La neurolingüística es el estudio de los mecanismos neuronales del cerebro humano que controlan la comprensión, producción y adquisición del lenguaje . Como campo interdisciplinario, la neurolingüística extrae métodos y teorías de campos como la neurociencia , la lingüística , la ciencia cognitiva , los trastornos de la comunicación y la neuropsicología . Los investigadores se sienten atraídos por este campo desde una variedad de antecedentes, trayendo consigo una variedad de técnicas experimentales, así como perspectivas teóricas muy variadas. Gran parte del trabajo en neurolingüística se basa en modelos de la psicolingüística y la lingüística teórica , y se centra en investigar cómo el cerebro puede implementar los procesos que la teoría y la psicolingüística proponen que son necesarios para producir y comprender el lenguaje. Los neurolingüistas estudian los mecanismos fisiológicos por los cuales el cerebro procesa la información relacionada con el lenguaje y evalúan las teorías lingüísticas y psicolingüísticas, utilizando afasiología , imágenes cerebrales , electrofisiología y modelado informático . [1]
La neurolingüística tiene sus raíces históricas en el desarrollo en el siglo XIX de la afasiología , el estudio de los déficits lingüísticos ( afasias ) que ocurren como resultado de daño cerebral . [2] La afasiología intenta correlacionar la estructura con la función analizando el efecto de las lesiones cerebrales en el procesamiento del lenguaje. [3] Una de las primeras personas en establecer una conexión entre un área particular del cerebro y el procesamiento del lenguaje fue Paul Broca , [2] un cirujano francés que realizó autopsias a numerosos individuos que tenían deficiencias del habla y descubrió que la mayoría de ellos tenían daño cerebral (o lesiones ) en el lóbulo frontal izquierdo , en un área ahora conocida como área de Broca . Los frenólogos habían afirmado a principios del siglo XIX que las diferentes regiones cerebrales llevaban a cabo diferentes funciones y que el lenguaje estaba controlado principalmente por las regiones frontales del cerebro, pero la investigación de Broca fue posiblemente la primera en ofrecer evidencia empírica de tal relación, [4] [5] y ha sido descrita como "que marcó una época" [6] y "fundamental" [4] para los campos de la neurolingüística y la ciencia cognitiva. Más tarde, Carl Wernicke , de quien se nombró el área de Wernicke , propuso que diferentes áreas del cerebro estaban especializadas para diferentes tareas lingüísticas, con el área de Broca manejando la producción motora del habla y el área de Wernicke manejando la comprensión auditiva del habla. [2] [3] El trabajo de Broca y Wernicke estableció el campo de la afasiología y la idea de que el lenguaje puede estudiarse mediante el examen de las características físicas del cerebro. [5] Los primeros trabajos en afasiología también se beneficiaron del trabajo de principios del siglo XX de Korbinian Brodmann , quien "mapeó" la superficie del cerebro, dividiéndola en áreas numeradas según la citoarquitectura (estructura celular) y la función de cada área; [7] estas áreas, conocidas como áreas de Brodmann , todavía se utilizan ampliamente en la neurociencia hoy en día. [8]
La acuñación del término neurolingüística a finales de los años 1940 y 1950 se atribuye a Edith Crowell Trager, Henri Hecaen y Alexandr Luria. El libro de Luria de 1976, "Basic Problems of Neurolinguistics" (Problemas básicos de la neurolingüística), es probablemente el primer libro que lleva la palabra "neurolingüística" en el título. Harry Whitaker popularizó la neurolingüística en los Estados Unidos en los años 1970, fundando la revista "Brain and Language" en 1974. [9]
Aunque la afasiología es el núcleo histórico de la neurolingüística, en los últimos años el campo se ha ampliado considerablemente, gracias en parte a la aparición de nuevas tecnologías de imágenes cerebrales (como PET y fMRI ) y técnicas electrofisiológicas sensibles al tiempo ( EEG y MEG ), que pueden resaltar patrones de activación cerebral a medida que las personas participan en diversas tareas lingüísticas. [2] [10] [11] Las técnicas electrofisiológicas, en particular, surgieron como un método viable para el estudio del lenguaje en 1980 con el descubrimiento del N400 , una respuesta cerebral que se demostró que era sensible a problemas semánticos en la comprensión del lenguaje. [12] [13] El N400 fue el primer potencial relacionado con eventos relevantes para el lenguaje que se identificó y, desde su descubrimiento, el EEG y el MEG se han utilizado cada vez más para realizar investigaciones sobre el lenguaje. [14]
La neurolingüística está estrechamente relacionada con el campo de la psicolingüística , que busca dilucidar los mecanismos cognitivos del lenguaje empleando las técnicas tradicionales de la psicología experimental . Hoy en día, las teorías psicolingüísticas y neurolingüísticas a menudo se informan mutuamente, y existe mucha colaboración entre los dos campos. [13] [15]
Gran parte del trabajo en neurolingüística implica probar y evaluar las teorías propuestas por psicolingüistas y lingüistas teóricos. En general, los lingüistas teóricos proponen modelos para explicar la estructura del lenguaje y cómo se organiza la información del lenguaje, los psicolingüistas proponen modelos y algoritmos para explicar cómo se procesa la información del lenguaje en la mente, y los neurolingüistas analizan la actividad cerebral para inferir cómo las estructuras biológicas (poblaciones y redes de neuronas) llevan a cabo esos algoritmos de procesamiento psicolingüístico. [16] Por ejemplo, los experimentos en procesamiento de oraciones han utilizado las respuestas cerebrales ELAN , N400 y P600 para examinar cómo las respuestas cerebrales fisiológicas reflejan las diferentes predicciones de los modelos de procesamiento de oraciones propuestos por los psicolingüistas, como el modelo "serial" de Janet Fodor y Lyn Frazier , [17] y el "modelo de unificación" de Theo Vosse y Gerard Kempen. [15] Los neurolingüistas también pueden hacer nuevas predicciones sobre la estructura y organización del lenguaje basándose en conocimientos sobre la fisiología del cerebro, "generalizando el conocimiento de las estructuras neurológicas a la estructura del lenguaje". [18]
La investigación en neurolingüística se lleva a cabo en todas las áreas principales de la lingüística; los principales subcampos lingüísticos y cómo los aborda la neurolingüística se detallan en la siguiente tabla.
La investigación en neurolingüística investiga varios temas, entre ellos, dónde se procesa la información del lenguaje, cómo se desarrolla el procesamiento del lenguaje a lo largo del tiempo, cómo se relacionan las estructuras cerebrales con la adquisición y el aprendizaje del lenguaje, y cómo la neurofisiología puede contribuir a la patología del habla y el lenguaje .
Gran parte de los trabajos en neurolingüística, como los primeros estudios de Broca y Wernicke, han investigado la ubicación de " módulos " específicos del lenguaje dentro del cerebro. Las preguntas de investigación incluyen qué curso sigue la información lingüística a través del cerebro a medida que se procesa, [19] si determinadas áreas se especializan o no en procesar determinados tipos de información, [20] cómo interactúan entre sí las diferentes regiones del cerebro en el procesamiento del lenguaje, [21] y cómo difieren las ubicaciones de activación cerebral cuando un sujeto está produciendo o percibiendo un idioma distinto de su primera lengua. [22] [23] [24]
Otra área de la literatura neurolingüística implica el uso de técnicas electrofisiológicas para analizar el procesamiento rápido del lenguaje en el tiempo. [2] El ordenamiento temporal de patrones específicos de actividad cerebral puede reflejar procesos computacionales discretos que el cerebro experimenta durante el procesamiento del lenguaje; por ejemplo, una teoría neurolingüística del análisis de oraciones propone que tres respuestas cerebrales ( ELAN , N400 y P600 ) son productos de tres pasos diferentes en el procesamiento sintáctico y semántico. [25]
Otro tema es la relación entre las estructuras cerebrales y la adquisición del lenguaje . [26] La investigación en la adquisición de la primera lengua ya ha establecido que los bebés de todos los entornos lingüísticos pasan por etapas similares y predecibles (como el balbuceo ), y algunas investigaciones en neurolingüística intentan encontrar correlaciones entre las etapas del desarrollo del lenguaje y las etapas del desarrollo del cerebro, [27] mientras que otras investigaciones investigan los cambios físicos (conocidos como neuroplasticidad ) que experimenta el cerebro durante la adquisición de una segunda lengua , cuando los adultos aprenden un nuevo idioma. [28] La neuroplasticidad se observa cuando se induce tanto la adquisición de una segunda lengua como la experiencia de aprendizaje de la misma, el resultado de esta exposición al lenguaje concluye que se podría encontrar un aumento de materia gris y blanca en niños, adultos jóvenes y ancianos. [29]
Las técnicas neurolingüísticas también se utilizan para estudiar trastornos y fallas del lenguaje, como la afasia y la dislexia , y cómo se relacionan con las características físicas del cerebro. [23] [27]
Dado que uno de los objetivos de este campo es la prueba de modelos lingüísticos y psicolingüísticos, la tecnología utilizada para los experimentos es muy relevante para el estudio de la neurolingüística. Las técnicas modernas de obtención de imágenes cerebrales han contribuido en gran medida a una creciente comprensión de la organización anatómica de las funciones lingüísticas. [2] [23] Los métodos de obtención de imágenes cerebrales utilizados en neurolingüística pueden clasificarse en métodos hemodinámicos , métodos electrofisiológicos y métodos que estimulan la corteza directamente.
Las técnicas hemodinámicas aprovechan el hecho de que cuando una zona del cerebro trabaja en una tarea, se envía sangre para suministrar oxígeno a esa zona (en lo que se conoce como respuesta dependiente del nivel de oxígeno en sangre o BOLD). [30] Estas técnicas incluyen la PET y la fMRI . Estas técnicas proporcionan una alta resolución espacial , lo que permite a los investigadores localizar la ubicación de la actividad dentro del cerebro; [2] la resolución temporal (o información sobre el momento de la actividad cerebral), por otro lado, es pobre, ya que la respuesta BOLD ocurre mucho más lentamente que el procesamiento del lenguaje. [11] [31] Además de demostrar qué partes del cerebro pueden ayudar a tareas o cálculos lingüísticos específicos, [20] [25] también se han utilizado métodos hemodinámicos para demostrar cómo la estructura de la arquitectura lingüística del cerebro y la distribución de la activación relacionada con el lenguaje pueden cambiar con el tiempo, en función de la exposición lingüística. [22] [28]
Además de la tomografía por emisión de positrones (PET) y la resonancia magnética funcional (fMRI), que muestran qué áreas del cerebro se activan con determinadas tareas, los investigadores también utilizan imágenes por tensor de difusión (DTI), que muestran las vías neuronales que conectan diferentes áreas del cerebro [32] , lo que proporciona información sobre cómo interactúan las distintas áreas. La espectroscopia funcional de infrarrojo cercano (fNIRS) es otro método hemodinámico utilizado en tareas lingüísticas. [33]
Las técnicas electrofisiológicas aprovechan el hecho de que cuando un grupo de neuronas en el cerebro se activan juntas, crean un dipolo o corriente eléctrica. La técnica de EEG mide esta corriente eléctrica utilizando sensores en el cuero cabelludo, mientras que MEG mide los campos magnéticos que generan estas corrientes. [34] Además de estos métodos no invasivos, la electrocorticografía también se ha utilizado para estudiar el procesamiento del lenguaje. Estas técnicas pueden medir la actividad cerebral de un milisegundo al siguiente, proporcionando una excelente resolución temporal , lo que es importante para estudiar procesos que tienen lugar tan rápidamente como la comprensión y producción del lenguaje. [34] Por otro lado, la ubicación de la actividad cerebral puede ser difícil de identificar en EEG; [31] [35] en consecuencia, esta técnica se utiliza principalmente para cómo se llevan a cabo los procesos del lenguaje, en lugar de dónde . La investigación que utiliza EEG y MEG generalmente se centra en los potenciales relacionados con eventos (ERP), [31] que son respuestas cerebrales distintas (generalmente realizadas como picos negativos o positivos en un gráfico de actividad neuronal) provocadas en respuesta a un estímulo particular. Los estudios que utilizan ERP pueden centrarse en la latencia de cada ERP (cuánto tiempo después del estímulo comienza o alcanza su pico), la amplitud (qué tan alto o bajo es el pico) o la topografía (en qué parte del cuero cabelludo los sensores captan la respuesta de ERP). [36] Algunos componentes importantes y comunes de ERP incluyen el N400 (una negatividad que ocurre a una latencia de aproximadamente 400 milisegundos), [31] la negatividad de desajuste , [37] la negatividad anterior izquierda temprana (una negatividad que ocurre a una latencia temprana y una topografía frontal izquierda), [38] el P600 , [14] [39] y el potencial de preparación lateralizado . [40]
Los neurolingüistas emplean una variedad de técnicas experimentales para utilizar imágenes cerebrales y extraer conclusiones sobre cómo se representa y procesa el lenguaje en el cerebro. Estas técnicas incluyen el paradigma de la sustracción , el diseño de desajustes , los estudios basados en violaciones , varias formas de preparación y la estimulación directa del cerebro.
Muchos estudios del lenguaje, particularmente en fMRI , utilizan el paradigma de la sustracción, [41] en el que la activación cerebral en una tarea que se piensa que involucra algún aspecto del procesamiento del lenguaje se compara con la activación en una tarea de referencia que se piensa que involucra procesos no lingüísticos similares pero que no involucra el proceso lingüístico. Por ejemplo, las activaciones mientras los participantes leen palabras pueden compararse con las activaciones de referencia mientras los participantes leen cadenas de letras al azar (en un intento de aislar la activación relacionada con el procesamiento léxico, el procesamiento de palabras reales), o las activaciones mientras los participantes leen oraciones sintácticamente complejas pueden compararse con las activaciones de referencia mientras los participantes leen oraciones más simples.
La negatividad de desajuste (MMN) es un componente ERP rigurosamente documentado que se utiliza con frecuencia en experimentos neurolingüísticos. [37] [42] Es una respuesta electrofisiológica que ocurre en el cerebro cuando un sujeto escucha un estímulo "desviado" en un conjunto de "estándares" perceptualmente idénticos (como en la secuencia sssssssddssssssdsssss d ). [43] [44] Dado que la MMN se produce solo en respuesta a un estímulo "extraño" raro en un conjunto de otros estímulos que se perciben como iguales, se ha utilizado para probar cómo los hablantes perciben los sonidos y organizan los estímulos categóricamente. [45] [46] Por ejemplo, un estudio de referencia realizado por Colin Phillips y sus colegas utilizó la negatividad del desajuste como evidencia de que los sujetos, cuando se les presentaba una serie de sonidos del habla con parámetros acústicos , percibían todos los sonidos como /t/ o /d/ a pesar de la variabilidad acústica, lo que sugiere que el cerebro humano tiene representaciones de fonemas abstractos ; en otras palabras, los sujetos estaban "escuchando" no las características acústicas específicas, sino solo los fonemas abstractos. [43] Además, la negatividad del desajuste se ha utilizado para estudiar el procesamiento sintáctico y el reconocimiento de la categoría de palabras . [37] [42] [47]
Muchos estudios en neurolingüística aprovechan las anomalías o violaciones de las reglas sintácticas o semánticas en estímulos experimentales y analizan las respuestas cerebrales provocadas cuando un sujeto se encuentra con estas violaciones. Por ejemplo, las oraciones que comienzan con frases como * the garden was on the works , [48] que viola una regla de estructura de frase inglesa , a menudo provocan una respuesta cerebral llamada negatividad anterior izquierda temprana (ELAN). [38] Las técnicas de violación se han utilizado desde al menos 1980, [38] cuando Kutas y Hillyard informaron por primera vez evidencia ERP de que las violaciones semánticas provocaban un efecto N400. [49] Utilizando métodos similares, en 1992, Lee Osterhout informó por primera vez la respuesta P600 a las anomalías sintácticas. [50] Los diseños de violación también se han utilizado para estudios hemodinámicos (fMRI y PET): Embick y colegas, por ejemplo, utilizaron violaciones gramaticales y ortográficas para investigar la ubicación del procesamiento sintáctico en el cerebro utilizando fMRI. [20] Otro uso común de los diseños de violación es combinar dos tipos de violaciones en la misma oración y así hacer predicciones sobre cómo interactúan entre sí los diferentes procesos del lenguaje; este tipo de estudio de violación cruzada se ha utilizado ampliamente para investigar cómo interactúan los procesos sintácticos y semánticos mientras las personas leen o escuchan oraciones. [51] [52]
En psicolingüística y neurolingüística, el priming se refiere al fenómeno por el cual un sujeto puede reconocer una palabra más rápidamente si recientemente se le ha presentado una palabra que es similar en significado [53] o composición morfológica (es decir, compuesta de partes similares). [54] Si a un sujeto se le presenta una palabra "prime" como doctor y luego una palabra "objetivo" como enfermera , si el sujeto tiene un tiempo de respuesta más rápido de lo habitual a enfermera , entonces el experimentador puede asumir que la palabra enfermera en el cerebro ya había sido accedida cuando se accedió a la palabra doctor . [55] El priming se utiliza para investigar una amplia variedad de preguntas sobre cómo se almacenan y recuperan las palabras en el cerebro [54] [56] y cómo se procesan las oraciones estructuralmente complejas. [57]
La estimulación magnética transcraneal (EMT), una nueva técnica no invasiva [58] para estudiar la actividad cerebral, utiliza potentes campos magnéticos que se aplican al cerebro desde fuera de la cabeza. [59] Es un método para excitar o interrumpir la actividad cerebral en una ubicación específica y controlada, y por lo tanto es capaz de imitar los síntomas afásicos al tiempo que le da al investigador más control sobre exactamente qué partes del cerebro serán examinadas. [59] Como tal, es una alternativa menos invasiva a la estimulación cortical directa , que se puede utilizar para tipos similares de investigación pero requiere que se elimine el cuero cabelludo del sujeto y, por lo tanto, solo se utiliza en personas que ya se están sometiendo a una operación cerebral importante (como personas que se someten a una cirugía por epilepsia ). [60] La lógica detrás de la EMT y la estimulación cortical directa es similar a la lógica detrás de la afasiología: si una función del lenguaje en particular se altera cuando se elimina una región específica del cerebro, entonces esa región debe estar implicada de alguna manera en esa función del lenguaje. Pocos estudios neurolingüísticos hasta la fecha han utilizado la EMT; [2] La estimulación cortical directa y el registro cortical (registro de la actividad cerebral mediante electrodos colocados directamente en el cerebro) se han utilizado con monos macacos para hacer predicciones sobre el comportamiento de los cerebros humanos. [61]
En muchos experimentos neurolingüísticos, los sujetos no se sientan simplemente a escuchar o mirar estímulos , sino que también reciben instrucciones de realizar algún tipo de tarea en respuesta a los estímulos. [62] Los sujetos realizan estas tareas mientras se toman registros (electrofisiológicos o hemodinámicos), generalmente para asegurarse de que están prestando atención a los estímulos. [63] Al menos un estudio ha sugerido que la tarea que realiza el sujeto tiene un efecto en las respuestas cerebrales y los resultados del experimento. [64]
La tarea de decisión léxica implica que los sujetos vean o escuchen una palabra aislada y respondan si es o no una palabra real. Se utiliza con frecuencia en estudios de preparación , ya que se sabe que los sujetos toman una decisión léxica más rápidamente si una palabra ha sido preparada por una palabra relacionada (como en el caso de "doctor" que prepara a "enfermera"). [53] [54] [55]
En muchos estudios, especialmente los basados en violaciones, los sujetos toman una decisión sobre la "aceptabilidad" (generalmente, la aceptabilidad gramatical o la aceptabilidad semántica ) de los estímulos. [64] [65] [66] [67] [68] Esta tarea se utiliza a menudo para "garantizar que los sujetos [estén] leyendo las oraciones atentamente y que [distingan] las oraciones aceptables de las inaceptables de la manera en que el [experimentador] espera que lo hagan". [66]
La evidencia experimental ha demostrado que las instrucciones dadas a los sujetos en una tarea de juicio de aceptabilidad pueden influir en las respuestas cerebrales de los sujetos a los estímulos. Un experimento mostró que cuando se les indicó a los sujetos que juzgaran la "aceptabilidad" de las oraciones, no mostraron una respuesta cerebral N400 (una respuesta comúnmente asociada con el procesamiento semántico ), pero sí mostraron esa respuesta cuando se les indicó que ignoraran la aceptabilidad gramatical y solo juzgaran si las oraciones "tenían sentido" o no. [64]
Algunos estudios utilizan una tarea de "verificación de la prueba" en lugar de un juicio de aceptabilidad manifiesto; en este paradigma, cada oración experimental es seguida por una "palabra de prueba", y los sujetos deben responder si la palabra de prueba había aparecido o no en la oración. [55] [66] Esta tarea, al igual que la tarea de juicio de aceptabilidad, garantiza que los sujetos lean o escuchen atentamente, pero puede evitar algunas de las demandas de procesamiento adicionales de los juicios de aceptabilidad, y puede utilizarse sin importar qué tipo de violación se presente en el estudio. [55]
Se puede pedir a los sujetos que no juzguen si la oración es gramaticalmente aceptable o lógica, sino si la proposición expresada en la oración es verdadera o falsa. Esta tarea se utiliza habitualmente en los estudios psicolingüísticos del lenguaje infantil. [69] [70]
En algunos experimentos se les da a los sujetos una tarea de "distracción" para asegurarse de que no estén prestando atención conscientemente a los estímulos experimentales; esto puede hacerse para probar si un determinado cálculo en el cerebro se lleva a cabo automáticamente, independientemente de si el sujeto dedica recursos atencionales a él. Por ejemplo, en un estudio se pidió a los sujetos que escucharan tonos no lingüísticos (pitidos y zumbidos largos) en un oído y habla en el otro, y se les indicó que presionaran un botón cuando percibieran un cambio en el tono; esto supuestamente hizo que los sujetos no prestaran atención explícita a las violaciones gramaticales en los estímulos del habla. De todos modos, los sujetos mostraron una respuesta de desajuste (MMN), lo que sugiere que el procesamiento de los errores gramaticales se estaba produciendo automáticamente, independientemente de la atención [37] , o al menos que los sujetos eran incapaces de separar conscientemente su atención de los estímulos del habla.
Otra forma relacionada de experimento es el experimento de doble tarea, en el que un sujeto debe realizar una tarea adicional (como golpear con los dedos secuencialmente o articular sílabas sin sentido) mientras responde a estímulos lingüísticos; este tipo de experimento se ha utilizado para investigar el uso de la memoria de trabajo en el procesamiento del lenguaje. [71]
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