Interacción entre procesos fonológicos y semánticos en el reconocimiento visual de palabras mediante electrofisiología

Resumen

Presentamos un protocolo para explorar la secuencia de activación relativa de la fonología y la semántica en el reconocimiento visual de palabras. Los resultados muestran que, de acuerdo con las cuentas interactivas, las representaciones semánticas y fonológicas pueden procesarse de forma interactiva, y las representaciones lingüísticas de nivel superior pueden afectar el procesamiento temprano.

Resumen

Las controversias siempre han existido en la investigación relacionada con las habilidades de lectura; sobre si las palabras impresas se perciben de manera feedforward basada en información ortográfica después de la cual se activan otras representaciones, como la fonología y la semántica, o si estas son totalmente interactivas y la información semántica de alto nivel afecta el procesamiento temprano. Se implementó un paradigma de interferencia en el protocolo presentado de tareas de juicio fonológico y semántico que utilizó los mismos pares precedente-objetivo para explorar el orden relativo de activación fonológica y semántica. Las palabras objetivo de alta y baja frecuencia fueron precedidas por tres condiciones: semánticamente relacionadas, fonológicas (homófonos) o no relacionadas. Los resultados mostraron que el componente P200 inducido de pares de palabras de baja frecuencia fue significativamente mayor que las palabras de alta frecuencia tanto en las tareas semánticas como en las fonológicas. Además, tanto los homófonos en la tarea semántica como los pares semánticamente relacionados en la tarea fonológica causaron una reducción en N400 en comparación con la condición de control, la frecuencia de la palabra independientemente. Vale la pena señalar que para los pares de baja frecuencia en la tarea de juicio fonológico, el P200 liberado por los pares de palabras semánticamente relacionados fue significativamente mayor que el de la condición de control. En general, el procesamiento semántico en tareas fonológicas y el procesamiento fonológico en tareas semánticas se encontraron tanto en palabras de alta como de baja frecuencia, lo que sugiere que la interacción entre la semántica y la fonología puede operar de manera independiente de la tarea. Sin embargo, el momento específico en que ocurrió esta interacción puede haberse visto afectado por la tarea y la frecuencia.

Introducción

La cuestión crítica en cualquier modelo de reconocimiento de palabras es comprender el papel de la fonología en el proceso de acceso semántico¹. Para los idiomas alfabéticos, muchos estudios consideran consistentemente que la fonología juega un papel importante en el acceso semántico, incluidos el inglés^2,3,4,hebreo^5,francés⁶y español^7. En otras palabras, el reconocimiento de palabras escritas implica no solo un procesamiento ortográfico, sino también fonológico y semántico. Esta observación en el modelo conexionista interactivo se explica por extensiones activadas en toda la red, donde la ortografía se asocia con representaciones fonológicas y semánticas a través de conexiones ponderadas⁸. Esta proliferación de activación proporciona el mecanismo central para el modelo de reconocimiento visual de palabras, que asume que las representaciones fonológicas y semánticas se activan automáticamente en respuesta a la entrada ortográfica⁹.

Sin embargo, la evidencia empírica actual que apoya la hipótesis de la automatización interactiva sigue siendo controvertida. Algunos estudios afirman que la activación de representaciones fonológicas y semánticas puede ser ajustada o prevenida por demandas de tareas o atención, lo que implica una cierta influencia de arriba hacia abajo en los procesos de alto nivel involucrados en la percepción de palabras^10,11. Sin embargo, la descripción antes mencionada ha sido cuestionada por muchos hallazgos que reportan efectos fonológicos y semánticos en el reconocimiento visual de palabras a pesar de que estas representaciones son completamente irrelevantes para la tarea o no se puede acceder directamente^12,apoyando así la opinión de que la semántica y la fonología pueden ser accedidas automática y forzosamente durante el proceso de lectura¹³ . Por lo tanto, existe incertidumbre sobre si la activación fonológica y semántica en el reconocimiento visual de palabras depende de la tarea específica o si ocurre de manera forzada y automática de una manera independiente de la tarea.

La respuesta a la pregunta antes mencionada es difícil para los lectores chinos. En comparación con el inglés, el chino es una escritura logográfica cuyos caracteres representan morfemas en lugar de fonemas¹⁴. En la actualidad, el papel de la fonología para el acceso semántico a las palabras chinas sigue siendo controvertido. Algunos estudios han afirmado que la fonología juega un papel importante en el acceso semántico a las palabras chinas^15,16,17. Otros, sin embargo, han sostenido la opinión opuesta^18,19. Después de evaluar la investigación antes mencionada para el procesamiento fonológico chino, encontramos que el paradigma experimental y los métodos de investigación específicos difieren. En general, se dividió principalmente en dos paradigmas: el cebado de palabras^15,18,19 y el paradigma de violación en la oración^17,20,21. La palabra objetivo generalmente está incrustada al final de la oración en el paradigma de violación²². En términos de mecanismo del lenguaje, una frase corta de dos palabras es una unidad más manejable que una oración completa que es difícil de procesar²³. Además, las variables que son difíciles de controlar en una oración, como la sintaxis, el contexto u otros factores, pueden llevar a conclusiones diferentes²⁴. El paradigma de cebado de palabras es un método comúnmente utilizado para explorar modelos de reconocimiento de palabras, ya sea en idiomas alfabéticos o chinos. La tarea de este paradigma es juzgar si la palabra objetivo precedida por los números primos es una palabra real o una pseudopalabra; es decir, este paradigma suele contener una sola tarea léxica. Sin embargo, una sola tarea de decisión léxica puede no ser la mejor opción para resolver el problema de si la activación de la fonología y la semántica depende de la tarea. Por lo tanto, dos tareas diferentes pueden ser más adecuadas para explorar esta pregunta.

Por lo tanto, esta investigación tuvo como objetivo explorar el papel de la fonología en el reconocimiento de palabras chinas y simultáneamente intentar determinar si la activación de la fonología y la semántica es independiente de la tarea. Nuestra investigación incluye dos tareas utilizando el paradigma de la interferencia: el juicio semántico y el juicio fonológico. Hasta donde sabemos, este es el primer estudio de potencial relacionado con eventos (ERP) del reconocimiento de compuestos chinos de dos caracteres utilizando este paradigma de interferencia, y este método rara vez aparece en estudios de idiomas alfabéticos. Específicamente, en la tarea de juicio semántico, los participantes deben juzgar si la palabra objetivo y su precedente están relacionados semánticamente, mientras que en la tarea fonológica, deben juzgar si las palabras emparejadas tienen la misma pronunciación.

La primera es una tarea de coincidencia semántica que no requiere un procesamiento fonológico a priori, y la segunda es una tarea de juicio fonológico que no requiere un procesamiento semántico a priori. Por lo tanto, comparamos pares homófonos y grupos de control no relacionados en la tarea de juicio semántico para revelar si y cómo la fonología afecta el procesamiento semántico. Del mismo modo, comparamos pares de palabras relacionados semánticamente con condiciones de control no relacionadas en la tarea de juicio fonológico para revelar si y cómo la semántica afecta el procesamiento fonológico. Además, el problema antes mencionado se verificó en palabras de alta y baja frecuencia. Por lo tanto, esta tarea complementaria de juicio semántico y fonológico no solo puede revelar la importancia del procesamiento fonológico en el reconocimiento de palabras chino, sino también revelar si y cómo interactúan la fonología y la semántica.

Si los procesos fonológicos y semánticos son tempranos, automáticos e interactivos, el efecto de la activación fonológica y semántica debe observarse en el tiempo de respuesta de las dos tareas. Para ERP, los procesos fonológicos y semánticos desencadenan dos marcadores electrofisiológicos diferentes^2,7. Además, sus cursos de tiempo y sus distribuciones espaciales deben ser diferentes. Un componente positivo temprano (P200) debe reflejar el procesamiento fonológico, y el marcador de procesamiento semántico típico N400 también debe identificarse^20,21. Asumimos que tanto los pares fonológicamente relacionados en la tarea semántica como los pares semánticos en la tarea fonológica causarían una disminución significativa en N400, lo que habría indicado que el procesamiento fonológico puede conducir a algún grado de activación a niveles léxico-semánticos. Además, monitoreamos si el P200, que caracteriza el procesamiento fonológico, aparecía en la tarea de juicio semántico o en la tarea de juicio fonológico. En la tarea de juicio fonológico, las condiciones relacionadas con la semántica desencadenan el P200, que puede verse como evidencia de la influencia temprana de la semántica en el procesamiento fonológico.

Protocolo

El protocolo utilizado para este estudio fue aprobado por la Junta de Revisión Institucional de la Universidad de Tsinghua.

1. Construcción y presentación de estímulos

1. Construcción de estímulos
   1. Preparación de estímulos: Prepare palabras objetivo que contengan aproximadamente 140 compuestos chinos de dos caracteres, de los cuales las palabras de baja y alta frecuencia representan la mitad. Precede a cada objetivo con tres análogos: una palabra fonológicamente idéntica (palabra homónima), una palabra con significado relacionado y una palabra de control irrelevante.
      1. Asegúrese de que los objetivos de alta frecuencia siempre estén precedidos por antecedentes de alta frecuencia y los objetivos de baja frecuencia siempre estén precedidos por precedentes de baja frecuencia, ya sea en condiciones relacionadas o en grupos de control no relacionados. Además, asegúrese de que los pares precedente-objetivo sean similares en el número de trazos y la frecuencia.
         NOTA: Todas las palabras para este estudio fueron seleccionadas del Diccionario de Frecuencias de Chino Moderno (Xiandai Hanyu Pinlu Cidian). La frecuencia de las palabras de baja frecuencia era menos de ocho veces por millón, y la frecuencia de las palabras de alta frecuencia superaba las 800 veces por millón.
   2. Evaluación de estímulos: Reclute un grupo separado de aproximadamente 30 estudiantes para evaluar el grado de relevancia semántica entre pares de palabras en una escala de siete puntos, en la que 1 refleja la correlación más baja y 7 refleja la correlación más alta.
   3. Determinación final del estímulo: Elimine los pares de palabras inapropiados, como los pares de palabras con puntuaciones más bajas en condiciones semánticamente relacionadas y los pares de palabras con puntuaciones más altas en las puntuaciones homófonas e irrelevantes.
      1. Calcule los puntajes promedio respectivos de pares de palabras relacionadas con la semántica de alta y baja frecuencia y asegúrese de que no haya diferencias significativas entre los dos.
      2. Además, asegúrese de que las puntuaciones de los pares homófonos y los pares no relacionados no sean significativamente diferentes tanto en alta como en baja frecuencia. Finalmente, determinar el material de estímulo experimental final (ver Materiales de la Tabla).
         NOTA: Para los valores semánticos de los pares relacionados con la semántica en este experimento, los valores promedio finales fueron 5,62 y 5,73 para los pares de alta frecuencia y baja frecuencia, respectivamente, y no hubo diferencias significativas entre los dos(p > .1). Además, la relación semántica entre los pares homofónico y no relacionado no fue significativamente diferente (p > .1).
2. Presentación de estímulos
   1. Construir un programa para mostrar la tarea a los sujetos y rellenar los materiales antes mencionados (el programa puede estar escrito en E-prime u otros lenguajes de programación).
   2. Asegúrese de que cada estructura central del programa comience con una pantalla que muestre un signo " + " que dure 300 ms, directamente después de lo cual la palabra anterior debe aparecer durante 140 ms, sin intervalo entre los dos.
   3. Después de eso, establezca una pantalla en blanco que dure 360 ms y luego establezca la palabra de destino, que aparecerá durante 500 ms. Finalmente, establezca un signo de interrogación (?) que continuará mostrándose hasta que el participante haya decidido el par de palabras que se acaba de mostrar y presione el botón de la manera más rápida y precisa posible.
   4. Dígales a los participantes de antemano que necesitan juzgar si el par de palabras está semánticamente relacionado en la tarea de juicio semántico y si la fonología es la misma en la tarea de juicio fonológico.
   5. Configuración de la sesión de práctica: configure dos grupos de práctica para incluir tareas de juicio semántico y juicio fonológico, respectivamente, con no menos de 10 pares de palabras para cada tarea. Informar a los participantes que pueden repetir los ejercicios para asegurarse de que la precisión en la sesión de práctica sea superior al 70%.
   6. Configuración formal del experimento: Divida todo el experimento en 6 bloques, con la tarea de juicio semántico y la tarea de juicio fonológico cada una representando la mitad.
      1. Asegúrese de que no haya palabras de destino repetidas en cada bloque y que el número de tipos de cebado en cada bloque sea el mismo. Además, establezca algunos ensayos de relleno para reducir la desviación de respuesta causada por el número desigual de pruebas que requieren reacciones positivas o negativas.
      2. Aleatorice el orden de los elementos en cada bloque y contrarreste el orden de bloques entre los sujetos.
         NOTA: Todo el experimento también se puede dividir en ocho o diez o más bloques según el número de materiales experimentales a preparar, lo que minimiza la repetición de palabras objetivo en cada bloque.

2. Preparación del experimento y registro electrofisiológico

1. Recluta hablantes nativos de chino diestros con una visión normal que puede haber sido corregida previamente.
   1. Excluir a los participantes con cualquier enfermedad neurológica o psiquiátrica.
   2. Asegúrese de que haya un número equilibrado de participantes femeninos y masculinos en el rango de edad deseado (18-28 años).
   3. Asegúrese de que los participantes no tengan antecedentes de permanenter o teñir su cabello durante los últimos dos meses.
   4. Informar a los participantes que necesitarán dormir y descansar lo suficiente antes del experimento²⁵.
   5. Al participar en el experimento, asegúrese de que los participantes estén en un estado saludable en el momento de realizar el experimento.
2. Cuando un participante llegue al laboratorio, introduzca el equipo experimental, las tareas y los costos de tiempo. Explique los requisitos (como no tener sueño, moverse y parpadear) para ayudarlos a comprender todo el proceso y eliminar preocupaciones innecesarias.
3. Si el participante no tiene otras preguntas sobre el experimento, pídale que complete el Formulario de consulta de Edinburgh Handedness, que se utiliza para confirmar que todos los participantes tienen los mismos hábitos diestros.
4. Proporcione el formulario de consentimiento informado a los participantes y pídales que lean y firmen cuidadosamente. Si los participantes tienen preguntas sobre el contenido del formulario de consentimiento, proporcióneles las explicaciones necesarias.
5. Instruya al participante para que limpie adecuadamente su cuero cabelludo y seque su cabello en el laboratorio. Mientras espera a los participantes, prepare todos los materiales experimentales.
   NOTA: La señal de electroencefalograma (EEG) se amplifica utilizando un sistema amplificador con un paso de banda de 0.01 a 100 Hz y muestrea continuamente a 500 Hz.
6. Invite a los participantes a sentarse cómodamente en una silla en la cámara donde se llevará a cabo el experimento. Les indicó que no movieran la silla.
7. Use hisopos de algodón y exfoliantes faciales para limpiar la piel debajo del ojo izquierdo del participante (para el electrodo electrooculográfico vertical), cerca del canto externo del ojo derecho (para el electrooculográfico horizontal) y alrededor de los huesos mastoides derecho e izquierdo (para Tp9 y Tp10, que se utilizarán como nuevas referencias fuera de línea).
   NOTA: La distribución de los electrodos puede variar dependiendo de las tapas utilizadas.
8. Coloque la tapa elástica en la cabeza del participante y asegúrese de que el electrodo Cz esté en el centro de la parte superior de la cabeza. Fije la correa de la tapa del electrodo debajo de la barbilla con cuidado para asegurarse de que no esté demasiado apretada o demasiado suelta.
9. Asegúrese de que la tapa y el amplificador estén conectados al sistema de grabación. A continuación, cambie el software de grabación a la interfaz de monitoreo de impedancia.
10. Asegúrese de que la impedancia de todos los electrodos no exceda de 5 kΩ o 10 kΩ, comenzando con los electrodos de referencia (Ref) y de tierra (Gnd).
11. Pase la jeringa llena de gel conductor a través del pequeño orificio de un electrodo hasta el cuero cabelludo y luego empuje el émbolo para inyectar una pequeña cantidad de gel conductor en el cuero cabelludo mientras tiene cuidado de no causar un desbordamiento. Al mismo tiempo, supervise el sistema de visualización que muestra la impedancia en tiempo real hasta que la impedancia caiga al umbral.
12. Después de preparar los electrodos Ref y Gnd, reduzca la impedancia de los otros electrodos de la misma manera. Trate la reducción de la impedancia de la electricidad ocular con cuidado.
    1. Pega con cinta adhesiva los pequeños orificios en un lado de los dos electrodos electro-oculográficos para evitar que el gel conductor inyectado tenga fugas. Fijarlos a la parte inferior del ojo izquierdo y al canto externo del ojo derecho con cinta adhesiva.
13. Después de preparar todos los electrodos, instruya a los participantes para que estén listos para el experimento. Instruya a los participantes para que se relajen y eviten el parpadeo excesivo de los ojos y el movimiento corporal durante el experimento.
14. Presente el estímulo a través del programa de demostración de estímulo y deje que los participantes practiquen en la sección de práctica.
    NOTA: Después de la sesión de práctica, los participantes pueden hacer preguntas si tienen alguna duda o pregunta sobre cómo proceder.
15. Inicie el experimento formal y registre la información del EEG. Supervise el sistema de grabación durante la grabación. Si un electrodo está suelto o la resistencia excede el umbral, vuelva a llenar el electrodo cuando el participante esté descansando.
    NOTA: Los participantes pueden descansar durante 4-10 minutos después de cada bloque.
16. Una vez completado el experimento, guarde la señal EEG y apague el equipo, como el sistema de grabación y el amplificador. Luego quítese la gorra del participante e indíquele que lave el gel conductor del cabello y la piel. Finalmente, recompense a los participantes y agradézcales por su cooperación.

3. Preprocesamiento EEG

1. Utilice la corrección ocular semiautomática con análisis de componentes independientes.
2. Calcular los ERP de 100 ms a 600 ms después del inicio de la palabra de destino (línea base previa al objetivo de 100 ms).
3. Establezca el EEG con filtro de banda sin conexión de 0,05 a 30 Hz (modo de cambio de fase cero, 24 dB/oct).
4. Descarte las épocas superiores a ±80 μV por rechazo de artefactos y elimine las pruebas de respuestas erróneas.

Resultados

Este protocolo se utilizó en un estudio reciente para investigar el papel de la fonología en el reconocimiento de compuestos chinos de dos caracteres y para inferir el modelo de reconocimiento de palabras²⁶. Todos los estímulos utilizados en este estudio fueron completamente divulgados²⁶. Se seleccionaron tres ventanas de tiempo sobre la base de la potencia de campo global (GFP): a 100-150 ms, 160-280 ms y 300-500 ms para componentes N1, P200 y N400, respectivamente

Discusión

Resultados experimentales e importancia:
El propósito de este protocolo era inferir lo siguiente: 1) si el modelo de reconocimiento de palabras es un modelo feedforward o un modelo interactivo y 2) la interacción entre los patrones fonológicos y semánticos en el reconocimiento compuesto chino de dos caracteres de alta y baja frecuencia bajo diferentes tareas. Se adoptó un paradigma de interferencia de tareas de emparejamiento fonológico y semántico utilizando la técnica ERP. Las respuestas de ...

Materiales

Name	Company	Catalog Number	Comments
BrainAmp DC amplifier system (Brain Products GmbH)	Brain Products, Gilching, Germany		BrainAmp S/N AMP13061964DC Input 5.6DC=150mA Operation 7mA Standby
Easycap (Brain Products GmbH)	Brain Products, Gilching, Germany		62 Ag/AgCl electrodes with a configuration of the international 10–20 system of electrode