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 , las ciencias cognitivas , los trastornos de la comunicación y la neuropsicología . Los investigadores se sienten atraídos por el campo desde una variedad de orígenes, aportando una variedad de técnicas experimentales, así como perspectivas teóricas muy diversas. Gran parte del trabajo en neurolingüística se basa en modelos de psicolingüística y lingüística teórica , y se centra en investigar cómo el cerebro puede implementar los procesos que la teoría y la psicolingüística proponen como necesarios para producir y comprender el lenguaje. Los neurolingüistas estudian los mecanismos fisiológicos mediante los cuales el cerebro procesa información relacionada con el lenguaje y evalúan teorías lingüísticas y psicolingüísticas mediante la afasiología , las imágenes cerebrales , la electrofisiología y los modelos informáticos . [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 un 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 en el 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 diferentes regiones del cerebro 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 descrito como "de época" [6] y "fundamental" [4] en los campos de la neurolingüística y la ciencia cognitiva. Más tarde, Carl Wernicke , que da nombre al área de Wernicke , propuso que diferentes áreas del cerebro estaban especializadas para diferentes tareas lingüísticas: el área de Broca se encargaba de la producción motora del habla y el área de Wernicke se encargaba de 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 se puede estudiar examinando 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 en la actualidad. [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 "Problemas básicos de neurolingüística" es probablemente el primer libro con "neurolingüística" en el título. Harry Whitaker popularizó la neurolingüística en los Estados Unidos en la década de 1970 y fundó 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 realizan 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 ha demostrado ser sensible a cuestiones semánticas en la comprensión del lenguaje. [12] [13] El N400 fue el primer potencial relacionado con un evento relacionado con el lenguaje que se identificó y, desde su descubrimiento, EEG y 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 entre sí y existe mucha colaboración entre los dos campos. [13] [15]
Gran parte del trabajo en neurolingüística implica probar y evaluar 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, experimentos en el 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 psicolingüistas, como Janet Fodor y Lyn Frazier . modelo "en serie", [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 basadas en conocimientos sobre la fisiología del cerebro, "generalizando desde el conocimiento de las estructuras neurológicas hasta la estructura del lenguaje". [18]
La investigación neurolingüística se lleva a cabo en todas las áreas principales de la lingüística; En la siguiente tabla se detallan los principales subcampos lingüísticos y cómo la neurolingüística los aborda.
La investigación neurolingüística investiga varios temas, incluido 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 del trabajo en neurolingüística, al igual que los primeros estudios de Broca y Wernicke, ha investigado la ubicación de " módulos " específicos del lenguaje dentro del cerebro. Las preguntas de investigación incluyen qué curso sigue la información del lenguaje a través del cerebro a medida que se procesa, [19] si áreas particulares se especializan o no en procesar tipos particulares de información, [20] cómo las diferentes regiones del cerebro interactúan entre sí en el procesamiento del lenguaje, [21] y cómo las ubicaciones de activación cerebral difieren cuando un sujeto produce o percibe un idioma distinto de su lengua materna. [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 orden temporal de patrones específicos de actividad cerebral puede reflejar procesos computacionales discretos que experimenta el cerebro 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 sobre 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 neurolingüísticas 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 sufre el cerebro durante la adquisición de una segunda lengua , cuando los adultos aprenden una nueva lengua. [28] La neuroplasticidad se observa cuando se inducen tanto la adquisición de una segunda lengua como la experiencia de aprendizaje de una lengua; el resultado de esta exposición a la lengua concluye que se podría encontrar un aumento de la materia gris y blanca en niños, adultos jóvenes y ancianos. [29]
Las técnicas neurolingüísticas también se utilizan para estudiar trastornos y fallas en el lenguaje, como la afasia y la dislexia , y cómo se relacionan con las características físicas del cerebro. [23] [27]
Dado que uno de los focos 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 imágenes cerebrales han contribuido en gran medida a una creciente comprensión de la organización anatómica de las funciones lingüísticas. [2] [23] Los métodos de imágenes cerebrales utilizados en neurolingüística se pueden clasificar en métodos hemodinámicos , métodos electrofisiológicos y métodos que estimulan la corteza directamente.
Las técnicas hemodinámicas aprovechan el hecho de que cuando un área del cerebro trabaja en una tarea, se envía sangre para suministrar oxígeno a esa área (en lo que se conoce como respuesta dependiente del nivel de oxígeno en sangre o BOLD). [30] Tales técnicas incluyen PET y fMRI . Estas técnicas proporcionan una alta resolución espacial , lo que permite a los investigadores identificar 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 servir para tareas o cálculos lingüísticos específicos, [20] [25] también se han utilizado métodos hemodinámicos para demostrar cómo se modifica la estructura de la arquitectura del lenguaje del cerebro y la distribución del lenguaje. La activación relacionada puede cambiar con el tiempo, en función de la exposición lingüística. [22] [28]
Además de la PET y la resonancia magnética funcional, que muestran qué áreas del cerebro se activan mediante determinadas tareas, los investigadores también utilizan imágenes con tensor de difusión (DTI), que muestran las vías neuronales que conectan diferentes áreas del cerebro, [32] proporcionando así información sobre cómo diferentes Las áreas interactúan. La espectroscopia funcional de infrarrojo cercano (fNIRS) es otro método hemodinámico utilizado en tareas de lenguaje. [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 mediante 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 son capaces de medir la actividad cerebral de un milisegundo a otro, proporcionando una excelente resolución temporal , lo cual 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 el EEG; [31] [35] en consecuencia, esta técnica se utiliza principalmente para determinar cómo se llevan a cabo los procesos del lenguaje, en lugar de dónde . La investigación que utiliza EEG y MEG generalmente se centra en 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 punto máximo el ERP), la amplitud (qué tan alto o bajo es el pico) o la topografía (en qué parte del cuero cabelludo los sensores detectan la respuesta del ERP). [36] Algunos componentes importantes y comunes de ERP incluyen el N400 (una negatividad que ocurre con una latencia de aproximadamente 400 milisegundos), [31] la negatividad de desajuste , [37] la negatividad anterior izquierda temprana (una negatividad que ocurre con 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 para sacar conclusiones sobre cómo se representa y procesa el lenguaje en el cerebro. Estas técnicas incluyen el paradigma de la resta , el diseño de desajustes , estudios basados en violaciones , diversas formas de preparación y estimulación directa del cerebro.
Muchos estudios del lenguaje, particularmente en resonancia magnética funcional , utilizan el paradigma de la resta, [41] en el que la activación cerebral en una tarea que se cree que involucra algún aspecto del procesamiento del lenguaje se compara con la activación en una tarea inicial que se cree que involucra procesos no lingüísticos similares pero que no involucran el proceso lingüístico. Por ejemplo, las activaciones mientras los participantes leen palabras se pueden comparar con activaciones de referencia mientras los participantes leen cadenas de letras aleatorias (en un intento de aislar la activación relacionada con el procesamiento léxico, el procesamiento de palabras reales), o se pueden comparar las activaciones mientras los participantes leen oraciones sintácticamente complejas. a activaciones de referencia mientras los participantes leen oraciones más simples.
La negatividad de desajuste (MMN) es un componente de 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" perceptivamente idénticos (como en la secuencia sssssssddssssssdsssss d ). [43] [44] Dado que el MMN se provoca sólo en respuesta a un estímulo raro y "bicho 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 histórico 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 "escuchaban" no las características acústicas específicas, sino sólo los fonemas abstractos. [43] Además, la negatividad de 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 anomalías o violaciones de 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 work , [48] que viola una regla de estructura de frases en inglés , a menudo provocan una respuesta cerebral llamada negatividad anterior izquierda temprana (ELAN). [38] Las técnicas de violación se han utilizado al menos desde 1980, [38] cuando Kutas y Hillyard informaron por primera vez evidencia de ERP de que las violaciones semánticas provocaban un efecto N400. [49] Utilizando métodos similares, en 1992, Lee Osterhout informó por primera vez la respuesta del P600 a anomalías sintácticas. [50] Los diseños de violación también se han utilizado para estudios hemodinámicos (fMRI y PET): Embick y sus colegas, por ejemplo, utilizaron violaciones gramaticales y ortográficas para investigar la ubicación del procesamiento sintáctico en el cerebro usando fMRI. [20] Otro uso común de los diseños de violaciones es combinar dos tipos de violaciones en la misma oración y así hacer predicciones sobre cómo los diferentes procesos del lenguaje interactúan entre sí; Este tipo de estudio de violaciones cruzadas 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 tiene un significado similar [53] o composición morfológica (es decir, compuesta de partes similares). [54] Si a un sujeto se le presenta una palabra "principal", como médico , y luego una palabra "objetivo", como enfermera , si el sujeto tiene un tiempo de respuesta más rápido de lo habitual para amamantar , entonces el experimentador puede asumir que la palabra enfermera en el cerebro ya se había accedido cuando se accedió a la palabra médico . [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 un lugar específico y controlado 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 se examinarán. [59] Como tal, es una alternativa menos invasiva a la estimulación cortical directa , que puede usarse para tipos similares de investigación pero requiere que se extraiga el cuero cabelludo del sujeto y, por lo tanto, solo se usa en personas que ya se están sometiendo a una operación cerebral importante. (como personas sometidas a 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 ve afectada cuando se desactiva 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 TMS; [2] La estimulación cortical directa y el registro cortical (que registran 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 de neurolingüística, los sujetos no simplemente se sientan y escuchan u observan estímulos , sino que también se les indica que realicen 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 sobre las respuestas cerebrales y los resultados del experimento. [64]
La tarea de decisión léxica implica que los sujetos vean u escuchen una palabra aislada y respondan si es o no una palabra real. Se utiliza con frecuencia en estudios de priming , 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 "doctor" priming "enfermera"). [53] [54] [55]
En muchos estudios, especialmente los basados en violaciones, los sujetos toman una decisión sobre la "aceptabilidad" (generalmente aceptabilidad gramatical o 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 con atención y que [distingan] las oraciones aceptables de las inaceptables en la forma en que el [experimentador] espera que 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 demostró que cuando se instruía a los sujetos para que juzgaran la "aceptabilidad" de oraciones, no mostraban una respuesta cerebral N400 (una respuesta comúnmente asociada con el procesamiento semántico ), pero sí mostraban esa respuesta cuando se les instruía para ignorar la aceptabilidad gramatical y solo juzgar. si las frases "tenían sentido" o no. [64]
Algunos estudios utilizan una tarea de "verificación de sondeo" en lugar de un juicio abierto de aceptabilidad; En este paradigma, cada oración experimental va seguida de 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 usarse sin importar qué tipo de violación se presente. en el estudio. [55]
Se puede indicar 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 estudios psicolingüísticos del lenguaje infantil. [69] [70]
Algunos experimentos asignan a los sujetos una tarea de "distracción" para garantizar que no presten atención conscientemente a los estímulos experimentales; Esto se puede hacer para comprobar si un determinado cálculo en el cerebro se lleva a cabo de forma automática, independientemente de si el sujeto le dedica recursos de atención . Por ejemplo, en un estudio los sujetos escucharon tonos no lingüísticos (pitidos largos y zumbidos) en un oído y el habla en el otro oído, y se les indicó que presionaran un botón cuando percibieran un cambio en el tono; Esto supuestamente provocó 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 ocurría automáticamente, independientemente de la atención [37] , o al menos que los sujetos no podían separar conscientemente su atención de los estímulos del habla.
Otra forma de experimento relacionada es el experimento de doble tarea, en el que un sujeto debe realizar una tarea adicional (como golpear secuencialmente con los dedos 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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