神経言語学

神経言語学の多くの研究は、ブローカとウェルニッケの初期の研究と同様に、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。研究課題には、言語情報が処理される際に脳内をどのような経路で進むか、 ^{[ 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どのように相互作用するか、^{[ 21 ]}被験者が母語以外の言語を産出または知覚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含まれます。^{[ 22 ] [ 23 ] [ 24 ]}研究によると、言語処理には複数の脳領域間の相互作用が関わっています。さまざまな集団を対象とした神経画像研究の結果は、言語処理の方法に寄与する複雑な神経系を示しています。^{[ 25 ]}

神経言語学の文献のもう 1 つの分野は、電気生理学的技術を使用して言語の迅速な時間的処理を分析することです。^{[ 2 ]}脳活動の 特定のパターンの時間的順序は、言語処理中に脳が行う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、文解析の神経言語学的理論の 1 つは、3 つの脳反応 ( ELAN、N400、およびP600 ) が構文および意味処理の 3 つの異なるステップの産物であると提案しています。^{[ 26 ]}

もう一つのトピックは、脳構造と言語習得の関係です。^{[ 27 ]}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、神経言語学の研究の中には、言語発達の段階と脳発達の段階との相関関係を見つけようとするものもあります。^{[ 28 ]}一方、他の研究では、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）を調査しています。 ^{[ 29 ]} 第二言語習得と言語学習経験の両方が誘発されると神経可塑性が観察され、この言語曝露の結果、灰白質と白質の増加が子供、若年成人、高齢者に見られる可能性があると結論付けられています。^{[ 30 ]}研究はさらに、初期の言語発達における遺伝的要因と神経回路の役割を説明しています。前頭側頭ネットワークなどの主要な言語関連経路の違いを含む神経発達に関連する遺伝子の変異は、言語習得結果の個人差に寄与しています。^{[ 31 ]}

神経言語学的手法は、失語症や失読症などの言語障害や言語機能不全、およびそれらが脳の物理的特性とどのように関連しているかを研究するためにも使用されます。^{[ 23 ] [ 28 ]}

多くの言語研究、特にfMRIでは、減算パラダイム^{[ 46 ]}が用いられています。これは、言語処理の何らかの側面に関与すると考えられる課題における脳活動を、言語処理には関与しないものの同様の非言語的プロセスに関与すると考えられるベースライン課題における活動と比較するものです。例えば、参加者が単語を読んでいるときの活動を、参加者がランダムな文字の列を読んでいるときのベースライン活動と比較したり（語彙処理、つまり実際の単語の処理に関連する活動を分離するため）、参加者が構文的に複雑な文を読んでいるときの活動を、参加者がより単純な文を読んでいるときのベースライン活動と比較したりします。

ミスマッチ陰性電位（MMN）は、神経言語学的実験で頻繁に使用される、厳密に文書化されたERP成分です。^{[ 39 ] [ 47 ]}これは、被験者が知覚的に同一の「標準」のセット（ sssssssddssssssdsssss d の シーケンスなど）の中で「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。^{[ 48 ] [ 49 ]} MMNは、同じと知覚される他の刺激のセットの中でまれな「異質な」刺激にのみ反応して誘発されるため、話者が音をどのように知覚し、刺激をカテゴリー的に整理するかをテストするために使用されてきました。^{[ 50 ] [ 51 ]}例えば、コリン・フィリップスらによる画期的な研究では、ミスマッチ陰性電位を用いて、被験者が音響パラメータを持つ一連の音声を提示された際に、音響的変動性にもかかわらず、すべての音を /t/ または /d/ のいずれかとして知覚したことを証拠として示し、人間の脳には抽象的な音素の表象があることを示唆した。言い換えれば、被験者は特定の音響的特徴ではなく、抽象的な音素のみを「聞いていた」のである。^{[ 48 ]} さらに、ミスマッチ陰性電位は、統語処理や単語カテゴリーの認識の研究にも用いられてきた。^{[ 39 ] [ 47 ] [ 52 ]}

神経言語学の多くの研究では、実験刺激における構文規則や意味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引き起こされる脳反応を分析します。たとえば、英語の句構造規則に違反する「* the garden was on the worked」^{[ 53 ]}のような句で始まる文は、しばしば早期左前頭部陰性電位(ELAN)と呼ばれる脳反応を引き起こします。 ^{[ 40 ]}違反技術は、少なくとも 1980 年以来使用されており、^{[ 40 ]} Kutas と Hillyard が意味違反が N400 効果を引き起こすというERP証拠を初めて報告しました。^{[ 54 ]} 同様の方法を使用して、1992 年に Lee Osterhout が構文異常に対するP600反応を初めて報告しました。^{[ 55 ]}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。たとえば、Embick らは、fMRI を使用して脳内の統語処理の場所を調査するために、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 つの一般的な使用法は、同じ文で 2 種類の違反を組み合わせて、異なる言語処理が互いにどのように相互作用するかについての予測を行うことです。この種の交差違反研究は、人々が文を読んだり聞いたりするときに統語処理と意味処理がどのように相互作用するかを調査するために広く使用されています。^{[ 56 ] [ 57 ]}

心理言語学および神経言語学において、プライミングとは、意味^{[ 58 ]}または形態的構成（つまり、類似した部分で構成されている）[59]が類似した単語を最近提示された場合、被験者が単語をより速く認識できる現象を指します。^{被験者にdoctor}のような「プライム」単語が提示され、次にnurseのような「ターゲット」単語が提示された場合、被験者のnurseに対する反応時間が通常より速ければ、実験者はdoctorという単語がアクセスされた時点で、脳内のnurseという単語がすでにアクセスされていたと推測できます。^{[ 60 ]プライミングは、単語が脳内でどのように保存および検索されるか[ 59 ] [ 61 ]}、および構造的に複雑な文がどのように処理されるか^{[ 62 ]}に関する幅広い疑問を調査するために使用されます。

経頭蓋磁気刺激（TMS）^は、脳活動を研究するための新しい非侵襲的技術であり、頭の外側から脳に強力な磁場を印加します。^{[ 63 ] [ 64 ]} 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、失語症の症状を模倣できると同時に、研究者が脳のどの部分を調べるかをより正確に制御できます。^{[ 64 ]} そのため、同様のタイプの研究に使用できる直接皮質刺激よりも侵襲性の低い代替手段です。直接皮質刺激は被験者の頭皮を切除する必要があり、そのため、すでに主要な脳手術を受けている人（てんかんの手術を受けている人など）にのみ使用されます。^{[ 65 ]} 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と似ています。特定の脳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与しているはずです。これまでの神経言語学的研究でTMSを使用したものはほとんどない。^{[ 2 ]}直接皮質刺激と皮質記録（脳に直接配置した電極を使用して脳活動を記録する）は、ヒトの脳の挙動を予測するためにマカクザルで使用されてきた。 ^{[ 66 ]}

語彙判断課題では、被験者は単独の単語を見たり聞いたりして、それが実際の単語かどうかを答えます。これはプライミング研究でよく使用されます。なぜなら、被験者は関連語によってプライミングされた単語（例えば「doctor」が「nurse」をプライミングする場合）の場合、語彙判断をより迅速に行うことが知られているからです。^{[ 58 ] [ 59 ] [ 60 ]}

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。 ^{[ 69 ] [ 70 ] [ 71 ] [ 72 ] [ 73 ]} このような課題は、「被験者が文を注意深く読んでおり、実験者が期待する方法で許容できる文と許容できない文を区別していることを確認する」ためによく用いられる。^{[ 71 ]}

実験的証拠は、受容性判断課題において被験者に与えられた指示が、刺激に対する被験者の脳反応に影響を与える可能性があることを示している。ある実験では、被験者に文の「受容性」を判断するように指示した場合、 N400脳反応（意味処理と一般的に関連付けられる反応）は示されなかったが、文法的な受容性を無視して文が「意味を成す」かどうかだけを判断するように指示した場合、その反応を示したことが示された。^{[ 69 ]}

一部の研究では、明示的な受容性判断ではなく「プローブ検証」タスクを使用します。このパラダイムでは、各実験文の後に「プローブ語」が続き、被験者はプローブ語が文中に現れたかどうかを答える必要があります。^{[ 60 ] [ 71 ]} 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、受容性判断の追加的な処理要求の一部を回避できる可能性があり、研究で提示される違反の種類に関係なく使用できます。^{[ 60 ]}

被験者には、文が文法的に正しいか論理的かではなく、文によって表現される命題が真か偽かを判断するように指示される場合がある。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。^{[ 74 ] [ 75 ]}

実験によっては、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、「注意をそらす」タスクを被験者に与えることがあります。これは、被験者が注意資源を割いているかどうかに関わらず、脳内の特定の計算が自動的に行われているかどうかをテストするために行われることがあります。たとえば、ある研究では、被験者に片方の耳で非言語的な音（長いビープ音やブザー音）を、もう一方の耳で音声を聞かせ、音の変化を知覚したときにボタンを押すように指示しました。これにより、被験者は音声刺激の文法違反に明示的に注意を払わなくなったと考えられます。それでも被験者はミスマッチ反応（MMN）を示し、注意に関係なく文法エラーの処理が自動的に行われていることを示唆しています^{[ 39 ]} -または少なくとも、被験者は音声刺激から意識的に注意を分離することができなかったことを示唆しています。

関連する実験形式として、二重課題実験がある。この実験では、被験者は言語刺激に反応しながら、追加の課題（連続的な指タッピングや無意味な音節の発音など）を実行しなければならない。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。^{[ 76 ]}