گزارش نشست کارگروه عصب روان‌شناسی زبان شاخۀ دانشجویی آزمایشگاه ملی نقشه‌برداری مغز ایران

گزارش کوتاه

عنوان نشست: مؤلفه‎های ERPمرتبط با پژوهش‌های زبان‌شناختی

سخنران: فاطمه سعادت‎پور، محقق و مدرس زبان‌شناسی‌شناختی/ دانش‌آموختۀ کارشناسی ارشد زبانشناسی همگانی دانشگاه فردوسی مشهد

زمان نشست: 16 بهمن 1399 ساعت 19 تا 21

مختصری دربارۀ موضوع:

اولین نشست از سلسله جلسات کتاب‎خوانی کارگروه عصب روان‌شناسی زبان شاخۀ دانشجویی آزمایشگاه ملی نقشه‌برداری مغز ایران برگزار شد. موضوع این نشست مروری بر کتاب The Oxford Handbook of EVENT - RELATED POTENTIAL با تمرکز بر فصل مؤلفه‎های ای. آر. پی. مرتبط با پژوهش‌های زبان شناختی (Language-Related ERP Components) یعنی N400، P600، E/LAN و LPN و ضرورت بررسی برخی مؤلفه‌ها مانند P300 بود. ضمن بحث و بررسی این موضوع، در انتها به سوالات علمی دانشجویان نیز پاسخ داده شد.

شرکت در نشست‌های علمی شاخه دانشجویی نقشه برداری مغز ایران برای عموم علاقه‌مندان آزاد است. متقاضیان در صورت وجود هرگونه سوال در رابطه با نشست و یا اعلام حضور در نشست می‌توانند از طریق آدرس الکترونیکی ibms@nbml.ir اقدام کنند و یا به تب شاخه دانشجویی در وبسایت آزمایشگاه ملی نقشه برداری مغز مراجعه نمایند.

مهمترین مطالب بیان شده:

مؤلفه‎های ای. آر. پی. مرتبط با پژوهش‌های زبان شناختی؛ N400، P600، E/LAN و LPN و مرور کوتاهی بر تمام فصل‌های کتاب The Oxford Handbook of EVENT - RELATED POTENTIAL.

نتیجه‌گیری:

تکنیک ERP به‌طور فوق‌العاده‌ای به عملیات شناختی دخیل در درک زبان حساس است و برای پاسخگویی به مسائل گوناگون زبانشناسی شناختی مناسب است. به‌طور کلی ماهیت مداوم سیگنال EEG موجب می‌شود که متغیر وابسته خوبی برای ارزیابی درک داده‌های زبانی به صورت آنی باشد. با این وجود این تکنیک هم مانند بسیاری از دیگر تکنیک‌ها در کنار مزایا، محدودیت‌هایی دارد.

منابع معرفی شده:

The Oxford Handbook of EVENT - RELATED POTENTIAL

گزارش مفصل:

مقدمه:

کتاب The Oxford Handbook of EVENT - RELATED POTENTIAL حاصل تلاش Emily Kappenman استاد دانشگاه ایالتی سن‌دیاگو و Steve Luck استاد دانشگاه یوسی دیویس است. این کتاب چهار بخش اصلی دارد. فصل Language ¬Related ERP Components از بخش سوم کتاب با عنوان ERP Components in Specific Cognitive Domains انتخاب شده است که حاصل کار چهار پژوهشگر برجسته در این حوزه است.

خانم Tamara Y. Swaab استاد دانشگاه یوسی دیویس، خانم Kerry Ledoux استاد دانشگاه شیکاگو، خانم C.Christine Camblin استاد دانشگاه واشینگتن و خانم Megan A. Boudewyn استاد دانشگاه کالیفرنیا، سانتا کروز هستند.

EEG اطلاعاتی کلی درباره وضعیت ذهنی فرد به دست می‌دهد، اما دربارۀ پاسخ مغز به یک محرک خاص اطلاعات کمی می‌دهد. دلیل این امر این است که از آن جا که فعالیت‌های پس‌زمینه‌ای بسیاری در قالب امواج مغزی خودانگیخته در حال وقوع هستند، بنابراین به دشواری می‌توان مشخص کرد که کدام تغییرات در امواج مغزی به پردازش یک محرک خاص به وسیله مغز مربوط هستند و کدام تغییرات به پردازش‌های خنثی و درجریان مربوط می‌شوند که در هر زمانی رخ می‌دهند. برای اینکه اطلاعات نهفته در EEG بهتر شناسایی شوند، الکتروفیزولوژیست‌های شناختی از داده‌های EEG که بر زمان آغاز محرک‌های به خصوص یا آغاز پاسخ محرکی قفل شده‌اند، میانگین می‌گیرند. سیگنال میانگین EEG که با این روش به دست می‌آید، با نام پتانسیل وابسته به رویداد یا ERP شناخته می‌شود.

پیشینه/ تاریخچه:

پژوهش‌های اولیه بر روی پردازش زبان (کوتاس و هیلیارد، 1980) ERP مرتبط با واژه پایانی سازگار و ناسازگار با جمله رو ثبت کردند.

1. I take my coffee with cream and sugar.
2. I take my coffee with cream and dog.

از آنجا که EEG مرتبط با یک رویداد تکی نسبتا غیرقابل فهم است، کوتاس و هیلیارد 70 جمله ساختند که در نیمی از آنها واژه پایانی سازگار با جمله و در نیمی دیگر ناسازگار با جمله بود. با میانگین‌گیری از سیگنالی که در پاسخ به پایانه‌های سازگار و ناسازگار در جملات به دست آمده بود؛ این محققان توانستند تفاوت‌های نظام‌مند در پاسخ الکتریکی مغز به این محرک‌ها را در قسمت به خصوصی از سیگنال ERP آشکار کنند که نام آن مؤلفه را N400 قرار دادند. پژوهش‌های بعدی نشان دادند که مؤلفه N400 هنگامی تولید می‌شود که رویدادهای محرک شامل پردازش معنایی محرک باشد. همچنین اندازه مؤلفه N400 به تفاوت ظریف موجود در دشواری پردازش واژه‌ها حساس است.

بحث یا مباحث اصلی:

مؤلفه‌های ERP دارای سه مشخصه‌ اصلی هستند:

• قطبیت (Polarity) مثبت‌سو یا منفی‌سو بودن آنها
• وقفه‌ زمانی (Latency) نقطه زمانی که مؤلفه به بالاترین دامنه می‌رسد.

توزیع جمجمه‌ای (Scalp Distribution) الگوی دامنه‌های نسبی که مؤلفه مورد نظر در کل نقاط ثبت امواج الکتریکی دارد.

برای نمونه، مؤلفه N400 یک موج منفی‌سو است که حدودا 400 میلی‌ثانیه بعد از آغاز محرک به اوج می‌رسد و دارای توزیع میانی-آهیانه‌ای (Centro-parietal Distribution) است که در پشت سر مشهود است و حجم این توزیع در نیمکره راست مغز کمی بیشتر است.

P300

از آنجا که به نظر می‌رسد دامنه و وقفه زمانی مؤلفه‌ها با عواملی بیرون از آزمودنی‌ها معین می‌شود، به آنها مؤلفه‌های برون‌زا (Exogenous Components) گفته می‌شود. درعوض، مؤلفه‌های درون‌زای (Endogenous Components) ERP کمتر به جوانب فیزیکی محرک حساس هستند و به جای آن وضعیت روان‌شناختی آزمودنی را منعکس می‌کنند. مؤلفه‌های درون‌زا تحت تاثیر دشواری تکلیف و دیگر دست‌کاری‌هایی هستند که در انتظارات، راهبردها و وضعیت ذهنی آزمودنی تغییر به وجود آورند.

از آنجا که تصور می‌شود این مؤلفه‌ها منعکس کننده پردازش شناختی دربرابر پردازش ادراکی هستند، بیشتر پژوهشگران زبان توجه خود را به مؤلفه‌های درون‌زای ERP معطوف کردند که این مؤلفه‌ها خود با محرک‌های زبانی انگیخته می‌شوند. مؤلفه‌ P300 در ERP نمونه مشخصی از مؤلفه درون‌زاست؛ زیرا دامنه آن تحت تاثیر جوانب ذهنی محرک‌های آزمایشی نظیر برجستگی آنها، ربط آنها با تکلیف مورد نظر و میزان احتمال آنها است.

طبق گزاراشات، اولین P300 موجی مثبت‌سوبا وقفه‌های زمانی مختلف یعنی حدود 1000 تا 300 میلی‌ثانیه است.

موج‌های P300 با محرک‌هایی برانگیخته می‌شوند که آزمودنی در پاسخ به آنها باید از بین دوگزینه دست به انتخاب بزند. اگرچه مؤلفه P300 حساسیت ویژه‌ای به زبان ندارد، اما در هر آزمایش روان‌زبانشناختی که در آن نیاز به تصمیم‌گیری دوگانه باشد؛ برانگیخته خواهد شد. نکته دیگر اینکه P300های برانگیخته شده به وسیله تکلیف مورد نظر ممکن است به لحاظ زمانی با تاثیرات ERP حساس به زبان مثل N400 هم‌پوشانی داشته باشند.

مؤلفه‎های ای. آر. پی. مرتبط با پژوهش‌های زبان شناختی

مؤلفه N400

مؤلفه N400 موجی منفی‎سوست که بین 200 تا 700 میلی‌ثانیه پس از ارائه دیداری یک واژه آشکار می‌شود. اگرچه این مؤلفه در همه نقاط جمجمه مشاهده می‌شود، اما اندازه آن در مناطق میانی-آهیانه‌ای به بیشترین حد خود می‌رسد. اندازه این مؤلفه در قسمت راست سر کمی بزرگ‌تر است.

مؤلفه N400 با واژه‌ها و در همه وجوه گفتاری، نوشتاری یا اشاره‌ای برانگیخته می‌شود. متداول‌ترین تسک‌های روان‌زبان‌شناسی Naming و قضاوت واژگانی هستند.

موج N400 تاثیرات آماده‌سازی (Priming) معنایی را نیز نشان می‌دهد؛ واژه‌ای که بعد از یک واژه مرتبط می‌آید در مقایسه با زمانی که بعد از یک واژه نامرتبط آمده باشد، N400 کوچیک‌تری را برمی‌انگیزد. مؤلفه N400 به تکرار حساس است، یعنی رخدادهای بعدی از یک واژه نسبت به رخداد نخست آن موجب شکل‌گیری N400 کوچک‌تر می‌شود.

همچنین، درحالی که واژه‌نماها/شبه واژه‌ها (Pseudoword) (رشته حروفی که به لحاظ املایی توالی‌هایی مجاز هستند) N400 بزرگ‌تری را نسبت به واژه‌های واقعی برمی‌انگیزند، اما ناواژه‌ها (Nonword) که به لحاظ املایی مجاز محسوب نمی‌شوند، مؤلفه N400 را اصلا برنمی‌انگیزند.

N400 و عوامل بافتی

مؤلفه N400 به عوامل بافتی مرتبط با معنی نیز حساس است. مثلا یکی از بهترین عوامل تاثیرگذار بر دامنه N400 یک واژه در جمله، احتمال نزدیک (Close Probability) آن است. احتمال نزدیک به احتمالی گفته می‌شود که به تولید یک واژه در یک بافت به خصوص در تکلیف تکمیل جمله (Sentence Completion Task) منجر شود.

مثلا واژه «ماه» در جمله «مهلت پرداخت قبض تا آخر این ........ است» دارای احتمال نزدیک بالا و در جمله «اسکیت‌باز چندین سال تمرین کرده بود تا این ..... را به دست آورد» دارای احتمال نزدیک پایین و در جمله «چون امتحان خیلی مهمی بود، او کل ..... را درس خواند» دارای احتمال نزدیک متوسطی است.

دامنه N400 برای آیتم‌های غیرمنتظره بزرگ‌تر است، برای واژه‌هایی با احتمال نزدیک متوسط کوچیک‌تر است و برای واژه‌های سازگار با بافت که احتمال نزدیک بالایی دارند، ناچیز است. به‌طور کلی، دامنه N400 با میزان پیش‌بینی‌پذیری واژه هدف در بافت قبلی‌اش رابطه عکس دارد.

مؤلفه P600

مؤلفه P600 به پردازش نحوی و صرفی‌نحوی (Morphosyntactic) حساس است. این موج مثبت آهسته بر اثر نقض مطابقه دستوری، ساخت گروهی و زیر مقوله‌بندی در زبان‌های انگلیسی، آلمانی و هلندی برانگیخته شده است.

این مؤلفه معمولاً حوالی 500 میلی‌ثانیه پس از آغاز محرک دیده می‌شود و در 600 میلی‌ثانیه به اوج می‌رسد. توزیع جمجمه‌ای این مؤلفه گرایش پس‌سری دارد و در قسمت پشت سر بیشتر است، هرچند توزیع پیشینی نیز از این مؤلفه گزارش شده است. چنانچه موج مثبت برانگیخته به وسیله خطاهای نحوی در این مؤلفه وسیع‌تر است، چنین فرض شده که این برانگیختگی نشان‌دهنده بازتحلیل ساختار جمله در واکنش به خطاهای نحوی مذکور است. دامنه P600 متناسب با احتمال وقوع سنجش‌های غیردستوری در یک بلوک آزمایشی متغیر است.

در نیمی از مطالعه‌ها، 80 درصد جملات دستوری بودند (رویداد محتمل) و فقط 20 درصد غیردستوری (غیرمتحمل) بودند. در نیم دیگر پژوهش‌ 80 درصد از جملات غیردستوری (در نتیجه رویداد محتمل) بودند و فقط 20 درصد دستوری (درنتیجه غیرمحتمل) بودند. اثر دستوری بودن P600 هنگامی بسیار کوچک‌تر بود که جملات غیردستوری محتمل بودند. درواقع، موج P600 در واکنش به همه سنجش‌های غیرمحتمل (براساس دستوری بودن) بسیار شبیه به موج P600 در واکنش به همه سنجش‌های غیردستوری (براساس احتمال) بود.

کولسن و همکاران استدلال کردند که P600 یک مؤلفه مختص به نحو نیست، بلکه گونه‌ای از یک مؤلفه حوزه عام متعلق به خانواده P300 است که تصور می‌شود نشان‌دهنده به روز رسانی بافتی (Context-updating) باشد؛ فرایندی که طی آن آزمودنی انتظارات خود را از الگوی رویدادها در محیط مجددا تنظیم می‌کند. در پشتیبانی از این تفسیر، شواهد جدید نشان می‌دهند که P600 (و نه N400) با ناهنجاری‌های معنایی (Semantic Anomaly) جملاتی مثل جمله زیر نیز برانگیخته می‌شوند (Kolk, Chwilla, Van Herten & Oor, 2003):

The cat that fled from the mice ran across the room.

گربه‌ای که از چنگ موش فرار کرد، به آن سوی اتاق دوید.

مؤلفه E/LAN

مؤلفه E/LAN (Early LAN) به دست‌کاری‌های نحوی حساس است. اولین مؤلفه منفیتی است که حدودا دربازه زمانی N400 (یعنی 300 تا 700 میلی‌ثانیه پس از ارائه واژه) رخ می‌دهد و به LAN (Left Anterior Negativity) (منفیت قدامی چپ) معروف است، زیرا فعالیت آن در مناطق پیشینی سمت چپ جمجمه مشهود است.

کلوندر و کوتاس این مؤلفه را در مطالعه جملاتی کشف کردند که دارای وابستگی‌های دور (Long distance dependencies) بودند (کلوندر و کوتاس، 1993). وابستگی‌های دور مستلزم این هستند که هنگام تجزیه نحوی جمله، اطلاعات نحوی در حافظه‌های کاری نگه داشته شوند. این مؤلفه برای واژه‌ها در جملات موصولی مفعولی (مثل جمله 1) که حافظه کاری را بیشتر از جملات موصولی فاعلی (مثل جمله 2) اشغال می‌کنند، بیشتر است.

1. The reporter who the senator attacked admitted the error.

   گزارشگری که سناتور به او حمله کرد، به خطا اعتراف کرد.

2. The reporter who attacked the senator admitted the error.

   گزارشگری که به سناتور حمله کرد، به خطا اعتراف کرد.

مؤلفه LAN به‌عنوان مؤلفه‌ای که به بار حافظه کاری حساس است، می‌تواند برای نشان دادن تفاوت دشواری پردازش محرک‌هایی به کار رود که به طور صحیح کنترل شده باشند.

مؤلفه LPN

مؤلفۀ منفی پردازش واژگانی (Lexical Processing Negativity) (LPN)، پتانسیل مغزی مربوط به واژه‌های نوشتاری است که بیشتر در مناطق قدامی سمت چپ جمجمه مشهود است. ارتباط این مؤلفه با پردازش واژگانی از این واقعیت نشئت می‌گیرد که وقفه زبانی آن به شدت با بسامد واژه مرتبط است و برای واژه‌های پربسامد زودتر به اوج می‌رسد (کینگ و کوتاس، 1998). برای اطلاعات بیشتر به مقاله زیر مراجعه کنید.

ابتدا تصور می‌شد که این مؤلفه شاخصی الکتروفیزیولوژیک از تمایز مغز میان واژه‌های محتوایی open-class و دستوری closed-class است، چون مؤلفه N280 با واژه‌های Close-class و نه Open-class برانگیخته می‌شد (نویل، میلز و لاوسون، 1992). اما آزمایش‌های بعدی نشان دادند تاثیرات مربوط به طبقه واژگانی (open or close- class) را می‌توان به تفاوت‌های کمی در طول و بسامد واژگانی نسبت داد (اوسترهوت، برسیک و مکینان، 1997). به عبارت دیگر دو واژه با بسامد یکسان LPNهایی با وقفه زمانی یکسان تولید می‌کنند، حتی اگر یکی از واژه‌ها open-class و دیگری close-class باشد. از آنجا که وقفه زمانی این مؤلفه بر بسامد واژگانی حساس است، این مؤلفه به عنوان شاخصی سودمند بیانگر این واقعیت می‌تواند باشد که مراحل اولیه پردازش واژگانی به انجام رسیده است. برای مطالعه بیشتر به مقالات زیر مراجعه کنید:

مزایای پژوهش‌های ERP

یکی از مزایای انجام تحقیقات با ERP این است که می‌توان تسک‌های ERP را در غیاب یک تکلیف مشخص (غیر از تکلیف درک زبان) گردآوری کرد. همچنین، تسک‌های ERP را می‌توان هم‌زمان با انجام دادن تکلیف رفتاری گردآوری کرد. بنابراین، به آزمایشگر این امکان را می‌دهد فعالیت آنی مغز را قبل، بعد و حین از اجرای تکلیف ثبت کند. صرف نظر از اینکه آزمایشگر دو آزمایش مجزا دهد: یکی رفتاری و دیگری ERP یا اینکه هر دو را باهم انجام دهد؛ داده‌های ERP می‌توانند به تفسیر نتایج رفتاری بسیار کمک کنند. درواقع داده‌های ERP و زمان واکنش اغلب مکمل یکدیگرند. داده‌های زمان واکنش می‌توانند تخمینی از زمان رویداد پردازشی به دست دهند، درحالی که داده‌های ERP می‌توانند نشان دهند آیا فرایندهای مجزایی در تولید این داده‌ها دخیل بوده‌اند.

محدودیت‌های پژوهش‌های بر پایۀ ERP

اول اینکه حرکات اضافی بدن ممکن است به طور موقت باعث تحمیل بار اضافی برای پردازش سیگنال شود. پلک زدن و حرکات آنها می‌تواند فعالیت الکتریکی تولید کند که با الکترودهای EEG ثبت می‌شوند. حنجره حتی دارای خواص الکتریکی است که با الکترودهای EEG قابل ردیابی هستند. همچنین، حداقل 30 سنجش (trial) در هر گروه آزمایش توصیه می‌شود تا نسبت سیگنال به نوفه قابل‌قبول باشد. ثبت ERP داده‌های شنیداری، چالش‌های خاص خود را دارد.

نتیجه‌گیری:

تکنیک ERP به‌طور فوق‌العاده‌ای به عملیات شناختی دخیل در درک زبان حساس است و برای پاسخگویی به مسائل گوناگون زبانشناسی شناختی مناسب است. به‌طور کلی ماهیت مداوم سیگنال EEG موجب می‌شود که متغیر وابسته خوبی برای ارزیابی درک داده‌های زبانی به صورت آنی باشد. با این وجود این تکنیک هم مانند بسیاری از دیگر تکنیک‌ها در کنار مزایا، محدودیت‌های خودش را نیز به همراه دارد.

فاطمه سعادت پور
دانش‌آموختۀ کارشناسی ارشد زبانشناسی همگانی دانشگاه فردوسی مشهد

منابع:

Luck, S. J., & Kappenman, E. S. (Eds.). (2011). The Oxford handbook of event-related potential components. Oxford university press.