Tecniche di neuroimmagine. Linguaggio e cervello II. PET e linguaggio. La PET mette in evidenza l area di Broca al testing sintattico

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1 Tecniche di neuroimmagine Linguaggio e cervello II. Ia PET (Tomografia a emissione di positroni) e la Risonanza Magnetica Funzionale determinano l afflusso sanguigno ad una determinata area del cervello: Quanto più un area lavora, tanto più consuma energia e ha bisogno di nutrimento. I potenziali evento-correlati (ERP) misurano la variazione di potenziale elettrico alla cute, che riflette approssimativamente l attività elettrica delle diverse aree del cervello. La PET e la risonanza magnetica hanno ottima risoluzione spaziale, ma modesta risoluzione temporale (la risposta emodinamica ha il picco alcuni secondi dopo l evento). I potenziali evento-correlati hanno una modesta risoluzione spaziale, ma un ottima risoluzione temporale. PET e linguaggio La PET mette in evidenza l area di Broca al testing sintattico Queste immagini si ottengono sottraendo il pattern di attivazione innescato da un compito non sintattico (p. es. Leggere liste di parole) dal pattern innescato da un compito sintattico (per es., leggere frasi) Moro, Tettamanti, Perani, Donati, Fazio (2001) Syntax and the Brain: Disentangling Grammar by Selective Anomalies, NeuroImage 13. Moro et al. (2001), Moro (2006) I confini di Babele, Longanesi: per identificare i circuiti cerebrali attivati dalla pura sintassi, indipendentemente dal contenuto lessicale, ha usato strutture grammaticali e agrammaticali con non-parole: Moro et al.(2001). (4) Il gulco gianigiava le brale (5) * Gulco il gianigiava le brale (6) * Il gulco ha gianigiata le brale

2 Risonanza magnetica funzionale La lettura alla risonanza magnetica funzionale Parti in rosso: attivazioni legate al ricordo di informazione presentata uditivamente. Parti in verde: attivazioni legate al ricordo di informazione presentata visivamente. Parti in giallo: attivazioni comuni ai due tipi di ricordi. A syntactic specialization for Broca s area David Embick*, Alec Marantz*, Yasushi Miyashita*, Wayne O Neil*, and Kuniyoshi L. Sakai i Questi autori hanno comparato i patterns di attivazione osservabili con la risonanza magnetica funzionale risultanti da errori sintattici e di spelling: (1) Bill wrote paper a about the discussion of the treaty. (2) Bill wrote a papger about the discussion of the treaty. Le aree di Broca e di Wernicke sono attivate dall errore sintattico, ma non dall errore di spelling. Grammatica universale e grammatiche particolari Grammatica universale: il sistema che definisce gli universali linguistici, le proprietà comuni a tutte le lingue e i meccanismi (elementi, regole) che le lingue umane possono usare. Grammatica particolare: la grammatica di una singola lingua, una particolare realizzazione concreta delle possibilità espresse dalla grammatica universale, un insieme di scelte tra le opzioni offerte dalla grammatica universale. RMf: Regole sintattiche possibili e impossibili Tettamanti, M., Alkadhi, H, Moro, A., Perani, D., Kollias, S., and Weniger, D. (2002) Neural Correlates for the Acquisition of Natural Language Syntax, NeuroImage, 17, Musso, M., Moro, A., Glauche, V., Rijntjes, M., Reichenbach, J., Buechel, C. Weiller, C. Broca s area and the language instinct,, Nature Neuroscience, vol. 6, June 2003, p Moro, A. (2008) The Boundaries of Babel, MIT Press, Cambridge. Si insegna a un gruppo di parlanti monolingui del tedesco, in alcune sedute di apprendimento, una lingua artificiale (con vocabolario reale, italiano o giapponese), comprendente: - alcune regole possibili, e - alcune regole impossibili.

3 - Soggetto nullo: Alcune regole possibili (1)a Il libro di Gianni è interessante b è interessante (Italiano, Spagnolo, ) - Stesso / diverso ordine nelle principali e nelle subordinate: (2)a Piero ama Maria b Gianni dice che Piero ama Maria (Italiano, Inglese, ) (3)a Piero ama Maria b Gianni dice che Piero Maria ama (Tedesco, Olandese, ) e impossibili - La negazione è sempre la quarta parola: (1)a Quel bel libro NON è stato pubblicato b Quel libro è NON stato pubblicato c E stato pubblicato NON (nessuna lingua) - La domanda sì/no è l immagine speculare della dichiarativa (2) Dich: Lo studente legge il libro Int: Libro il legge studente lo (nessuna lingua) NB: queste regole violano la dipendenza dalla struttura. Risultati Tettamanti, M., Alkadhi, H, Moro, A., Perani, D., Kollias, S., and Weniger, D. (2002) Neural Correlates for the Acquisition of Natural Language Syntax, NeuroImage, 17, Musso, M., Moro, A., Glauche, V., Rijntjes, M., Reichenbach, J., Buechel, C. Weiller, C. Broca s area and the language instinct,, Nature Neuroscience, vol. 6, June 2003, p Moro, A. (2008) The Boundaries of Babel, MIT Press, Cambridge. Via via che l apprendimento della grammatica artificiale migliora, l area di Broca mostra alla RMf un aumento dell attivazione nel trattamento di frasi che implicano regole possibili, e una diminuzione dell attivazione nel trattamento di frasi che implicano regole impossibili. RMf: Conclusione di Moro et al. Per l apprendimento di regole sintattiche possibili, effettivamente attestate nelle lingue umane, usiamo i circuiti neurali dedicati al linguaggio, prima di tutto l area di Broca. Per l apprendimento di regole sintattiche impossibili, non attestate in alcuna lingua umana, usiamo altri circuiti cerebrali, non dedicati al linguaggio. Potenziali evento-correlati (ERP) Mediante l elettroencefalografia si può misurare la variazione del potenziale elettrico alla cute quando il soggetto sperimentale riceve stimoli (uditivi, visivi, ecc.) Si può così seguire nel tracciato la risposta elettrica del cervello agli eventi esterni (potenziali evento-correlati).

4 ERP ERP Disposizione degli elettrodi Violazioni sintattiche: LAN (Left Anterior Negativity) Violazioni sintattiche (es. di accordo soggetto-verbo): (1) Gli amici hanno telefonato alle cinque (blu) (2) * Gli amici ha telefonato alle cinque (rosso) Danno luogo ad una negatività massimale negli elettrodi anteriori a sinistra nella finestra ms. Violazioni semantiche: N400 Violazioni sintattiche: (1) Ho messo i nuovi libri nella biblioteca (blu) (2) Ho mangiato i nuovi libri nella biblioteca (rossa) La parola semanticamente inattesa dà luogo ad una negatività con picco 400msec dopo l evento, massimale negli elettrodi centro parietali. (1) Gli amici hanno telefonato alle cinque (blu) (2) * Gli amici ha telefonato alle cinque (rossa) Una violazione morfosintattica, per es. dell accordo soggetto verbo, elicita (dopo la LAN) una positività con picco a 600msec dopo l evento, massimale negli elettrodi centro-parietali. Probabilmente la è la firma di un processo di riparazione della violazione.

5 ERP e tipi di accordo De Vincenzi et al. (2005): comparazione dell effetto ERP di violazioni di accordo soggetto-verbo e avverbio-verbo: De Vincenzi et al. (2005) a) Subject-Verb Number Agreement LAN late negativity (1)* Ieri gli amici leggeva il libro (2)* Gli amici ieri leggeranno il libro 360 ms 820 ms b) Adverb-Verb Temporal Concord early negativity 2-3 s late negativity La violazione dell accordo soggetto verbo è una violazione di tipo morfosintattico, e in effetti (1) dà luogo a un tracciato tipo LAN. La violazione avverbio verbo è piuttosto una incongruenza semantica, e in effetti (2) dà luogo ad un tracciato tipo N ms 810 ms c) Aux-V Dependency early negativity 380 ms 820 ms 2-3 s +1.5µ V µ V N and V with ERP Sketch of possible cortical representations of nouns eliciting visual associations and verbs leading to association of body movements. Pulvermüller F et al. Cereb. Cortex 1999;9: Oxford University Press Complementarità delle tecniche Le tecniche basate sulla risposta emodinamica (PET, risonanza magnetica) hanno un ottima risoluzione spaziale e una modesta risoluzione temporale (perché la risposta emodinamica è lenta). Le tecniche basate sulla risposta elettrica hanno una modesta risoluzione spaziale (perché ciò che è misurabile è la variazione di potenziale alla cute, non nei generatori profondi), ma un ottima risoluzione temporale (si può seguire l attività elettrica cerebrale millisecondo per millisecondo) Ricadute della ricerca su linguaggio e cervello La ricerca fondamentale sui circuiti neurali messi in gioco dal linguaggio e più in generale la ricerca neurolinguistica ha importanti ricadute applicative per: Una migliore mappatura dei circuiti neurali, essenziale per la neurochirurgia; Una diagnostica più efficace, mediante una tipologia più fine e informata dalla linguistica delle varie patologie; Una riabilitazione più efficace, che insista sugli aspetti più vulnerabili nelle diverse forme di patologia.