شاخه دانشجویی آزمایشگاه ملی نقشه برداری مغز، کارگروه عصب-روانشناسی | زبان حافظه فعال و پردازش نحوی و تکنیک fMRI

حافظه فعال و پردازش نحوی و تکنیک fMRI

سخنران: اسما نامداری

• دانشجوی دکتری زبانشناسی دانشگاه تربیت مدرس
• ارائه شده در تاریخ 5 اسفند 1399- ساعت 15

دومین ژورنال کلاب از سلسله نشست های کارگروه عصب- روانشناسی زبان شاخه دانشجویی آزمایشگاه نقشه برداری مغز ایران در تاریخ پنجم اسفندماه 1399 به صورت مجازی با سخنرانی اسما نامداری دانشجوی دکتری زبانشناسی دانشگاه تربیت مدرس برگزار شد.

موضوع این نشست بررسی حافظه فعال و ارتباط آن با پردازش نحوی با استفاده از تکنیک fMRI بود. در پایان نشست به سوالات علاقه مندان نیز پاسخ داده شد.

گزارش مفصل:

سرفصل های این نشست شامل موارد زیر بود:

1. عصب شناسی زبان
2. پردازش جمله
3. حافظه فعال و پردازش جمله
4. زبان و مغز
5. پژوهش های تصویربرداری انجام شده در رابطه با پردازش جمله

1. عصب شناسی زبان

زبان قوه ای شناختی است که از نظامی زایا به نام نحو برخوردار است. نحو به موجب زایش بی نهایت جمله حائز اهمیت ویژه ای در زبان است. وبینار برگزار شده، به بررسی تأثیر حافظه فعال را بر پردازش نحوی پرداخته است.

عصب شناسی زبان مطالعۀ ارتباط میان زبان و جنبه های متفاوت کارکرد مغز، و تلاشی برای پاسخ به «چگونگی درک و تولید زبان در مغز» است. در واقع این علم پیوند دهندۀ تئوری نورولوژی/ نوروسایکولوژی (چگونگی سازوکار مغز) و تئوری زبان (چگونگی سازوکار زبان) است (آلسن،2006).

عصب روانشناسان زبان به طور عمده به دو گروه تقسیم می شوند:

1. جایگاه گرایان: که به مسایل زیر قائل هستند:
   • بروکا و ورنیکه
   • سوبرتری زبان
   • بررسی زبان در بیماران زبان پریش روان و غیر روان
   • مشخص کردن جایگاه پدیده های زبانی و مناطق زبانی که مسئول زبان هستند
2. ارتباط گرایان یا (کل گرایان): که به بررسی مسائل زیر می پردازند:
   • چگونگی ارتباط درونی مناطق مغزی
   • وابستگی زبان به توانایی های شناختی توجه، حافظه، تفکر انتزاعی و...
   • پردازش توزیعی موازی ( تعامل گراها)

2. پردازش جمله

زبان، نظامی غنی و پیچیده است که برای ذخیره سازی، سازماندهی و ارتباط ایده ها به کار می رود. تولید و درک موفقیت آمیز زبان، مستلزم ظرفیت پردازش و ادغام انواع اطلاعات از جمله واژگان، معناشناسی، نحو، کاربردشناسی و غیره در بازة زمانی کوتاه است. تفسیر یک جمله شامل شناسایی روابط ساختاری بین کلمات و عبارات آن است. ساختار نحوی یک جمله از طریق تعیین نقش های دستوری و نقش های معنایی موضوعات مختلف فعل است که نشان می دهد که چه کسی چه کاری را انجام می دهد. پردازش نحوی، ساختار جمله را به طور پیوسته به وسیله ی اختصاص سریع واژۀ درک شده به عبارات و با تعیین روابط سلسله مراتبی میان عبارات مختلف بازسازی می کند.

شکل 1. مدل عصب-روانشناختی درک زبان

3. حافظه فعال و پردازش جمله

حافظۀ فعال را می توان یک نظام جامع شناختی دانسـت کـه دربرگیرنده مکانیزم هاي اندوزشی، پردازشی و توجهی است و به طور مداوم در حال انـدوزش، پـردازش و یکپارچه سازي اطلاعات است. حافظۀ فعال در فرآیند پردازش اطلاعات برای انجام فعالیت‌های پیچیده شناختی همچون یادگیری، استدلال و درک مطلب نقش مهمی را ایفا می‌کند. از حافظۀ فعال به عنوان راهنمای مغز نام برده می‌شود. این حافظه مسئولیت حفظ اطلاعات آنی و دستکاری و استفاده از آن را نیز به عهده دارد. اما حافظۀ فعال دارای محدودیت هایی نیز است. این نکته که حافظۀ فعال نه تنها از نظر ظرفیت، بلکه از نظر پردازش نیز دارای محدودیت است، توسط بدیلی و همکارانش ( بدیلی، 1986؛ بدیلی و هیچ، 1974) اثبات گردیده است. آنها معتقد بودند که حافظۀ فعال دارای چند سازه است که مهم ترین بخش آن «سازۀ اجرایی مرکزی» است که کم کارترین سازۀ حافظۀ فعال محسوب می شود و درواقع آن را «منبع توجه عمومی» که با دیگر سیستم های ذخیره-سازی همکاری می کند، می دانند. منابع پردازشی که توسط این سازۀ اجرایی مورد استفاده قرار می گیرد، محدود هستند. علاوه بر این سازه، دو سازۀ دیگر به نام های «حلقه واج شناختی» و «لوح دیداری-فضایی» در حافظۀ فعال وجود دارد. سازۀ «حلقۀ واج شناختی»، در پردازش زبانی دخیل است و مسئول نگهداری اطلاعات شنیداری و مفهومی است. برای مثال هنگامی که جملات از نظر نحوی پیچیده و طولانی هستند، این حلقۀ واج شناختی مانند یک انبار برای ذخیره سازی موقت اطلاعات عمل می کند (گاترکول و بدیلی، 1993). در مقابل این نظریه، نظریۀ جاست و کارپنتر (1992) وجود دارد مبنی بر اینکه حافظۀ فعال دارای ظرفیت دوگانۀ محدودی است: ظرفیت فضایی حافظۀ فعال و ظرفیت کلامی حافظۀ فعال. ظرفیت کلامی حافظۀ فعال هم در خدمت عملکردهای ذخیره سازی (مانند نگهداری محصولات میانی و یا نهایی درک) و هم در خدمت عملکردهای پردازش (مانند تجزیۀ نحوی، تخصیص نقش-های موضوعی، مقایسه و ادغام اطلاعات) است.

4. زبان و مغز

پیشرفت های تکنولوژیک اخیر به ما این امکان را می دهد تا از فعالیت مغز در کودکان و بزرگسالان، چه با وجود نواقص مغزی و رفتاری و چه بدون آنها، عکسبرداری کنیم. روش کلی آزمایش این است که از فعالیت مغز حین انجام کارهای خاصی که فرایندهای شناختی را درگیر می کند، عکسبرداری شود. معمولا فعال سازی مغز بین دو یا چند وضعیت طراحی شده که فقط در عملکردهای خاصی تفاوت دارند (مثلا پردازش اسامی و افعال(، مقایسه می شود. این مطالعات، ارتباطات ساختاری – عملکردی (برای جانمایی) یا تفکیک جداگانه یا دوگانه (برای تفکیک پذیری و اختصاصی بودن حوزه ای) را نشان می دهند. بهترین روش های تصویربرداری، آن روش-هایی هستند که تغییرات جریان خون در مغز را نقشه برداری می-کنند. تغییرات جریان خون در مغز را همودینامیک مغز می گویند. این تکنیک ها این گونه کار می کنند که وقتی نورون ها میزان گرمایش خود را افزایش می دهند، تغییرات خاصی در جریان خون رخ می دهد، از جمله افزایش جریان خون و تغییر سطح اکسیژن در خون. FMRI (اف.ام.آر.آی.) یا تصویرسازی تشدید مغناطیسی کارکردی، پراستفاده ترین روش تصویربرداری عصبی همودینامیک تا به امروز است. fMRI تفکیک فضایی بسیار خوبی دارد که این امکان را به ما می دهد تا حوزه های فعال سازی را حتی با فاصلۀ چند میلیمتر از هم متمایز کنیم. به علاوه، چون می توان در یک جلسه هم ساختاری آناتومی مغز را گرفت و هم fMRI انجام داد، همتراز کردن و همپوشانی تصاویر کارکردی (فعال سازی) با تصاویر ساختاری (آناتومیک) شخص آسان می شود. این فرایند به ما کمک می کند تا فعالیت مغز را در ساختارهای خاص و دقیقی در هر نفر جانمایی کنیم. این تکنیک، تشعشع نیز ندارد. به همین خاطر می توان یک شخص را چندین بار بدون هیچ گونه اثر مضری اسکن کرد و می توان افراد آزمودنی را در طول چندین جلسه اسکن طی روزها، هفته ها، ماه ها یا حتی سال ها دوباره آزمایش کرد. با وجود این، مثل هر روش دیگری، FMRI هم محدودیت-های خاص خود را دارد. اول اینکه میدان قوی مغناطیسی اسکنر MRI در یک سری شرایط )مانند وقتی که گلوله در بدن شخص باشد)، بسیار خطرناک است. دوم اینکه تغییرات همودینامیکی که در پاسخ به فعالیت عصبی رخ می دهند، برای تشخیص پردازش در زمان واقعی خیلی کندند. به همین دلیل نمی توان از fMRI برای اندازه گیری محرک های فضایی-زمانی زبان استفاده کرد و برای این گونه اندازه گیری ها از تکنیک های دیگریکه فعالیت مغز را در هر یک هزارم ثانیه یا حتی سریع تر اندازه گیری می کند، استفاده کرد (فاسلد و کانر-لینتون، 2006).

۵.پژوهش های تصویربرداری انجام شده در رابطه با پردازش جمله

در زمینۀ بررسی پردازش نحوی با استفاده از تکنیک های FMRI پژوهش های فراوانی انجام شده است که به معرفی آنها می-پردازیم.

در پژوهش های مختلفی مدارکی دال بر این تصور که ناحیۀ بروکا در پردازش نحوی در طول درک جمله درگیر است، ارائه شده است. این فرضیه بر اساس مطالعات عصب- روانشناختی بر روی بیمارانی با آفازی بروکا و درک غیر دستوری بودن بنا نهاده شده است (کارامازا و زوریف، 1976؛ گرادزینسکی، 2000، سوینی و همکاران، 1996). مطالعات تصویربرداری از مغز از مفهوم موضعی بودن پردازش نحوی در نواحی پایینی قدامی چپ مغز حمایت می کنند. استراموردس و همکاران (1996) با استفاده از پرتونگاری نشر پوزیترون ثابت کرده اند که جریان خون منطقه ای در مغز (rCBF) در ناحیۀ چپ 44 برادمن برای جملات از نظر نحوی پیچیده (جملاتی با بندهای موصولی درونه گیری شده مفعول- آغازی) بیشتر از جملات ساده تر ( جملاتی با بندهای موصولی فاعل-آغازی) است. این نتیجه توسط مطالعات دیگر با استفاده از FMRI نیز اثبات شده است (بن شاچار و همکاران، 2003؛ کوک و همکاران، 2001؛ رودر و همکاران، 2002).

در پژوهشی که فیباخ و همکاران (2005) انجام داده اند به بررسی این نکته پرداخته اند که آیا رابطه ای بین افزایش فعالیت در ناحیۀ بروکا و حافظۀ فعال در فرآیند پردازش نحوی وجود دارد یا خیر و برای این کار به جمع آوری پاسخ های همودینامیکی آزمودنی ها از طریق FMRI پرداختند. زبان مورد بررسی آنها، آلمانی بود و تکلیف ها شامل بندهای موصولی دارای پرسشواژه بود که یا با فاعل آغاز می شدند و یا با مفعول. داده های FMRI تصویر واضحی از دو فاکتور پیچیدگی نحوی ( سوالات فاعلی در مقابل مفعولی) و بار حافظۀ فعال (سوالاتی که در آن حرکت مفعول -از جای اصلی خود- بلند یا کوتاه بوده است)، به دست داده است. آنها با بررسی و تحلیل داده ها به این نتیجه رسیدند که هیچ ناحیه ای از مغز وجود ندارد که فعالیت بیشتری برای جملات پرسشی مفعول- آغازی در مقابل جملات پرسشی فاعل-آغازی را نشان دهد. این جملات نسبت به هزینۀ حافظۀ فعال نیز تفاوتی نداشتند، اما نسبت به هزینۀ ادغام نحوی متفاوت بودند. این نتیجه برای جملات بلند و کوتاه نیز صادق است. مقایسۀ مستقیم بین پاسخ های همودینامیک که از جملات پرسشی مفعول - آغازی بلند و کوتاه دریافت شده، نشان-دهندۀ تفاوت های فعال سازی موثقی در ناحیه های قدامی پایینی و نواحی گیجگاهی بالایی در هر دو نیمکره بود. همچنین افزایش فعالیت در ناحیۀ چپ 44 برادمن به همراه نواحی فوقانی گیجگاهی و همتای آن در نیمکرۀ راست برای جملاتی با ترتیب سازه ای غیرمتعارف که در آن یکی از موضوعات فعل از موقعیت متعارف خود به جای نسبتا دوری منتقل شده، دیده شده است. نتیجۀ این پژوهش نشان داده است که ناحیۀ بروکا نقش مهمی در حافظۀ فعل نحوی در طول درک جملات دارد.

منابعی برای مطالعه بیشتر:

• Ahlsen, Elisabeth (2006), Introduction to Neurolinguistics. Amsterdam: John Benjamins Publishing Company
• Baddeley, A. D. (1986). Working memory. Oxford, UK: Oxford University Press.
• Baddeley, A. D., & Hitch, G. (1974). Working memory. In G. H. Bower Ed., The psychology of learning and motivation: Advances in research and theory, Vol. 8, pp. 47–89! New York: Academic Press.
• Ben-Shachar M, Hendler T, Kahn I, Ben-Bashat D, Grodzinsky Y (2003): The neural reality of syntactic transformations: evidence from fMRI. Psychol Sci 14:433– 440.
• Cooke A, Zurif EB, DeVita C, Alsop D, Koenig P, Detre J, Gee J, Pinango M, Balogh J, Grossman M (2001): Neural basis for sentence comprehension: grammatical and short-term memory components. Hum Brain Mapp 15:80 –94.
• Daneman, M., & Carpenter, P. A. (1980). Individual differences in working memory and reading. Journal of Verbal Learning and Verbal Behavior, 19, 450–466.
• Fiebach, C.J., Schlesewsky, M., Lohmann, G., von Cramon, D.Y. (2005). Revisiting the Role of Broca’s Area in Sentence Processing: Syntactic Integration versus Syntactic Working Memory. Human Brain Mapping 24:79 –91.
• Goodman, G. O., McClelland, J. L., & Gibbs, R. W. (1981). The role of syntactic content in word recognition. Memory & Cognition, 9, 580–586.
• Grodzinsky Y (2000): The neurology of syntax: language use without Broca’s area. Behav Brain Sci 23:1–71.
• Gathercole, S. E., & Baddeley, A. D. (1993). Working memory and language. Sussex, UK: Erlbaum.
• Gunter, T. C., Stowe, L., & Mulder, G. (1997). When syntax meets semantics. Psychophysiology, 34, 660–676.
• Haarmann, H. J., & Kolk, H. H. J. (1994). On-line sensitivity to subject verb agreement violations in Broca’s aphasics: The role of syntactic complexity and time. Brain and Language, 46, 493–516.
• Just, M. A., & Carpenter, P.A. (1992). A capacity theory of comprehension: Individual differences in working memory. Psychological Review, 99, 122–149.
• King, J. W., & Just, M. A. (1991). Individual differences in syntactic processing: The role of working memory. Journal of Memory and Language, 30, 580–602.
• King, J. W., & Kutas, M. (1995). Who did what and when? Using word and clause-level ERPs to monitor working memory usage in reading. Journal of Cognitive Neuroscience, 7, 378–397.
• Kutas, M., & Van Petten, C. (1994). Psycholinguistics electrified. In M. A. Gernsbacher. Ed., Handbook of psycholinguistics pp. 83–143. San Diego: Academic Press.
• Münte, T. J., Heinze, H., & Mangun, G. (1993). Dissociation of brain activity related to syntactic and semantic aspects of language. Journal of Cognitive Neuroscience, 5, 335–344.
• Neely, J. H. (1991). Semantic priming effects in visual word recognition: A selective review of current findings and theories. In D. Besner & G. W. Humphreys (Eds.), Basic processes in reading: Visual word recognition (pp. 264–336).
• Roder B, Stock O, Neville H, Siegfried B, Ro¨sler F (2002): Brain activation modulated by the comprehension of normal and pseudo-word sentences of different processing demands: a functional magnetic resonance imaging study. Neuroimage 15:1003–1014.
• Seidenberg, M. S., Waters, G. S., Sanders, M., & Langer, P. (1984). Pre- and post-lexical loci of contextual effects on word recognition. Memory & Cognition, 12, 315–328.
• Sereno, J. A. (1991). Graphemic, associative, and syntactic priming effects at a brief stimulus onset asynchrony in lexical decision and naming. Journal of Experimental Psychology: Learning, Memory, and Cognition, 17, 459–477.
• Stromswold K, Caplan D, Alpert N, Rauch S (1996): Localization of syntactic comprehension by positron emission tomography. Brain Lang 52:452– 473.
• Swinney D, Zurif E, Prather P, Love T (1996): Neurological distribution of processing resources underlying language comprehension. Cogn Neurosci 8:174 –184.
• Vos, A H; Gunter, T C; Kolk, H J; & Mulder G (2001). Working memory constraints on syntactic processing: An electrophysiological investigation. Psychophysiology, 38, 41–63.
• Wright, B., & Garrett, M. (1984). Lexical decision in sentences: Effects of syntactic structure. Journal of Memory and Cognition, 12, 31–45.