神経言語学

神経言語学は、人間の脳内で言語の理解、生成、習得を制御する神経メカニズムを研究する学問です。学際的な分野である神経言語学は、神経科学、言語学、認知科学、コミュニケーション障害、神経心理学などの分野から方法論や理論を取り入れています。研究者はさまざまな背景を持つため、さまざまな実験手法や幅広い理論的視点を持ち込んでいます。神経言語学の研究の多くは、心理言語学や理論言語学のモデルに基づいており、理論言語学や心理言語学が言語の生成と理解に必要であると提唱するプロセスを脳がどのように実行できるかを調査することに重点を置いています。神経言語学者は、脳が言語に関連する情報を処理する生理学的メカニズムを研究し、失語症学、脳画像、電気生理学、コンピューターモデリングを使用して言語学と心理言語学の理論を評価します。^[1]

神経言語学は、歴史的には19世紀の失語症学の発展に端を発しています。失語症学は、脳損傷の結果として起こる言語障害（失語症）の研究です。^[2] 失語症学は、脳損傷が言語処理に与える影響を分析することで、構造と機能を相関させようとします。^[3] 特定の脳領域と言語処理の関係を最初に発見した人の1人は、フランスの外科医ポール・ブローカです。^[2]ブローカは、発話障害のある多数の人の検死を行い、ほとんどの人の左前頭葉、現在ブローカ野として知られている領域に脳損傷（または病変）があることを発見しました。19世紀初頭、骨相学者は脳の異なる領域が異なる機能を果たし、言語は主に脳の前頭葉によって制御されていると主張していたが、ブローカの研究はおそらくそのような関係について経験的証拠を提示した最初のものであり、 ^{[4] [5]} 、神経言語学と認知科学の分野にとって「画期的」^[6]かつ「極めて重要」^{[4]であると評されている。後に、}ウェルニッケ野の名前の由来となったカール・ウェルニッケは、ブローカ野が発話の運動生成を、ウェルニッケ野が聴覚による発話理解をそれぞれ担当し、脳の異なる領域が異なる言語タスクに特化していると提唱した^{[2] [3]} 。 ブローカとウェルニッケの研究は失語症学という分野を確立し、脳の物理的特徴を調べることで言語を研究できるという考えを確立した。^[5] 失語症学の初期の研究は、20世紀初頭のコルビニアン・ブロードマンの研究からも恩恵を受けました。ブロードマンは脳の表面を「地図化」し、各領域の細胞構造（細胞構造）と機能に基づいて番号の付いた領域に分割しました。 ^{[7]これらの領域は}ブロードマン領域として知られ、今日でも神経科学で広く使用されています。^[8]

1940年代後半から1950年代にかけて、神経言語学という用語を作ったのはエディス・クロウェル・トレーガー、アンリ・エカン、アレクサンドル・ルリアだと言われています。ルリアの1976年の著書「神経言語学の基本問題」は、タイトルに「神経言語学」がついた最初の本であると思われます。ハリー・ウィテカーは1970年代に米国で神経言語学を普及させ、1974年に「脳と言語」という雑誌を創刊しました。^[9]

失語症学は神経言語学の歴史的中核であるが、近年この分野は大幅に拡大している。その一因には、新たな脳画像技術（PETやfMRIなど）や時間感度電気生理学的手法（EEGやMEG）の登場があり、これらの技術により、人々が様々な言語課題に取り組む際の脳の活性化パターンを明らかにすることができる。^{[2] [10] [11]}特に電気生理学的手法は、言語理解における意味的問題に敏感であることが示された脳反応であるN400の発見により、1980年に言語研究の実行可能な方法として登場した。^{[12] [13]} N400は、最初に特定された言語関連の事象関連電位であり、その発見以来、EEGとMEGは言語研究を行うためにますます広く使用されるようになっている。^[14]

神経言語学は心理言語学の分野と密接に関連しており、心理言語学は実験心理学の伝統的な手法を用いて言語の認知メカニズムを解明することを目指しています。今日では、心理言語学と神経言語学の理論は互いに情報を与え合うことが多く、2つの分野の間で多くの協力が行われています。^{[13] [15]}

神経言語学の研究の多くは、心理言語学者や理論言語学者が提唱する理論のテストと評価を伴う。一般的に、理論言語学者は言語の構造と言語情報の編成方法を説明するモデルを提案し、心理言語学者は言語情報が心の中でどのように処理されるかを説明するモデルとアルゴリズムを提案し、神経言語学者は脳の活動を分析して、生物学的構造（ニューロンの集団とネットワーク）がそれらの心理言語処理アルゴリズムを実行する方法を推測する。^[16] たとえば、文処理の実験では、 ELAN、N400、およびP600の脳反応を使用して、生理学的脳反応が、ジャネット・フォーダーとリン・フレイザーの「シリアル」モデル、^[17]やテオ・ヴォッセとジェラルド・ケンペンの「統一モデル」など、心理言語学者が提唱する文処理モデルのさまざまな予測をどのように反映しているかを調べている。^[15] 神経言語学者は、「神経構造の知識を言語構造に一般化」することで、脳の生理学に関する洞察に基づいて、言語の構造と組織に関する新たな予測を行うこともできます。^[18]

神経言語学の研究は言語学のすべての主要分野で行われており、主な言語サブフィールドと神経言語学がそれらにどのように対処するかについては、以下の表に示されています。

神経言語学の研究では、言語情報が処理される場所、言語処理が時間の経過とともにどのように展開されるか、脳の構造が言語の習得と学習にどのように関連しているか、神経生理学が言語と発話の病理にどのように寄与できるかなど、いくつかのトピックを調査します。

神経言語学の多くの研究は、ブローカやウェルニッケの初期の研究のように、脳内の特定の言語「モジュール」の位置を調査してきました。研究の課題には、言語情報が処理される際に脳内でどのような経路をたどるか、 ^[19]特定の領域が特定の種類の情報の処理に特化しているかどうか、^[20]言語処理において異なる脳領域が互いにどのように相互作用するか、^[21]被験者が母国語以外の言語を生成または認識しているときに脳の活性化の位置がどのように異なるかなどがあります。^{[22] [23] [24]}

神経言語学の文献の別の分野には、電気生理学的手法を使用して時間内での言語の迅速な処理を分析することが含まれます。^[2]脳活動の 特定のパターンの時間的順序は、言語処理中に脳が受ける個別の計算プロセスを反映している可能性があります。たとえば、文の構文解析に関するある神経言語理論では、3つの脳反応（ELAN、N400、およびP600）が、統語的および意味的処理の3つの異なるステップの産物であると提案されています。^[25]

もう一つの話題は、脳の構造と言語習得の関係である。^{[26]第一言語習得の研究では、あらゆる言語環境の乳児が類似した予測可能な段階（}喃語など）を経ることがすでに確立されており、神経言語学的研究では言語発達段階と脳発達段階の相関関係を見つけようとするものもある。 ^[27]一方、成人が新しい言語を学ぶ第二言語習得中に脳が受ける物理的変化（神経可塑性として知られる）を調査する研究もある。 ^[28] 神経可塑性は第二言語習得と言語学習経験の両方が誘発されたときに観察され、この言語曝露の結果、子供、若者、高齢者で灰白質の増加が見られるという結論が出ている。^[29]

神経言語学的手法は、失語症や失読症などの言語障害や機能不全、そしてそれらが脳の物理的特性とどのように関係しているかを研究するためにも使用されます。^{[23] [27]}

この分野の焦点の1つは言語モデルと心理言語モデルのテストであるため、実験に使用される技術は神経言語学の研究と非常に関連しています。現代の脳画像化技術は、言語機能の解剖学的組織に対する理解を深めるのに大きく貢献しています。^{[2] [23]} 神経言語学で使用される脳画像化法は、血行動態法、電気生理学的方法、および皮質を直接刺激する方法に分類できます。

血行動態技術は、脳のある領域が何らかの作業を行うと、血液がその領域に酸素を供給するために送られる（血中酸素レベル依存反応、またはBOLD反応として知られる）という事実を利用している。^[30] このような技術には、PETやfMRIなどがある。これらの技術は高い空間分解能を提供するため、研究者は脳内の活動場所を正確に特定することができる。^[2]一方、 時間分解能（または脳活動のタイミングに関する情報）は、BOLD反応が言語処理よりもはるかにゆっくりと起こるため、低い。^{[11] [31]} 脳のどの部分が特定の言語作業や計算に関与しているかを示すことに加えて、^{[20] [25]}血行動態法は、脳の言語アーキテクチャの構造と言語関連の活性化の分布が、言語への露出に応じて時間の経過とともにどのように変化するかを示すためにも使用されている。^{[22] [28]}

特定のタスクによって脳のどの領域が活性化されるかを示すPETとfMRIに加えて、研究者は拡散テンソル画像法（DTI）も使用しています。これは、異なる脳領域を接続する神経経路を示し、^[32]異なる領域がどのように相互作用するかについての洞察を提供します。機能的近赤外線分光法（fNIRS）は、言語タスクで使用される別の血行動態方法です。^[33]

電気生理学的手法は、脳内のニューロンのグループが同時に発火すると、電気双極子または電流が生成されるという事実を利用しています。EEGの手法では、頭皮に取り付けたセンサーを使用してこの電流を測定し、MEG ではこれらの電流によって生成される磁場を測定します。^[34]これらの非侵襲的方法に加えて、脳波記録法も言語処理の研究に使用されてきました。これらの手法では、1 ミリ秒から次のミリ秒までの脳活動を測定できるため、優れた時間分解能が得られ、言語の理解や生成のように迅速に行われるプロセスを研究する際に重要です。^[34] 一方、EEG では脳活動の場所を特定することが困難な場合があります。^{[31] [35]そのため、この手法は主に、言語処理が}どこで行われるかではなく、どのように行われるかを調べるために使用されます。 EEG と MEG を用いた研究は、一般的に事象関連電位(ERP) ^[31]に焦点を当てています。これは、特定の刺激に反応して誘発される明確な脳反応 (一般的に神経活動のグラフ上で負または正のピークとして表される) です。ERP を用いた研究では、各 ERP の潜時 (刺激から ERP が開始またはピークに達するまでの時間)、振幅(ピークの高さまたは低さ)、または地形(ERP 反応が頭皮のどこでセンサーによって検出されるか)に焦点を当てる場合があります。 ^[36]重要な一般的な ERP コンポーネントには、 N400 (潜時約 400 ミリ秒で発生する陰性電位) ^[31]ミスマッチ陰性電位^[37]早期左前部陰性電位(潜時が早い段階で発生する陰性電位と前頭左地形) [ ^38] P600 [ ^{14] [39]}および側方準備電位^[40]などがあります。

神経言語学者は、脳画像を使用して、言語が脳内でどのように表現され、処理されるかについて結論を導くために、さまざまな実験手法を採用しています。これらの手法には、減算パラダイム、ミスマッチ設計、違反に基づく研究、さまざまな形式のプライミング、脳の直接刺激などがあります。

多くの言語研究、特にfMRIでは、減算パラダイム^[41]が用いられ、言語処理の何らかの側面を伴うと考えられるタスクにおける脳の活性化を、同様の非言語的プロセスを伴うが言語的プロセスは伴わないと考えられるベースラインタスクにおける活性化と比較する。例えば、参加者が単語を読んでいる間の活性化を、参加者がランダムな文字列を読んでいる間のベースライン活性化と比較する（語彙処理、つまり実際の単語の処理に関連する活性化を分離する試み）。また、参加者が統語的に複雑な文を読んでいる間の活性化を、参加者が簡単な文を読んでいる間のベースライン活性化と比較する。

ミスマッチ陰性電位（MMN）は、神経言語実験で頻繁に使用される、厳密に文書化されたERPコンポーネントです。^{[37] [42]} これは、被験者が知覚的に同一の「標準」のセット（シーケンスssssssddssssssdsssss dのように）内の「逸脱した」刺激を聞いたときに脳内で発生する電気生理学的反応です。^{[43] [44]} MMNは、同じであると知覚される他の刺激のセット内のまれな「奇妙な」刺激に反応してのみ誘発されるため、話者がどのように音を知覚し、刺激をカテゴリ別に整理するかをテストするために使用されてきました。^{[45] [46]}例えば、コリン・フィリップスとその同僚による画期的な研究では、被験者に音響パラメータを持つ一連の音声を提示すると、音響の変動にもかかわらず、被験者はすべての音を/t/または/d/として知覚するという証拠としてミスマッチ陰性度が使用され、人間の脳には抽象的な音素の表象があることが示唆されました。言い換えれば、被験者は特定の音響特徴ではなく、抽象的な音素のみを「聞いていた」ということです。^{[43]さらに、ミスマッチ陰性度は、統語処理と}語源 の認識を研究するために使用されています。^{[37] [42] [47]}

神経言語学の多くの研究では、実験刺激における統語的または意味的規則の異常や違反を利用し、被験者がこれらの違反に遭遇したときに誘発される脳の反応を分析しています。たとえば、* the garden was on the studied のようなフレーズで始まる文は^[48]、英語の句構造規則に違反しており、早期左前部陰性電位（ELAN）と呼ばれる脳の反応を引き起こすことがよくあります。^[38]違反手法は、少なくとも1980年以来使用されており、^[38] KutasとHillyardが意味的違反がN400効果を誘発するというERPの証拠を初めて報告しました。 ^[49] 同様の方法を使用して、1992年にLee Osterhoutが統語的異常に対するP600反応を初めて報告しました。^[50]違反デザインは血行動態研究（fMRIおよびPET）にも使用されています。例えば、エンビックとその同僚は、fMRIを使用して脳内の統語処理の場所を調べるために文法違反とスペル違反を使用しました。^[20]違反デザインのもう1つの一般的な用途は、同じ文で2種類の違反を組み合わせて、異なる言語プロセスが互いにどのように相互作用するかを予測することです。このタイプの交差違反研究は、人々が文章を読んだり聞いたりするときに統語的プロセスと意味的プロセスがどのように相互作用するかを調べるために広く使用されています。 ^{[51] [52]}

心理言語学と神経言語学において、プライミングとは、被験者が最近、意味が似ている単語^[53]や形態学的構成（つまり、類似した部分で構成されている）が提示された場合、その単語をより速く認識できるという現象を指します。^{[54]被験者に}doctorなどの「プライム」単語を提示し、次にnurseなどの「ターゲット」単語を提示した場合、被験者がnurseに対して通常よりも速い反応時間を示した場合、実験者はdoctorという単語にアクセスしたときに、脳内のnurseという単語がすでにアクセスされていたと想定できます。^{[55]プライミングは、単語が脳内でどのように保存され、取り出されるか[54] [56]}や、構造的に複雑な文がどのように処理されるかなど、さまざまな疑問を調査するために使用されます。 ^[57]

経頭蓋磁気刺激法（TMS）は、脳活動を研究するための新しい非侵襲的^[58]技術であり、頭の外側から脳に適用される強力な磁場を使用する。^[59] これは、特定の制御された場所で脳活動を刺激または中断する方法であり、したがって失語症の症状を模倣することができると同時に、研究者が脳のどの部分を調べるかをより正確に制御することができる。^{[59]したがって、同様の種類の研究に使用できる}直接皮質刺激法 よりも侵襲性の低い代替手段であり、被験者の頭皮を除去する必要があるため、すでに大規模な脳手術を受けている個人（てんかんの手術を受けている個人など）にのみ使用される。^[60] TMSと直接皮質刺激の背後にある論理は、失語症学の背後にある論理に似ている。つまり、脳の特定の領域がノックアウトされたときに特定の言語機能が損なわれる場合、その領域は何らかの形でその言語機能に関係しているに違いない。現在までにTMSを使用した神経言語学的研究はほとんどない。^[2]直接皮質刺激と皮質記録（脳に直接電極を置いて脳の活動を記録する）は、マカクザルで人間の脳の行動を予測するために使用されてきました。^[61]

多くの神経言語学実験では、被験者は単に座って刺激を聞いたり見たりするだけでなく、刺激に反応して何らかのタスクを実行するように指示されます。^[62] 被験者は、通常、刺激に注意を払っていることを確認するために、記録（電気生理学的または血行動態的）が取られている間にこれらのタスクを実行します。^[63]少なくとも1つの研究では、被験者が行うタスクが脳の反応と実験の結果に影響を与えることが示唆されています。^[64]

語彙決定課題では、被験者は孤立した単語を見たり聞いたりして、それが実際の単語であるかどうかを答える。この課題はプライミング研究でよく使われる。なぜなら、被験者は単語が関連単語によってプライミングされている場合（「医者」が「看護師」をプライミングする場合など）に語彙決定をより迅速に行うことが知られているためである。^{[53] [54] [55]}

多くの研究、特に違反に基づく研究では、被験者に刺激の「受容性」（通常は文法的受容性または意味的受容性）について判断させる。 ^{[64] [65] [66] [67] [68]} このようなタスクは、「被験者が文章を注意深く読んでいること、そして[実験者]が期待する方法で許容できる文章と許容できない文章を[区別]していることを確認する」ためによく使用される。^[66]

実験的証拠によれば、受容性判断課題で被験者に与えられた指示は、刺激に対する被験者の脳の反応に影響を与える可能性がある。ある実験では、被験者が文章の「受容性」を判断するように指示されたとき、N400脳反応（意味処理によく関連する反応）は示されなかったが、文法的な受容性を無視し、文章が「意味を成す」かどうかだけを判断するように指示されたときには、その反応を示した。^[64]

いくつかの研究では、明白な受容性判断ではなく「プローブ検証」タスクを使用しています。このパラダイムでは、各実験文の後に「プローブ単語」が続き、被験者はプローブ単語が文に現れたかどうかを答える必要があります。^{[55] [66]} このタスクは、受容性判断タスクと同様に、被験者が注意深く読んだり聞いたりすることを保証しますが、受容性判断の追加処理要求の一部を回避する可能性があり、研究でどのようなタイプの違反が提示されているかに関係なく使用できます。^[55]

被験者は、文が文法的に妥当か論理的かを判断するのではなく、文で表現されている命題が真か偽かを判断するように指示されることがある。この課題は、児童言語の心理言語学的研究でよく用いられる。^{[69] [70]}

いくつかの実験では、被験者が実験刺激に意識的に注意を払っていないことを確認するために、被験者に「気をそらす」タスクを与える。これは、被験者が注意力を割いているかどうかに関係なく、脳内の特定の計算が自動的に実行されるかどうかをテストするために行われる。たとえば、ある研究では、被験者に片方の耳で非言語的なトーン（長いビープ音やブザー音）を聞かせ、もう一方の耳で音声を聞かせ、トーンの変化を感じたらボタンを押すように指示した。これにより、被験者は音声刺激の文法違反に明確な注意を払わなくなったとされている。被験者はいずれにしてもミスマッチ反応（MMN）を示し、文法エラーの処理は注意に関係なく自動的に行われていたこと、または少なくとも被験者が音声刺激から意識的に注意を離すことができなかったことを示唆している ^{[37] 。}

もう一つの関連する実験形式は二重課題実験であり、被験者は言語刺激に反応しながら追加の課題（例えば、連続した指タッピングや意味のない音節の発音など）を実行する必要がある。この種の実験は、言語処理におけるワーキングメモリの使用を調査するために使用されてきた。^[71]

• 神経記号学

• コリン・M・ブラウン、ピーター・ハゴート編（1999年）『言語の神経認知』ニューヨーク：オックスフォード大学出版局。
• カプラン、デイビッド（1987年）。神経言語学と言語失語症学入門。ケンブリッジ大学出版局。pp.498。ISBN 978-0-521-31195-3。
• イングラム、ジョン CL (2007)。神経言語学: 音声言語処理とその障害への入門。ケンブリッジ大学出版局。p. 420。ISBN 978-0-521-79190-8。
• ワイスラー、スティーブン、スラヴォルジュブ・P・ミレキッチ（1999年）。「脳と言語」。言語理論。MIT出版。344ページ。ISBN 978-0-262-73125-6。

• アルセン、エリザベス (2006)。神経言語学入門。ジョン・ベンジャミンズ出版社。p. 212。ISBN 978-90-272-3233-5。
• モロ、アンドレア（2008年）。『バベルの境界。脳と不可能言語の謎』MIT出版、257ページ。ISBN 978-0-262-13498-9. 2012年10月7日時点のオリジナルよりアーカイブ。2009年9月18日閲覧。
• ステマー、ブリジット、ハリー A. ウィテカー (1998)。神経言語学ハンドブック。アカデミック プレス。p. 788。ISBN 978-0-12-666055-5。

関連するジャーナルには、Journal of NeurolinguisticsやBrain and Language などがあります。どちらも購読アクセスジャーナルですが、一部の要約は一般に公開されている場合があります。

• 神経科学協会 (SfN)
• LSA の神経言語学リソース
• Talking Brains、神経言語学者のグレッグ・ヒコックとデイビッド・ポッペルによるブログ