Kielen biologinen perusta Kieli merkitys ja logiikka 2: Kielen biologinen perusta Onko olemassa kielellinen systeemi, jota puhujat tiedostamattaa noudattavat? merkkien, rakenteiden ja sääntöjen psykologinen systeemi puhe ensisijainen kielen ilmenemismuoto Kieliopin kuvaus on hypoteettinen kuvaus yksilön tiedostamattomasta kielestä, joka on pohjimmiltaan kaikille sama Toinen vaihtoehto: kieli on kulttuurin tuote Kieliopin kuvaus on teoreettinen konstruktio 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 1
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 2
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 3
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 4
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 5
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 Musiikki ja kieli siniaaltopuhe luonnollinen puhe Musiikki ja kieli molemmat sisältävät hierarkkisia rakenteita jotka koostuvat peruselementeistä ja havaitaan ajallisesti Foneemit, morfeemit, sanat Sävelet, soinnut Lauseiden ja musiikin prosessoinnilla vaikuttaa olevan sama neuroanatominen pohja Esim. virhesointu näkyy aktivaationa Brocan alueella Saara Huhmarniemi 6
Kieli ja muut kognitiiviset kyvyt Williamsin syndrooma Erityiset kielen kehityksen häiriöt (Specific Language Impairment (SLI)) Williamsin Syndrooma (WS) yleinen kognitiivisten kykyjen vajavaisuus (äo n. 50) paitsi kielen aiheutuu, kun pieni määrä geenejä 7. kromosomissa puuttuu Ongelmia spatiaalisessa hahmotuksessa koordinaatiossa matematiikassa, numeroissa Spatiaalisen hahmotuksen ongelmat http://www.udel.edu/pr/udaily/2004/wsdrawingslg.jpg Williamsin syndrooma Kielen oppiminen Hyvä Kieli, jopa monimutkaiset rakenteet Lyhytkestoinen auditorinen muisti Sosiaalinen kognitio ystävällisyys, persoonallisuus, tunteet Kasvojen tunnistus Musiikki Varhainen oppiminen: Leimautuminen oman lajin äänelle Äidin ääni Perustuu prosodisiin ominaisuuksiin: puhen melodiaan Jokelteluvaihe Matkiminen Ääntöelimistön rakenne muuttuu Geneettisesti säädeltö ääntöelimistön ja kuuloelimistön yhdistyminen Peilisolut: solut jotka aktivoituvat sekä tehtävää suorittaessa että sitä katsellessa Lapsen varhainen puheenoppiminen voi olla aluksi puheliikkeiden matkimista Saara Huhmarniemi 7
Kielen oppiminen Kielen rakenteet ja oppiminen Sanaston oppiminen Sanan ja käsitteen yhteys koira tietää Syntaksin oppiminen Miten lapsi oppii kielen säännöt? Esim. kielen konstituenttirakenne - Se mies on hölmö. - Se mies joka on hauska, on hölmö. - Se mies on hölmö joka on hauska. Muodosta yo. lauseista kysymyslauseet: - Onko se mies hölmö? - - Kielen rakenteet ja oppiminen Kielen rakenteet ja oppiminen - Se mies on hölmö. - Se mies joka on hauska, on hölmö. - Se mies on hölmö joka on hauska. Muodosta yo. lauseista kysymyslauseet: - Onko se mies hölmö? - Onko se mies, joka on hauska, hölmö? - Onko se mies hölmö joka on hauska? - Se mies on hölmö. - Se mies joka on hauska, on hölmö. - Se mies on hölmö joka on hauska. Kuvitellaan että lapsi käsittelee lauseita sanajonoina. Lapsi voisi tehdä helposti virheen: - Onko se mies hölmö? - Onko se mies, joka hauska, on hölmö? - Onko se mies on hölmö joka hauska? Tällaisia virheitä ei lapsen puheessa kuitenkaan esiinny. Saara Huhmarniemi 8
Kielen rakenteet ja oppiminen 1. Pekka ei koskaan vastannut kun häneltä kysyttiin jotain. 2. Kun häneltä kysyttiin jotain, Pekka ei koskaan vastannut. 3. Hän ei koskaan vastannut kun Pekalta kysyttiin jotain. Jos lauseet luetaan vasemmalta oikealle sanajonona, jää avoimeksi, miksi lauseessa 2. pronomini hän voi viitata Pekkaan kun taas lauseessa 3. tämä ei ole mahdollista. Saara Huhmarniemi 9