Die Verarbeitung von PSGn und FSGn: Friederici (2004) &

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1 Die Verarbeitung von PSGn und FSGn: Friederici (2004) & Friederici et al. (2006) Institut für Linguistik, SoSe 2008 HS Rekursion 24. Juli 2008

2 Frage Spiegeln sich Unterschiede zwischen PSGn und FSGn in verschiedenen neuronalen Systemen im menschlichen Gehirn wider?

3 Überblick Hintergrund 1 Hintergrund 2 Wo wird was verarbeitet? Weitere Evidenz 3

4 Tamarinächen Hintergrund

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6 Studie von Fitch und Hauser : Test mit Tamarinaen, denen Sequenzen der Silben pa, li, mo präsentiert wurden.

7 Studie von Fitch und Hauser : Test mit Tamarinaen, denen Sequenzen der Silben pa, li, mo präsentiert wurden. Einteilung der Silben in zwei Gruppen A und B

8 Studie von Fitch und Hauser : Test mit Tamarinaen, denen Sequenzen der Silben pa, li, mo präsentiert wurden. Einteilung der Silben in zwei Gruppen A und B Testphase mit grammatischen und ungrammatischen Sequenzen

9 Studie von Fitch und Hauser : Test mit Tamarinaen, denen Sequenzen der Silben pa, li, mo präsentiert wurden. Einteilung der Silben in zwei Gruppen A und B Testphase mit grammatischen und ungrammatischen Sequenzen Ergebnis: klare Unterscheidung zwischen gramm. und ungramm. Sequenzen in der FSG, aber nicht in der PSG

10 Studie von Fitch und Hauser : Test mit Tamarinaen, denen Sequenzen der Silben pa, li, mo präsentiert wurden. Einteilung der Silben in zwei Gruppen A und B Testphase mit grammatischen und ungrammatischen Sequenzen Ergebnis: klare Unterscheidung zwischen gramm. und ungramm. Sequenzen in der FSG, aber nicht in der PSG Menschen konnten in beiden Fällen die richtigen Entscheidungen treen

11 Schlussfolgerung Parameter der Rekursion, der zentral für PSGn ist, charakterisiert die menschliche Sprachfähigkeit. Wenn das biologisch verankert ist, sollte die Verarbeitung der beiden Grammatiktypen sich neuronal unterscheiden.

12 Hypothese Hintergrund Hintergrund: Gehirnareale lassen sich nach ihrem Entstehungsalter unterscheiden (nach vorkommenden Schichten des Cortex; nach der Verteilung von Neurotransmittern; nach Verbindungen mit anderen Arealen).

13 Hypothese Hintergrund Hintergrund: Gehirnareale lassen sich nach ihrem Entstehungsalter unterscheiden (nach vorkommenden Schichten des Cortex; nach der Verteilung von Neurotransmittern; nach Verbindungen mit anderen Arealen). Vorhersage: Der Mensch verarbeitet die beiden Grammatiken in verschiedenen Arealen, die zwar adjazent sind, aber ein unterschiedliches phylogenetisches Alter haben.

14 Wo wird was verarbeitet? Weitere Evidenz 1 Hintergrund 2 Wo wird was verarbeitet? Weitere Evidenz 3

15 Hintergrund Wo wird was verarbeitet? Weitere Evidenz Verarbeitung von Syntax im inferioren Frontallappen

16 Wo wird was verarbeitet? Weitere Evidenz Nichtlokale Abhängigkeiten (z.b. Bewegung) werden einstimmig dem BrocaAreal zugeordnet.

17 Wo wird was verarbeitet? Weitere Evidenz BrocaAreal ist jedoch nicht in die Verarbeitung lokaler Verletzungen der Phrasenstruktur (Subkategorisierungsverletzungen, Wortstellungsfehler, Kongruenzverletzungen) involviert.

18 Wo wird was verarbeitet? Weitere Evidenz BrocaAreal ist jedoch nicht in die Verarbeitung lokaler Verletzungen der Phrasenstruktur (Subkategorisierungsverletzungen, Wortstellungsfehler, Kongruenzverletzungen) involviert. lokale Struktur (bei Sprachverarbeitung) wird im posterioren frontalen Operculum (FOP) aufgebaut

19 Wo wird was verarbeitet? Weitere Evidenz

20 Wo wird was verarbeitet? Weitere Evidenz Verarbeitung nichtlokaler Strukturen im BrocaAreal: Englisch, Deutsch, Hebräisch, Japanisch Lokale Abhängigkeiten in FOP: Deutsch, Englisch

21 Wo wird was verarbeitet? Weitere Evidenz

22 Wo wird was verarbeitet? Weitere Evidenz Sanides 1962: Das posteriore frontale Operculum ist sehr wahrscheinlich älter als der inferiore Bereich.

23 Wo wird was verarbeitet? Weitere Evidenz Regelbasiertes Lernen künstlicher und natürlicher Sprachen Aktivierung im BrocaAreal beim Lernen sprachähnlicher Regeln in beiden Fällen Lernen von künstlichen FSGn aktivierte nicht das BrocaAreal (Brodmann 44/45), sondern die BrodmannAreale 38/47, die wahrscheinlich ältere kortikale Strukturen sind.

24 BrodmannAreale Wo wird was verarbeitet? Weitere Evidenz

25 Elektrophysiologische Daten Wo wird was verarbeitet? Weitere Evidenz Verletzungen in einer FSG rufen eine P300 hervor und eine LAN (für lokale Strukturverletzungen) frontale Negativität für lange Abhängigkeiten Künstliche Grammatik mit Phrasenstruktur, die natürlicher Grammatik sehr ähnlich ist, aber keine Rekursion hat: Verletzungen riefen eine P600 und eine LAN hervor Struktur der Grammatik bestimmt die verschiedenen Eekte, nicht die Künstlichkeit der Sprache

26 Wo wird was verarbeitet? Weitere Evidenz LAN & Co. Penke et al (1997) LAN: zeigt Regelverletzungen im morphosynt. Strukturaufbau an, erhöhte Belastung des Arbeitsgedächtnisses P600: zeigt Regelverletzungen im morphosynt. Strukturaufbau an, Überraschungseekte N400: tiefe Verarbeitung, keine automatischen Aktivierungsprozesse, Integration in den semantischen Kontext

27 Wo wird was verarbeitet? Weitere Evidenz Konklusion Nichtlokale Abhängigkeiten (Merkmal von PSGn) werden in anderen Arealen verarbeitet als lokale (Merkmal von FSGn). Lokale Prozesse sind in älteren Hirnstrukturen als nichtlokale lokalisiert. Fähigkeit zur Verarbeitung nichtlokaler Abhängigkeiten und Rekursion ist deshalb ausschlieÿlich beim Menschen vorhanden.

28 1 Hintergrund 2 Wo wird was verarbeitet? Weitere Evidenz 3

29 Problem: Ergebnisse stammen bisher aus Vergleichen zwischen verschiedenen Studien mit unterschiedlichen experimentellen Paradigmen, unterschiedlichen Sprachen.

30 Experiment Hintergrund MRI Experiment (Magnetic Resonance Imaging)

31 Experiment Hintergrund MRI Experiment (Magnetic Resonance Imaging) PSG und FSG kreiert, die die Generierung von bedeutungslosen KonsonantVokalSequenzen erlauben

32 Experiment Hintergrund MRI Experiment (Magnetic Resonance Imaging) PSG und FSG kreiert, die die Generierung von bedeutungslosen KonsonantVokalSequenzen erlauben Einteilung der Silben in Gruppe A und B: A = Silben mit Vokal i oder e; B = Silben mit Vokal o oder u

33 Experiment Hintergrund MRI Experiment (Magnetic Resonance Imaging) PSG und FSG kreiert, die die Generierung von bedeutungslosen KonsonantVokalSequenzen erlauben Einteilung der Silben in Gruppe A und B: A = Silben mit Vokal i oder e; B = Silben mit Vokal o oder u FSG: (AB) n, determiniert durch die lokale Auftrittswahrscheinlichkeit des Folgeelements

34 Experiment Hintergrund MRI Experiment (Magnetic Resonance Imaging) PSG und FSG kreiert, die die Generierung von bedeutungslosen KonsonantVokalSequenzen erlauben Einteilung der Silben in Gruppe A und B: A = Silben mit Vokal i oder e; B = Silben mit Vokal o oder u FSG: (AB) n, determiniert durch die lokale Auftrittswahrscheinlichkeit des Folgeelements PSG: A n B n, charakterisiert durch rekursive Regeln

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36 40 Versuchspersonen in 2 Gruppen (19 männlich, 21 weiblich, Durchschnittsalter; 26 Jahre, Muttersprache: Deutsch) visuelle Präsentation der Silbensequenzen

37 40 Versuchspersonen in 2 Gruppen (19 männlich, 21 weiblich, Durchschnittsalter; 26 Jahre, Muttersprache: Deutsch) visuelle Präsentation der Silbensequenzen Lernphase von 23 Minuten, Testphase mit neuen korekten und inkorrekten Sequenzen; Beurteilung der Grammatikalität (per Knopfdruck)

38 40 Versuchspersonen in 2 Gruppen (19 männlich, 21 weiblich, Durchschnittsalter; 26 Jahre, Muttersprache: Deutsch) visuelle Präsentation der Silbensequenzen Lernphase von 23 Minuten, Testphase mit neuen korekten und inkorrekten Sequenzen; Beurteilung der Grammatikalität (per Knopfdruck) connectivity proles für das BrocaAreal und FOP wurden bei einer Teilgruppe der Versuchspersonen erstellt, um festzustellen, ob die funktionelle Unterscheidung der beiden Areale mit einem unterschiedlichen connectivity prole einhergeht

39 fmri Hintergrund

40 Verarbeitung = Überprüfung, ob das neu hinzukommende Element in die erwartete Struktur passt In FSG geht das lokal, in PSG muss dazu eine hierarchische Struktur aufgebaut werden.

41 Verarbeitung = Überprüfung, ob das neu hinzukommende Element in die erwartete Struktur passt In FSG geht das lokal, in PSG muss dazu eine hierarchische Struktur aufgebaut werden. Erwartung: Verarbeitung von FSG zeigt Aktivierung in FOP; PSG zeigt Aktivierung im BrocaAreal und FOP (FOP zeigt Evaluierung eines neuen Elements gegenüber der Erwartung)

42 Resultate Lernen der PSG war schwieriger als Lernen der FSG (Fehlerrate: 27.0% : 12.1%) FSG ein wenig einfacher zu verarbeiten als PSG (Fehlerrate: 6.5% : 15.5%) Verletzungen in beiden Grammatiken riefen Aktivierung in FOP hervor nur Verletzungen der PSG riefen auch Aktivierung im BrocaAreal hervor

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44 Personen mit FSG oder PSG, die Aktivierung in FOP zeigten: Verbindung des FOP mit dem anterioren Temporallappen Personen mit PSG, die Aktivierung im BrocaAreal zeigten: Verbindung mit posteriorem und mittlerem Teil der oberen Temporalregion

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46 Folgerung Die Aktivierung der beiden Areale ist abhängig vom Input, also dem Typ der Grammatik.

47 Diskussion Hintergrund Länge wird getestet, um Rolle des Arbeitsgedächtnisses zu untersuchen: eine Interaktion von Länge und Grammatiktyp würde den Einuss des Arbeitsgedächtnisses implizieren. Ergebnis: keine Eekte

48 Diskussion Hintergrund Länge wird getestet, um Rolle des Arbeitsgedächtnisses zu untersuchen: eine Interaktion von Länge und Grammatiktyp würde den Einuss des Arbeitsgedächtnisses implizieren. Ergebnis: keine Eekte Sind die Eekte in den Arealen sprachspezisch? Nein, Aktivierung des BrocaAreals auch bei Verarbeitung der Syntax von Musik und des FOP bei anderen Arten von Strukturverletzungen.

49 Was lernen wir daraus?? Ist die Fähigkeit zur Verarbeitung komplexer hierarchischer Strukturen mit Rekursion genetisch verankert oder erworben? War diese Fähigkeit das Ziel von Selektion? Haben Stare ein BrocaAreal?

50 Hintergrund Fitch, W. T. & M. D. Hauser (2004): 'Computational constraints on syntactic processing in a nonhuman primate'. In: Science 303, pp Friederici, Angela D. (2004): 'Processing local transitions versus longdistance syntactic hierarchies'. In: Trends in Cognitive Sciences Vol. 8, No.6, pp Friederici, Angela D., Jörg Bahlmann, Stefan Heim, Ricarda I. Schubotz & Alfred Anwander (2006): 'The brain dierentiates human and nonhuman grammars: Functional localization and structural connectivity'. In: PNAS Vol. 103, No.7, pp Penke, M., H. Weyerts, M. Gross, E. Zander, T. F. Münte & H. Clahsen (1997): 'How the brain processes complex words: an event-related potential study of German verb inections'. Cognitive Brain Research, No. 6, pp