Kielijärjestelmä Kieli merkitys ja logiikka 3: Kielen biologinen perusta Marc Hauser, Noam Chomsky ja Tecumseh Fitch (2002): The Faculty of Language: What Is It, Who Has It, and How Did It Evolve? Science 298, 1569-1579 Kielijärjestelmän kolme komponenttia: Sensoris-motoriset järjestelmät Kielen havaitseminen ja tuottaminen: motorinen ulkoasu, äänteet tai viittomat Käsitteellis-intentionaaliset järjestelmät Merkitys ja tulkinta: ajatukset, käsitteet, mielikuvat kielen ilmaisujen takana, ongelmanratkaisu,.. Kombinatorinen luovuus Kyky tuottaa uusia ilmaisuja annetuista elementeistä. Sanasto Kielijärjestelmä Kielen edellytykset Kombinatorinen luovuus Kyky tuottaa uusia ilmaisuja annetuista elementeistä Kielen produktiivisuus CHF: jokainen näistä kielen komponenteista tarvitaan Kielijärjestelmän komponentteja voi tarkastella erikseen: ne ovat ehkä kehittyneet ihmislajin historiassa eri tavoin. Kielijärjestelmän eri komponentteja eri muodoissaan tavataan myös muilla eläinlajeilla Saara Huhmarniemi 1
Käsitteellis-intentionaaliset järj. Sensoris-motoriset järjestelmät Monet eläimet osaava käsitteellistää maailmaa, ratkaista ongelmia ja tehdä päätelmiä. Puheen akustinen perusmateriaali muodostetaan kurkunpäässä kurkunpää on evolutiivisesti vanha elin, esiintyy nisäkkäillä ihmiset pystyvät kontrolloimaan äännejärjestelmää hermojärjestelmä, motorinen aivokuori kurkunpään laskeutuminen on mahdollistanut monipuoliset äänteet myös joillain muilla nisäkkäillä Kombinatorinen luovuus Kottaraisille voidaan opettaa rekursiivisia laulukuvioita a n b n (pärinä pärinä liverrys liverrys) Apinat eivät ole tähän mennessä koetilanteessa oppineet eroa kielen a n b n ja kielen (ab) n välillä Kielijärjestelmä: sanasto Imitionti Delfiineillä, laululinnuilla ja ihmisillä on erityinen kyky imitoida äänteitä Apinoilla vastaavaa kykyä ei ole tai se on huomattavasti heikompi http://www-news.uchicago.edu/releases/06/060426.starling.shtml Saara Huhmarniemi 2
Kielijärjestelmä: sanasto Kielijärjestelmä Tarkkaavaisuuden kohdentaminen: ostensio, eli osoittaminen Sanaston omaksuminen 30 000-50 000 sanaa parhaimmillaan n. 10 päivässä Kyky viitata kielenulkoisiin asioihin, jotka ovat aistihavainnon ulkopuolella referentiaalisuus mehiläisten tanssi? CHF: Kombinatorinen luovuus: rekursio, kielen produktiivisuus Muut kieliopin ilmiöt voidaan johtaa siitä tavasta, jolla kombinatorinen luovuus liittyy muihin kielijärjestelmän komponentteihin. Komponenttien yhteensovittaminen kielioppi Kielen biologinen perusta Mitä kielestä voidaan saada selville tutkimalla niihin liittyviä aivomekanismeja? Kielen biologinen perusta 1. Kielen funktionaalinen neuroanatomia miten kielen eri osa-alueet voidaan liittää eri aivoalueisiin 2. Muu biologinen perusta Anatomiset rakenteet, neuronit, neurotransmitterit, geenit, hormonit.. 3. Kielen geneettinen perusta esim. tutkimukset kaksosten kielten eroista 4. Mitä aivoissa tapahtuu kielen prosessoinnin aikana Eri aivoalueiden aktivaatio, aktivaatiojärjestys ym. 5. Voidaanko kielen eri osa-alueet erotella aivojen tasolla? ainakin syntaksi ja leksikko vaikuttavat erillisiltä 6. Kuinka kielispesifi on kielen biologinen perusta? Saara Huhmarniemi 3
Brocan alue Vuonna 1861 Paul Broca osoitti ruumiinavauksin, että nykyään Brocan alueen nimellä tunnetun kohdan vaurio johtaa puhehäiriöihin (ns. motorinen afasia). Tan Brocan alue sijaitsee vasemmalla aivopuoliskolla liikeaivokuoren laidalla Wernicken alue Wernicken alue sijaitsee kuuloalueen ja ns. kulmapoimun välissä vasemmassa ohimolohkossa. Carl Wernicke 1874: potilaalla sujuvaa mutta merkityksetöntä puhetta http://www.biomag.hus.fi/braincourse/luentomoniste2001.html http://www.biomag.hus.fi/braincourse/luentomoniste2001.html Tutkimusmenetelmät Funktionaalinen neuroanatomia Aivovaurioiden tutkimus Aivokuvannusmenetelmät Normaalihenkilöiden kielelliset suoritukset: Ostin lakin, eikun takin. Virheet liittyvät toisiinsa sekä semanttisesti että fonologisesti semanttinen ja fonologinen tiedonkäsittely vuorovaikutuksessa sanahaun aikana? Aistijärjestelmän anatomian hyödyntäminen behavioraalisissa kokeissa esim. kokeet joissa esitetään kuulo- ja näköärsyke yhtäaikaisesti Tietyille aivoalueille voidaan paikantaa kieleen erikoistuneita toimintoja. Paikallisiin aivovaurioihin liittyvät kielelliset häiriöt Assosiaatio: Kaksi kognitiivista toimintoa häiriytyy tai säästyy aivovaurion seurauksena toiminnot voivat olla yhteydessä tai anatominen yhteensattuma Dissosiaatio: yksi tiedonkäsittelytoiminto on vahingoittunut, toinen säästynyt toiminnot eivät perustu kokonaan identtisille mekanismeille. Kaksoisdissosiaatio: Kaksi potilasta, joilla päinvastaiset oireet tunnistaa toiminnot perustuvat eri mekanismeille Saara Huhmarniemi 4
Funktionaalinen neuroanatomia Kieli on erilaisten järjestelmien monimutkaisen vuorovaikutuksen tulos Havainnointi, muisti, käsitteenmuodostus, motoriset kyvyt Esimerkiksi vaurio missä tahansa näistä voi aiheuttaa ongelmia kielessä. Aivokuvannusmenetelmät: eri toimintoihin osallistuvat aivoalueet Seurataan koehenkilön aivoaktivaatiota kahden tehtävän aikana, jotka eroavat ainoastaan yhden ominaisuuden suhteen. verb/nomini, säännöllinen/epäsäännöllinen taivutus, rakenteltaan yksinkertainen /monimutkainen lause Virheellisen muodon esittäminen näkyy aktivaationa aivoalueella jossa virhe prosessoidaan Menetelmiä Aivojen verenkierto: fmri, PET Aivojen sähköinen aktivaatio: ERP (Event related brain potentials), EEG fmri fmri funktionaalinen magneettikuvaus (functional Magnetic Resonance Imaging) Vahva magneettikenttä Tietyttyjen atomien käyttäytyminen magneettikentässä mitataan Anatomiset rakenteet millimetrien tarkkuudella Funktionaaliset rakenteet seuraamalla hapen kulkua Tarkka lokalisaatio Muutokset näkyvät kuitenkin hitaasti, sekuntien tarkkuudella. vrt. esim. puheen ymmärtämiseen. Saara Huhmarniemi 5
ERP Tapahtumasidonnaiset potentiaalit (eventrelated potential, ERP) Aivojen sähköisen toiminnan mittaus (neuronit) Koehenkilölle esitetään ärsyke, jonka aiheuttama potentiaali näkyy 100-1000ms myöhemmin. Ongelmana lokalisaatio, mistä aivoalueelta potentiaali oli peräisin http://ilabs.washington.edu/kuhl/research.html Esim. äänteiden tunnistus 7-kk lapset tekevät erottelun vieraan ja oman kielen äänteiden välillä yhtä sujuvasti 11-kk ikäisillä vieraassa kielessä oleva kontrasti on kadonnut http://ilabs.washington.edu/kuhl/research.html Brocan afasia Wernicken afasia Kömpelö artikulaatio, supistunut sanavarasto, kieliopin rakenteiden käytön rajoittuminen kaikkein yksinkertaisempiin muotoihin, puheen suhteellisen hyvä ymmärtäminen. Sidotut morfeemit (engl. esim. My mother pass away kun pass-ed olisi oikein) ja funktiosanat (esim. apuverbit) puuttuvat Kirjoittaminen on vähintään yhtä häiriintynyt kuin puhe, lukeminen on vain lievästi häiriintynyt. Brocan afasiaa sairastava ymmärtää puhetta vaihtelevasti. Tästä johtuen he ovat usein tietoisia vaikeuksistaan ja turhautuvat helposti kun sanoja ei tule. Heikentynyt puheen ymmärtäminen, jopa yksittäiset sanat tuottavat vaikeuksia. Puhe on sujuvasti artikuloitua, mutta lukuisten erityyppisten virheiden värittämää ja merkityksetöntä. Yleensä huomattavaa sanojen löytämisvaikeutta. Lukeminen ja kirjoittaminen ovat vaikeasti heikentyneet. Käsiala usein säilyy, vaikka kirjoitus ei olisikaan ymmärrettävää. Puhe on kieliopillisesti virheellistä, silti potilaat käyttävät monimutkaisia kieliopillisia rakenteita, esim. verbien aikamuotoja jne. Puhe saattaa kuulostaa sivusta kuunneltuna normaalilta sujuvuuden ja melodian takia. Saara Huhmarniemi 6
Leksikko, käsitteet, fonologia Temporaalilohko Leksikaaliset tehtävät: kuunteleminen lukeminen ja asioiden nimeäminen Sanoihin (nomineihin) liittyvät merkitykset, kuvat, tunteet ja äänteet. Brocan alue kuitenkin osallistuu sanojen tunnistukseen liittyviin muistitoimintoihin Fonologia, foneettinen representaatio, prosodia Syntaksi Brocan alue Upotetut lauseet, lauseiden tuottaminen yleensä Brocan eri alueilla eri tehtäviä: rakenteet, syntaktisen tiedon pitäminen työmuistissa, semanttinen prosessointi Strateginen prosessointi: diskurssi, metaforat, epätäydellisten lauseiden korjaus Verbit, lauserakenteet, puheen tuottaminen, puheen tuottamisen hienomotoriikka: kielen, kasvojen ja kurkunpään edustukset Myös muut aivoalueet osallistuvat http://www.biomag.hus.fi/braincourse/luentomoniste2001.html http://www.biomag.hus.fi/braincourse/luentomoniste2001.html Eri aivoalueiden yhteistoiminta Puheen havainnonti Kognitiiviset toiminnot jotka osallistuvat kielen tuottamiseen ja havainnointiin voivat olla kieleen erikoistuneita. Kielen toiminnot ovat kuitenkin yleensä seurausta usean eri aivoalueen yhteistoiminnasta. Esim. puheen havainnointi Musiikin kuuntelu ja motoriikka Puhe on ensisijainen kielen modaliteetti Onko puheen havainnointi erilaista kuin muu kuulohavainnointi? Fysikaalisella tasolla mekanismi on sama Audio-visual integration: visuaalinen informaatio voi osallistua kuulohavainnon muodostamiseen. McGurk -efekti Tieto siitä että ääni-informaatio on puhetta vaikuttaa sen havainnointiin (esim. siniaaltopuhe) Saara Huhmarniemi 7
McGurk -efekti Harry McGurk and John MacDonald in "Hearing lips and seeing voices", Nature 264, 746-748 (1976) Kuulohavainnon ja liikkeen yhteys Musiikin kuunteleminen soittoharjoitusten jälkeen aktivoi motorisia aivoalueita. Yhteys motorisen ja kuulohavainnon välillä luodaan tehokkaasti. Brocan alue osallistuu tähän. The Journal of Neuroscience Siniaaltopuhe Puheen havainnointi siniaaltopuhe luonnollinen puhe Saara Huhmarniemi 8