Cortical processing of semantic and phonological aspects of spoken words

Abstract

Työn tarkoitus oli selvittää kuullun sanan käsittelyn vaiheita ihmisen aivokuorella. Tavoitteena oli määrittää magnetoenkefalografia (MEG) - menetelmällä aivokuoren alueet ja aikaikkunat joissa kuullun sanan merkitystä ja äänneasua käsitellään. Tämä diplomityö sisältää aikaisemmin Kylmälaboratoriossa mitatun MEG-kokeen lähdeanalyysin.

Aikaisemmissa tutkimuksissa on huomattu, että lauseet, jotka päättyvät merkitykseltään asiayhteyteen sopimattomaan sanaan, saavat aikaan aivokuorella selvän vasteen 300 - 600 millisekuntia viimeisen sanan alkamisen jälkeen. Tämä N400:ksi kutsuttu vaste on huomattavasti heikompi, jos lause päättyy odotettuun sanaan. Ilmiö on havaittu myös sanapareilla. N400-vasteen on tulkittu heijastavan sanan merkityksen käsittelyä, koska sen suuruus riippuu sanan sopivuudesta asiayhteyteen. Kuitenkin myös sanan äänneasun on havaittu vaikuttavan N400-vasteeseen. Näin ollen on mahdollista, että merkitystä ja äänneasua käsitellään samanaikaisesti samalla aivokuoren alueella.

Tässä kokeessa käytimme ärsykkeinä sanalistoja aikaisemmin käytettyjen lause- ja sanapariärsykkeiden sijasta. Sanalistojen avulla voimme yhtä aikaa rakentaa voimakkaan odotuksen listan viimeisestä sanasta ja toisaalta tutkia merkityksen ja äänneasun vaikutusta erikseen. Sanat olivat suomen kielen substantiiveja. Kunkin listan kolme ensimmäistä sanaa joko liittyivät toisiinsa merkitykseltään tai alkoivat samoilla äänteillä. Listan viimeinen sana joko täydensi listaa tai poikkesi edellisistä sanoista sekä merkitykseltään että äänneasultaan, jolloin muodostui neljäntyyppisiä listoja.

Kymmenen koehenkilön vasteet sanalistoihin mitattiin koko pään kattavalla VectorviewTM MEG-laitteistolla. Aktiivisia aivoalueita mallinnettiin virtadipoleilla.

Kaikilla kymmenellä koehenkilöllä havaittiin lähde kuuloaivokuoren välittömässä läheisyydessä molemmissa aivopuoliskoissa. Nämä lähteet selittivät suurimman osan mitatusta signaalista. Lähteiden sijainti, virran suunta ja aikakehitys viittaavat siihen, että lähteet vastaavat aikaisemmissa MEG-mittauksissa havaittuja N400-lähteitä. N400-vasteen voimakkuus riippui sanalistan tyypistä, ja vaste oli erilainen oikeassa ja vasemmassa aivopuoliskossa. Vasemmassa aivopuoliskossa merkitykseltään (mutta eivät äänneasultaan) samanlaiset sanat vaimensivat N400-vastetta 250 ja 1000 millisekunnin välillä, ja vaste oli huomattavasti voimakkaampi merkitykseltään poikkeaviin sanoihin kuin merkitykseltään odotettuihin. Oikeassa aivopuoliskossa sekä merkitykseltään että äänneasultaan samanlaiset sanat vaimensivat N400-vastetta 450 ja 1000 millisekunnin välillä, ja vaste oli huomattavasti voimakkaampi sekä merkitykseltään että äänneasultaan poikkeaviin sanoihin kuin odotettuihin sanoihin.

Vasemmassa aivopuoliskossa vaste listan ensimmäiseen sanaan poikkesi seuraavien sanojen herättämästä vasteesta. Havaitsimme ensimmäiseen sanaan erillisen vasteen noin 200 millisekuntia sanan alun jälkeen N400-lähteen etu- ja takapuolella (seitsemällä kymmenestä koehenkilöstä). Lisäksi N400-vaste ensimmäiseen sanaan alkoi noin 50 millisekuntia myöhemmin kuin seuraaviin sanoihin.

Yhteenvetona N400-vaste oli molemminpuolinen, mutta tulokset viittaavat työnjakoon aivopuoliskojen välillä. Vasemmassa aivopuoliskossa N400-vasteen myöhäisempi alku viittaa siihen, että sanan käsittely aikaistui kun koehenkilö tiesi odottaa uutta sanaa. Sekä kolmen ensimmäisen toisiinsa liittyvän sanan että viimeisen yllättävän sanan herättämien vasteiden perusteella vasen aivopuolisko näyttää käsittelevän erityisesti sanan merkitystä 250 millisekunnista alkaen ja oikea aivopuolisko sekä sanan merkitystä että äänneasua 450 millisekunnista alkaen.