Interação entre Processos Fonológicos e Semânticos no Reconhecimento de Palavras Visuais usando Eletrofisiologia

Resumo

Apresentamos um protocolo para explorar a sequência relativa de ativação da fonologia e semântica no reconhecimento visual da palavra. Os resultados mostram que consistentes com contas interativas, representações semânticas e fonológicas podem ser processadas de forma interativa, e representações linguísticas de nível superior podem afetar o processamento precoce.

Resumo

Controvérsias sempre existiram em pesquisas relacionadas às habilidades de leitura; sobre se as palavras impressas são percebidas de forma alimentar com base em informações ortográficas após as quais, outras representações, como fonologia e semântica são ativadas, ou se essas informações são totalmente interativas e semânticas de alto nível afetam o processamento precoce. Foi implementado um paradigma de interferência no protocolo apresentado de tarefas de julgamento fonológica e semântica que utilizavam os mesmos pares de alvos precedidos para explorar a ordem relativa da ativação fonológica e semântica. As palavras-alvo de alta e baixa frequência foram precedidas com três condições: semanticamente relacionadas, relacionadas com fonológicos (homofones) ou não relacionadas. Os resultados mostraram que o componente P200 induzido de pares de palavras de baixa frequência foi significativamente maior do que palavras de alta frequência nas tarefas semânticas e fonológicas. Além disso, tanto os homofones na tarefa semântica quanto os pares semanticamente relacionados na tarefa fonológica causaram redução em N400 quando comparado com a condição de controle, frequência de palavras independentemente. Vale ressaltar que para os pares de baixa frequência na tarefa de julgamento fonológico, o P200 liberado pelos pares de palavras semanticamente relacionados foi significativamente maior do que na condição de controle. No geral, o processamento semântico em tarefas fonológicas e o processamento fonológico em tarefas semânticas foram encontrados em palavras de alta e baixa frequência, sugerindo que a interação entre semântica e fonologia pode operar de forma independente da tarefa. No entanto, o tempo específico em que essa interação ocorreu pode ter sido afetado pela tarefa e frequência.

Introdução

A questão crítica em qualquer modelo de reconhecimento de palavras é entender o papel da fonologia no processo de acesso semântico¹. Para as línguas alfabéticas, muitos estudos veem consistentemente a fonologia como um papel importante no acesso semântico, incluindo inglês^2,3,4, hebraico^5,francês⁶e espanhol⁷. Em outras palavras, o reconhecimento de palavras escritas envolve não apenas o processamento ortográfico, mas também fonológico e semântico. Essa observação no modelo conexor interativo é explicada por extensões ativadas em toda a rede, onde a ortografia está associada a representações fonológicas e semânticas através de conexões ponderadas⁸. Essa proliferação da ativação fornece o mecanismo central para o modelo de reconhecimento de palavras visuais, que pressupõe que representações fonológicas e semânticas são ativadas automaticamente em resposta à entrada ortográfica⁹.

No entanto, as evidências empíricas atuais que sustentam a hipótese de automação interativa permanecem controversas. Alguns estudos afirmam que a ativação de representações fonológicas e semânticas pode ser ajustada ou evitada por demandas de tarefas ou atenção, o que implica uma certa influência de cima para baixo nos processos de alto nível envolvidos na percepção da palavra^10,11. No entanto, a descrição acima mencionada tem sido questionada por muitos achados que relatam efeitos fonológicos e semânticos no reconhecimento de palavras visuais, embora essas representações sejam completamente irrelevantes para a tarefa ou não possam ser acessadas^{diretamente 12}, apoiando assim a visão de que a semântica e a fonologia podem ser acessadas automaticamente e à força durante o processo de leitura¹³ . Portanto, há incerteza sobre se a ativação fonológica e semântica no reconhecimento de palavras visuais depende da tarefa específica ou se ela ocorre à força e automaticamente de forma independente da tarefa.

A resposta à pergunta acima mencionada é difícil para os leitores chineses. Comparado ao inglês, o chinês é um script logográfico cujos personagens representam morfomas em vez de fonemas¹⁴. Atualmente, o papel da fonologia para o acesso semântico às palavras chinesas permanece controverso. Alguns estudos afirmam que a fonologia desempenha um papel importante no acesso semântico às palavras chinesas^15,16,17. Outros, no entanto, mantiveram a visão oposta^18,19. Depois de avaliar a pesquisa acima mencionada para o processamento fonológico chinês, descobrimos que o paradigma experimental e métodos específicos de pesquisa diferem. No geral, foi dividido principalmente em dois paradigmas: palavra priming^15,18,19 e paradigma de violação na sentença^17,20,21. A palavra-alvo é geralmente incorporada no final da sentença no paradigma de violação²². Em termos de mecanismo linguístico, uma frase curta de duas palavras é uma unidade mais gerenciável do que uma frase completa que é difícil de processar²³. Além disso, variáveis de difícil controle em uma frase, como sintaxe, contexto ou outros fatores, podem levar a conclusões diferentes²⁴. A palavra paradigma priming é um método comumente usado para explorar modelos de reconhecimento de palavras, seja em línguas alfabéticas ou chinesas. A tarefa deste paradigma é julgar se a palavra-alvo precedida pelos primos é uma palavra real ou pseudofálrica; ou seja, este paradigma geralmente contém apenas uma tarefa léxica. No entanto, uma única tarefa de decisão léxica pode não ser a melhor escolha para resolver o problema de se a ativação da fonologia e da semântica depende da tarefa. Portanto, duas tarefas diferentes podem ser mais adequadas para explorar esta questão.

Portanto, esta pesquisa teve como objetivo explorar o papel da fonologia no reconhecimento da palavra chinesa e, simultaneamente, tentar determinar se a ativação da fonologia e da semântica está em tarefa independente. Nossa pesquisa inclui duas tarefas usando o paradigma de interferência: julgamento semântico e julgamento fonológico. Até onde sabemos, este é o primeiro estudo de potencial relacionado a eventos (ERP) do reconhecimento composto chinês de dois caracteres usando esse paradigma de interferência, e esse método raramente aparece em estudos de linguagens alfabéticas. Especificamente, na tarefa de julgamento semântico, os participantes devem julgar se a palavra-alvo e seu precedente estão semanticamente relacionados, enquanto na tarefa fonológica, eles devem julgar se as palavras emparelhadas têm a mesma pronúncia.

A primeira é uma tarefa semântica que não requer um processamento fonológico priori, e a segunda é uma tarefa de julgamento fonológico que não requer um processamento semântico a priori. Por isso, comparamos pares de homofones e grupos de controle não relacionados na tarefa de julgamento semântico para revelar se e como a fonologia afeta o processamento semântico. Da mesma forma, comparamos pares de palavras semanticamente relacionadas com condições de controle não relacionadas na tarefa de julgamento fonológico para revelar se e como a semântica afeta o processamento fonológico. Além disso, o problema supracitado foi verificado em palavras de alta e baixa frequência. Assim, essa tarefa complementar de julgamento semântico e fonológico pode não apenas revelar a importância do processamento fonológico no reconhecimento da palavra chinesa, mas também revelar se e como a fonologia e a semântica interagem.

Se os processos de fonologia e semântica forem precoces, automáticos e interativos, o efeito da ativação fonológica e semântica deve ser observado no tempo de resposta das duas tarefas. Para o ERP, processos fonológicos e semânticos desencadeiam dois marcadores eletrofisiológicos diferentes^2,7. Além disso, seus cursos de tempo e suas distribuições espaciais devem ser diferentes. Um componente positivo precoce (P200) deve refletir o processamento fonológico, e o típico marcador de processamento semântico N400 também deve ser identificado^20,21. Assumimos que tanto os pares fonologicamente relacionados na tarefa semântica quanto os pares semânticos na tarefa fonológica causariam uma diminuição significativa no N400, o que teria indicado que o processamento fonológico pode levar a algum grau de ativação em níveis léxicos-semânticos. Além disso, monitoramos se o P200, que caracteriza o processamento fonológico, apareceu na tarefa de julgamento semântico ou na tarefa de julgamento fonológico. Na tarefa de julgamento fonológico, as condições semânticas desencadeiam o P200, que pode ser visto como evidência da influência precoce da semântica no processamento fonológico.

Protocolo

O protocolo utilizado para este estudo foi aprovado pelo Conselho de Revisão Institucional da Universidade de Tsinghua.

1. Construção e apresentação de estímulos

1. Construção de estímulos
   1. Preparação de estímulos: Prepare palavras-alvo contendo aproximadamente 140 compostos chineses de dois caracteres, dos quais palavras de baixa e alta frequência representam metade. Precedam cada alvo por três análogos: uma palavra fonologicamente idêntica (palavra homônmua), uma palavra com significado relacionado e uma palavra de controle irrelevante.
      1. Certifique-se de que alvos de alta frequência são sempre precedidos por antecedentes de alta frequência e alvos de baixa frequência são sempre precedidos por precedentes de baixa frequência, seja em condições relacionadas ou grupos de controle não relacionados. Além disso, certifique-se de que os pares de alvos precedidos são semelhantes no número de traçados e frequência.
         NOTA: Todas as palavras para este estudo foram selecionadas do Dicionário de Frequências Chinesas Modernas (Xiandai Hanyu Pinlu Cidian). A frequência de palavras de baixa frequência foi inferior a oito vezes por milhão, e a frequência de palavras de alta frequência excedeu 800 vezes por milhão.
   2. Avaliação de estímulos: Recrute um grupo separado de aproximadamente 30 alunos para avaliar o grau de relevância semântica entre pares de palavras em uma escala de sete pontos, onde 1 reflete a menor correlação e 7 reflete a maior correlação.
   3. Determinação final de estímulo: Exclua pares de palavras inadequados, como pares de palavras com pontuações mais baixas em condições semanticamente relacionadas a semanticamente e pares de palavras com pontuações mais altas em escores de mensagens homofones e irrelevantes.
      1. Calcule os respectivos escores médios de pares de palavras semânticas de alta e baixa frequência e garanta que não haja diferença significativa entre os dois.
      2. Além disso, certifique-se de que as pontuações de pares homofones e pares não relacionados não são significativamente diferentes tanto na alta quanto na baixa frequência. Por fim, determine o material de estímulo experimental final (ver Materiais de Tabela).
         NOTA: Para os valores semânticos dos pares relacionados à semântica neste experimento, os valores médios finais foram de 5,62 e 5,73 para pares de alta frequência e baixa frequência, respectivamente, e não houve diferença significativa entre os dois(p > .1). Além disso, a relação semântica entre os pares homofônicos e não relacionados não foi significativamente diferente(p > .1).
2. Apresentação de estímulos
   1. Construa um programa para mostrar a tarefa aos sujeitos e preencha os materiais acima mencionados (o programa pode ser escrito em E-prime ou outras linguagens de programação).
   2. Certifique-se de que cada estrutura central do programa comece com uma tela exibindo um sinal " + " que dura 300 ms, diretamente após o qual a palavra anterior deve aparecer por 140 ms, sem intervalo entre os dois.
   3. Defina uma tela em branco com duração de 360 ms e, em seguida, defina a palavra-alvo, que aparecerá por 500 ms. Por fim, estabeleça um ponto de interrogação (?) que continuará a ser exibido até que o participante dese silva o par de palavras apenas mostrado e pressionado o botão o mais rápido e com precisão possível.
   4. Diga aos participantes com antecedência que eles precisam julgar se a palavra par está semanicamente relacionada na tarefa de julgamento semântico e se a fonologia é a mesma na tarefa de julgamento fonológico.
   5. Configuração da sessão prática: Configure dois grupos de prática para incluir tarefas semânticas de julgamento e julgamento fonológico, respectivamente, com não menos que pares de 10 palavras para cada tarefa. Informe os participantes que eles podem repetir os exercícios para garantir que a precisão na sessão prática seja superior a 70%.
   6. Configuração formal do experimento: Divida todo o experimento em 6 blocos, com a tarefa de julgamento semântica e a tarefa de julgamento fonológico cada um representando metade.
      1. Certifique-se de que não há palavras-alvo repetidas em cada bloco, e que o número de tipos de escoramento em cada bloco é o mesmo. Além disso, configure alguns ensaios de preenchimento para reduzir o desvio de resposta causado pelo número desigual de testes que requerem reações positivas ou negativas.
      2. Randomize a ordem dos itens em cada bloco e contrabalanceie a ordem do bloco entre os sujeitos.
         NOTA: Todo o experimento também pode ser dividido em oito ou dez ou mais blocos de acordo com o número de materiais experimentais a serem preparados, o que minimiza a repetição de palavras-alvo em cada bloco.

2. Preparação do experimento e gravação eletrofisiológica

1. Recrute falantes nativos chineses destros com uma visão normal que pode ter sido previamente corrigida.
   1. Exclua os participantes com quaisquer doenças neurológicas ou psiquiátricas.
   2. Assegura-se um número equilibrado de participantes do sexo feminino e masculino na faixa etária desejada (18-28 anos).
   3. Certifique-se de que os participantes não tenham histórico de perming ou tingimento de cabelo nos últimos dois meses.
   4. Informe aos participantes que eles precisarão ter sono e tempo suficiente de descanso antes do experimento²⁵.
   5. Ao participar do experimento, certifique-se de que os participantes estejam em um estado saudável no momento da realização do experimento.
2. Quando um participante chega ao laboratório, introduza os equipamentos experimentais, tarefas e custos de tempo. Explique os requisitos (como não estar sonolento, se mover e piscar) para ajudá-los a entender todo o processo e eliminar preocupações desnecessárias.
3. Se o participante não tiver outras perguntas sobre o experimento, peça-lhes para preencher o Formulário de Consulta de Mão de Edimburgo, que é usado para confirmar que todos os participantes têm os mesmos hábitos destros.
4. Forneça o formulário de consentimento informado aos participantes e peça que eles leiam e assinem com atenção. Se os participantes tiverem dúvidas sobre o conteúdo do formulário de consentimento, forneça-lhes as explicações necessárias.
5. Instrua o participante a limpar adequadamente o couro cabeludo e secar os cabelos em laboratório. Enquanto espera pelos participantes, prepare todos os materiais experimentais.
   NOTA: O sinal de eletroencefalograma (EEG) é amplificado utilizando um sistema amplificador com um bandpass de 0,01 a 100 Hz e amostra continuamente a 500 Hz.
6. Convide os participantes a sentarem-se confortavelmente em uma cadeira na câmara onde o experimento será realizado. Instruiu-os a não mover a cadeira.
7. Use cotonetes de algodão e esfregões faciais para limpar a pele sob o olho esquerdo do participante (para o eletrodo eletro-oculográfico vertical), perto do canthus externo do olho direito (para o eletro-oculográfico horizontal), e ao redor dos ossos mastoides direito e esquerdo (para Tp9 e Tp10, que serão usados como novas referências offline).
   NOTA: A distribuição dos eletrodos pode variar dependendo das tampas utilizadas.
8. Coloque a tampa elástica na cabeça do participante e certifique-se de que o eletrodo Cz está no centro da parte superior da cabeça. Fixar a correia da tampa do eletrodo sob o queixo com cuidado para garantir que ela não esteja muito apertada ou muito solta.
9. Certifique-se de que a tampa e o amplificador estejam conectados ao sistema de gravação. Em seguida, mude o software de gravação para a interface de monitoramento de impedância.
10. Certifique-se de que a impedância de todos os eletrodos não exceda 5 kΩ ou 10 kΩ, começando pelos eletrodos de referência (Ref) e terra (Gnd).
11. Passe a seringa cheia de gel condutor através do pequeno orifício de um eletrodo no couro cabeludo e, em seguida, empurre o êmbolo para injetar uma pequena quantidade de gel condutor no couro cabeludo, tomando cuidado para não causar um estouro. Ao mesmo tempo, monitore o sistema de exibição que exibe a impedância em tempo real até que a impedância caia para o limiar.
12. Depois que os eletrodos Ref e Gnd forem preparados, reduza a impedância dos outros eletrodos da mesma forma. Trate a redução da impedância da eletricidade ocular com cuidado.
    1. Grave os pequenos orifícios de um lado dos dois eletrodos eletro-oculográficos para evitar que o gel condutor injetado vaze. Fixá-los na parte inferior do olho esquerdo e no canthus externo do olho direito com fita.
13. Depois de todos os eletrodos serem preparados, instrua os participantes a estarem prontos para o experimento. Instrua os participantes a relaxar e evitar o piscar excessivo dos olhos e o movimento do corpo durante o experimento.
14. Apresentar o estímulo através do programa de demonstração de estímulo e deixar os participantes praticarem na seção de prática.
    NOTA: Após a sessão de treino, os participantes podem tirar dúvidas se tiverem dúvidas ou dúvidas sobre como proceder.
15. Inicie o experimento formal e regisse as informações do EEG. Monitore o sistema de gravação durante a gravação. Se um eletrodo estiver solto ou a resistência exceder o limiar, reabastete o eletrodo quando o participante estiver descansando.
    NOTA: Os participantes podem descansar por 4-10 min após cada bloco.
16. Após a conclusão do experimento, salve o sinal EEG e desligue o equipamento, como o sistema de gravação e o amplificador. Em seguida, retire o boné do participante e instrua o participante a lavar o gel condutor do cabelo e da pele. Por fim, recompense os participantes e agradeça-os por sua cooperação.

3. Pré-processamento de EEG

1. Utilize correção ocular semiautomática com análise de componentes independentes.
2. Calcule os ERPs de 100 ms a 600 ms após o início da palavra-alvo (linha de base pré-alvo de 100 ms).
3. Defina o eeg filtrado offline de 0,05 a 30 Hz (modo de mudança de fase zero, 24 dB/out).
4. Descarte épocas que excedam ±80 μV por rejeição de artefatos e elimine os ensaios de respostas errôneas.

Resultados

Este protocolo foi usado em um estudo recente para investigar o papel da fonologia no reconhecimento composto chinês de dois caracteres e para inferir o modelo de reconhecimento de palavras²⁶. Todos os estímulos utilizados neste estudo foram totalmente divulgados²⁶. Três janelas de tempo foram selecionadas com base em componentes de campo global (GFP): em componentes 100-150 ms, 160-280 ms e 300-500 ms para componentes N1, P200 e N400,^{respectivamente 26...}

Discussão

Resultados experimentais e significância:
O objetivo deste protocolo era inferir o seguinte: 1) se o modelo de reconhecimento de palavras é um modelo de alimentação ou um modelo interativo e 2) a interação entre os padrões fonológicos e semânticos no reconhecimento composto chinês de dois caracteres de alta e baixa frequência em diferentes tarefas. Foi adotado um paradigma de interferência da tarefa de correspondência fonológica e semântica utilizando a técnica ERP. As respostas do ERP...

Materiais

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