המשפטים בסוף הניסוי.
    1. כל אחת משבע המילים של המשפט מוצגת בנפרד עבור 100 אלפיות השנייה, עם מרווח ביניים של 1000 אלפיות השנייה בין כל מילה.
      1. מילים מוצגות אחת בכל פעם במרכז המסך כדי למזער את תנועות העיניים במהלך הניסוי.
    2. המשתתף רואה תחילה 10 משפטים בפועל.
    3. הצג את 240 הגירויים בסדר אקראי, בשתי מצגות של 120 משפטים. שליש מהמשפטים הם משפטים רגילים, כאשר המילה האחרונה תואמת באופן סמנטי את שאר המשפט. שליש מהמשפטים הם משפטים לא עקביים, כאשר המילה האחרונה אינה עולה בקנה אחד עם שאר המשפט. שליש מהמשפטים הם משפטים רגילים שבהם המילה האחרונה מוצגת בגופן גדול יותר משאר המשפט.
הפעל את המערכת, ויש לי הקלטה רציפה של EEG לאורך כל המצגת של המשימה הפונקציונלית.
EEG מוגבר על ידי אמפרים עם רווח של 1024 ופס של 0.01-100 הרץ.
ניסויים מזוהמים על ידי מצמוצים ודחיית חפץ (כ -15% מהניסויים) יבוטלו.

3. ניתוח נתונים

לא מקוון, נתוני הפניה למסטואידים ממוצעים.
תקופות מתוקנות בסיסית באמצעות התקופה 200 ms לפני תחילת הגירוי.
כדי לתקן עבור ממצאי תנועה, לא לכלול תקופות עם שינוי אות העולה על 150 μV בכל אלקטרודה EEG בממוצע.
סנן את הנתונים באופן דיגיטלי במצב לא מקוון (bandpass 0.05-20 הרץ).
השתמש בממוצעי ERP המוצגים מאתרי ההקלטה של Pz עבור מהלך הזמן של כל משפט (איור 2).
1. השיא (משרעת והשהיה) של N400 הקודקודי מתקבל באופן אוטומטי מכל האלקטרודות.

איור 2: תוצאות משימת חוסר ההתאמה הסמנטית. המשתתף מוצג עם משפט, מילה אחת בכל פעם. כל מילה מופיעה עבור 100 אלפיות השנייה, ואחריה 1 s של מסך ריק. המשתתפים רואים משפטים מתכנסים (אדום), משפטים לא תואמים (כחול) ומשפטים שבהם המילה האחרונה מוצגת בגודל גדול יותר (ירוק). רק המשפטים הלא תואמים מפיקים את תגובת N400 כאשר המילה האחרונה מוצגת. כאשר המילה האחרונה מתכנסת אך גדולה יותר בגודלה, יש תגובת P560 מאוחרת יותר.

ניתוח סטטיסטי
1. חלקת ERP ממוצעים מן האלקטרודות Pz הקודקודי עבור תנאים בקנה אחד, לא עקבי, וגודל סוטה.
2. עבור משרעת שיא והשהיה, השתמש F-בדיקות עבור כל טווח השהיה כדי לקבוע אם יש הבדל בין גירויי היעד ושליטה.

Results

במהלך משימת חוסר ההתאמה הסמנטית שבה המשתתפים צפו במשפטים מתכנסים, משפטים לא תואמים ומשפטים שבהם המילה האחרונה הוצגה בגודל גדול יותר, הייתה תגובת N400 שלילית רק למשפטים הלא תואמים (איור 2, כחול). משפטים עם אלמנט מפתיע (מילה אחרונה גדולה יותר) שלא היה מתאים באופן סמנטי לא הראו תגובת N400, אבל הראו תגובת P560 מוגברת(איור 2, אדום). תגובת N400 החלה כ -250 אלפיות השנייה לאחר הצגת המילה האחרונה של המשפט והגיע לשיא של כ -400 אלפיות השנייה לאחר תחילת הגירוי.

תוצאות אלה מראות כי פעילות חשמלית במוח, ובמיוחד באונה הקודקודית, נרשמת כאשר מילה סמנטית לא תואמת מוצגת כחלק ממשפט. אירוע חשמלי זה משקף את התהליכים העצביים המזהים את ההפרעה של עיבוד משפט מתמשך על ידי מילה סמנטית לא הולמת. נראה כי N400 מספק מידע שימושי על התזמון, הסיווג והאינטראקציות של תהליכים קוגניטיביים המעורבים בעיבוד והבנה של שפה טבעית.

Application and Summary

מחקר זה מדגים כמה מהיתרונות של גישת ERP, בפרט, הרזולוציה הזמנית הגבוהה שלה. בפרדיגמה זו, כדי לדמות קריאה טבעית, גירויים מילה מוצגים בקצרה מאוד ברצף. בגלל הרזולוציה הזמנית המצוינת של EEG, אנו מסוגלים להבחין בתגובות חשמליות לגירויים בנפרד.

כסמן של עיבוד סמנטי, N400 יכול להיות כלי שימושי בהבנת התפתחות השפה מילדות לבגרות. מחקר של רכיב זה מראה כי גם אצל תינוקות בני 19 חודשים, יש אפקט אי התאמה סמנטי כאשר הם שומעים מילים שאינן תואמות תמונות שהם רואים. ³ זה מדגים את הנוכחות המוקדמת מאוד של מנגנון להתאמת מילים להקשר הנכון שלהם. עם זאת, בעוד מתבגרים צעירים מראים N400 המפלה בין שפה עקבית לבין שפה לא עקבית, פרופיל התגובה של רכיב זה עדיין לא ניואנסים כמו זה של מבוגרים; לדוגמה, זה לא רגיש לדרגות שונות של חוסר התאמה. ⁴ מחקרים אלה מדגימים את הרגישות של רכיב ERP זה כמדד של עיבוד סמנטי.

References

Habibi, A., Wirantana, V. & Starr, A. Cortical Activity during Perception of Musical Rhythm; Comparing Musicians and Non-musicians. Psychomusicology 24, 125-135 (2014).
Kutas, M., & Hillyard, S. A. (1980). Reading Senseless Sentences: Brain Potentials Reflect Semantic Incongruity. Science, 207(4427), 203-205.
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.
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.

1. גיוס משתתפים

לגייס 20 משתתפים לניסוי.
ודא כי המשתתפים עודכנו באופן מלא על נהלי המחקר וחתמו על כל טפסי ההסכמה המתאימים.

2. איסוף נתונים

איור 1: מיקום אלקטרודה. מיקום האלקטרודות בפנים כדי לזהות חפצי EOG ולתעד תנועה מסטואידית (A). תרשים של מדידה ישירות בין הגבות רק מתחת לבליטה בחלק האחורי של הראש. 10% ממדידה זו נמדדת מעל סימן אמצע העין, וכאן ממוקמת אלקטרודת FPZ של המכסה (B).

הכנת EEG (הערה: שלבים אלה מיועדים לשימוש עם מערכת Neuroscan 4.3 עם מגבר Synamps 2 ומכסה מהיר של 64 ערוצים.)
1. המשתתפים במחקר EEG לא צריכים להיות כל מוצרי שיער (למשל,ג'ל, עכבר, או מרכך leave-in) בשיער שלהם לפני השתתפותם.
2. מלא 2-4, מזרקים 10 מ"ל עם אלקטרודה ג'ל מוליך(כלומר,ג'ל מהיר). מומלץ לערבב את הג'ל לפני השימוש בו כדי לשחרר בועות אוויר.
3. מברישים היטב את השיער והקרקפת (כ-5 דקות).
4. ראש נקי עם אלכוהול וגאזה כותנה. גם לנקות את העור למיקום של אלקטרודות: שני mastoids (מאחורי כל אוזן), מתחת ומעל העין השמאלית VEO (אלקטרו עינית אנכית), ואת הצדדים הרחוקים של כל HEO עין (אלקטרו עינית אופקית; איור 1, משמאל).
5. באמצעות דיסקים דו-צדדיים של דבק, הנח את האלקטרודות.
6. למדוד את הראש מהחזית (ישירות בין הגבות, באמצע העין) אל inion (מתחת בליטה של הראש מאחור). מרחק זה יקבע את גודל המכסה (קטן, בינוני או גדול). כדי למקם את המכסה, לסמן את 10% של המרחק הנמדד על המצח ולוודא כי אלקטרודה באמצע חזיתית (FPz) ממוקם על נקודה מסומנת זו.
7. חבר את אלקטרודות הפנים לכבלים המתאימים שלהם על הכובע.
8. התחל למלא את האלקטרודות בג'ל, תוך שימוש בקצה המחט הקהה כדי לגרד את השיער הצידה מתחת לאלקטרודה, כך שהאלקטרודה נמצאת במגע ישיר עם הקרקפת. שים לב לא לפצוע את העור.
  1. הרמת האלקטרודה קצת מקלה על החדרת הג'ל. ברוב המקרים, יהיה שיער מתחת לאלקטרודה. הזזתו מהדרך תאפשר לעכבה טובה יותר.
9. קח את המשתתף לחדר אטום לרעש וחבר את המכסה ואלקטרודות בודדות.
10. בדוק את העכבה של חיבור אלקטרודה-קרקפת כדי לשמור אותו מתחת 10 KΩ. אם המכשול גבוה ודא האלקטרודה יש ג'ל מוליך והוא בקשר עם הקרקפת.
  1. המכשול הוא הנטייה לעכב את זרימתו של זרם לסירוגין. עישול גבוה עלול להגביר את הרעש בנתונים ויש למזער אותו לפני תחילת המחקר.
  2. ברוב המקרים, השיער הוא בדרך של האלקטרודה. הזזת זה מהדרך צריכה לקבל מכשול טוב יותר.
11. ברגע שהמעכבה מקובלת על כל האלקטרודות ועקבות ה- EEG אינן ריקות מרעש, איסוף הנתונים יכול להתחיל.
איסוף נתוני EEG
1. הכן את המשתתף לביצוע המשימה.
  1. מניחים את המשתתף בכיסא 75 ס"מ ממסך המחשב, בחדר סאונד ומונשם קלות (במוגן אקוסטי וחשמלי).
  2. אמור למשתתף שהוא יקרא משפטים בני שבע מילים, שיוצגו מילה אחת בכל פעם על המסך לפניהם. עליהם לקרוא כל משפט כדי לענות על שאלות לגבי תוכן המשפטים בסוף הניסוי.
    1. כל אחת משבע המילים של המשפט מוצגת בנפרד עבור 100 אלפיות השנייה, עם מרווח ביניים של 1000 אלפיות השנייה בין כל מילה.
      1. מילים מוצגות אחת בכל פעם במרכז המסך כדי למזער את תנועות העיניים במהלך הניסוי.
    2. המשתתף רואה תחילה 10 משפטים בפועל.
    3. הצג את 240 הגירויים בסדר אקראי, בשתי מצגות של 120 משפטים. שליש מהמשפטים הם משפטים רגילים, כאשר המילה האחרונה תואמת באופן סמנטי את שאר המשפט. שליש מהמשפטים הם משפטים לא עקביים, כאשר המילה האחרונה אינה עולה בקנה אחד עם שאר המשפט. שליש מהמשפטים הם משפטים רגילים שבהם המילה האחרונה מוצגת בגופן גדול יותר משאר המשפט.
הפעל את המערכת, ויש לי הקלטה רציפה של EEG לאורך כל המצגת של המשימה הפונקציונלית.
EEG מוגבר על ידי אמפרים עם רווח של 1024 ופס של 0.01-100 הרץ.
ניסויים מזוהמים על ידי מצמוצים ודחיית חפץ (כ -15% מהניסויים) יבוטלו.

3. ניתוח נתונים

לא מקוון, נתוני הפניה למסטואידים ממוצעים.
תקופות מתוקנות בסיסית באמצעות התקופה 200 ms לפני תחילת הגירוי.
כדי לתקן עבור ממצאי תנועה, לא לכלול תקופות עם שינוי אות העולה על 150 μV בכל אלקטרודה EEG בממוצע.
סנן את הנתונים באופן דיגיטלי במצב לא מקוון (bandpass 0.05-20 הרץ).
השתמש בממוצעי ERP המוצגים מאתרי ההקלטה של Pz עבור מהלך הזמן של כל משפט (איור 2).
1. השיא (משרעת והשהיה) של N400 הקודקודי מתקבל באופן אוטומטי מכל האלקטרודות.

איור 2: תוצאות משימת חוסר ההתאמה הסמנטית. המשתתף מוצג עם משפט, מילה אחת בכל פעם. כל מילה מופיעה עבור 100 אלפיות השנייה, ואחריה 1 s של מסך ריק. המשתתפים רואים משפטים מתכנסים (אדום), משפטים לא תואמים (כחול) ומשפטים שבהם המילה האחרונה מוצגת בגודל גדול יותר (ירוק). רק המשפטים הלא תואמים מפיקים את תגובת N400 כאשר המילה האחרונה מוצגת. כאשר המילה האחרונה מתכנסת אך גדולה יותר בגודלה, יש תגובת P560 מאוחרת יותר.

ניתוח סטטיסטי
1. חלקת ERP ממוצעים מן האלקטרודות Pz הקודקודי עבור תנאים בקנה אחד, לא עקבי, וגודל סוטה.
2. עבור משרעת שיא והשהיה, השתמש F-בדיקות עבור כל טווח השהיה כדי לקבוע אם יש הבדל בין גירויי היעד ושליטה.

Skip to...

0:00

Overview

2:07

Experimental Design

6:24

Running the Experiment

8:23

Representative Results

10:32

Applications

12:58

Summary

Videos from this collection:

article

Now Playing

שפה: N400 באי התאמה סמנטית

Neuropsychology

19.7K Views

article

המוח המפוצל

Neuropsychology

68.5K Views

article

מפות מנוע

Neuropsychology

27.7K Views

article

פרספקטיבות על נוירופסיכולוגיה

Neuropsychology

12.2K Views

article

קבלת החלטות ומשימת ההימורים באיווה

Neuropsychology

32.8K Views

article

תפקוד מבצעי בהפרעת ספקטרום האוטיזם

Neuropsychology

18.0K Views

article

אמנזיה אנטרוגרדית

Neuropsychology

30.5K Views

article

קורלציה פיזיולוגית של הכרה רגשית

Neuropsychology

16.4K Views

article

פוטנציאלים הקשורים לאירועים והמשימה המוזרה

Neuropsychology

27.6K Views

article

למידה וזיכרון: משימת הזיכרון-לדעת

Neuropsychology

17.3K Views

article

מדידת הבדלי חומר אפור עם מורפומטריה מבוססת ווקסל: המוח המוזיקלי

Neuropsychology

17.4K Views

article

פענוח תמונות שמיעתיות עם ניתוח תבניות רב-תכליתיות

Neuropsychology

6.5K Views

article

תשומת לב חזותית: חקירת fMRI של בקרת קשב מבוססת אובייקט

Neuropsychology

42.2K Views

article

שימוש בהדמיית טנזור דיפוזיה בפגיעה מוחית טראומטית

Neuropsychology

16.9K Views

article

שימוש ב- TMS למדידת עירור מוטורי במהלך תצפית פעולה

Neuropsychology

10.3K Views

Copyright © 2025 MyJoVE Corporation. All rights reserved