Individual Differences

31.9 Neural Measures of Language Development

jak mózg dziecka reorganizuje się w tym okresie głębokiego rozwoju językowego? Seria badań elektrofizjologicznych Debry Mills i współpracowników sugeruje, że” mózgowa specjalizacja języka wyłania się jako funkcja uczenia się i do pewnego stopnia zależy od tempa uczenia się ” (Sheehan & Mills, 2008). Mills i współpracownicy wykazali, że względna lateralizacja komponentów elektrofizjologicznych (EEG) (P100, N200-400) w pierwszych latach życia jest ściśle związana z nauką języków i wiedzą specjalistyczną. W szczególności rozkład boczny składnika N200-400 dla słów znanych i nieznanych jest związany z ogólną wielkością słownictwa niemowlęcia w danym języku. Conboy and Mills (2006) wykazali, że u 20-miesięcznych dwujęzycznych maluchów sklasyfikowanych jako mające wysokie lub niskie słownictwo całkowite, różnica N200-400 między znanymi a nieznanymi wyrazami została później wyjaśniona tylko u dzieci z wyższym słownictwem i tylko w ich dominującym języku. Z drugiej strony, ta znana i nieznana różnica N200-400 była dwustronnie rozprowadzana w języku Nie dominującym i w małych dzieciach o niższym słownictwie całkowitym. Podobne odkrycie zostało zgłoszone w eksperymencie szybkiego uczenia się słów przez Mills, Plunkett, Prat, and Schafer (2005). Tak więc zmiany w wielkoskalowej topografii odpowiedzi neuronowych na słowa były napędzane przez wiedzę niemowląt na temat słów w ogóle, a także przez ich znajomość konkretnych przykładów słów.

bardziej ogólnie, w przeglądzie literatury języka EEG dla niemowląt i dzieci, Sheehan and Mills (2008) wskazują, że względna lateralizacja składników EEG zmienia się dynamicznie w ciągu życia. Jako przykład przytaczają przypadek komponentu P1 wywołanego w odpowiedzi na bodźce słuchowe, który pokazuje wczesną lewostronną lateralizację od 3 miesięcy do 3 lat, symetryczny rozkład od 6 do 12 lat i prawostronny rozkład od 13 lat do dorosłości. Istnienie tak złożonych trajektorii rozwojowych pokazuje, że wszelkie przypuszczalne „wczesne lateralizacje” bodźców mowy lub języka muszą być rozumiane w kontekście zmian w ciągu życia—szczególnie ważny punkt dla interpretacji badań Funkcjonalnego i strukturalnego rezonansu magnetycznego (MRI) rozwoju języka.

badania funkcjonalne i strukturalne rozwoju języka są często ukierunkowane na kwestie względnej lateralizacji (i regionalizacji) funkcji. W tym duchu, Perani et al. (2010, 2011) zeskanowane noworodki Włoskie (~2 dni) jako bodźce mowy i muzyki były odtwarzane do nich. Wśród innych wyników autorzy odkryli, że noworodki wykazywały zasadniczo prawostronną reakcję w pierwotnych i wtórnych regionach słuchowych na naturalnie wytwarzaną mowę i muzykę, podczas gdy zmieniona mowa i muzyka wykazywały obustronny lub nawet nieco lewostronny profil aktywacji. Istnieją pewne wskazania, że ten wczesny profil lateralizacji biernego słuchania języka może się różnić w pierwszych miesiącach życia. Badanie fMRI U 3-miesięcznych niemowląt słuchających znaczącej lub odwróconej mowy podczas snu lub na jawie wykazało większą aktywność lewostronną w żyrze skroniowej i kątowej (Dehaene-Lambertz, Dehaene, & Hertz-Pannier, 2002). W badaniu fMRI z 7-miesięcznymi niemowlętami Blasi et al. (2011) pokazał, że nielingwistyczne wokalizacje wywoływały większą obustronną, ale prawostronną, wyższą aktywację zakrętu skroniowego i sulcus w stosunku do nielokalnych dźwięków środowiskowych. Pod względem wczesnych podstawowych asymetrii strukturalnych związanych z językiem, O ’ Moircheartaigh et al. (2013) odnotowano wiele asymetrii uwarunkowanych wiekiem w mielinizacji materii białej między 1 A 6 rokiem życia, które były związane z aspektami biegłości językowej ocenianymi przez skalę Mullensa wczesnego uczenia się. W badaniu z dziećmi w wieku wczesnoszkolnym (w wieku 5-6 lat) Brauer and Friederici (2007) wykazali, że aktywacja przez bierne słuchanie zdań była nieco mniej opóźniona niż u dorosłych, ale dzieci i dorośli byli dość podobni w swoim profilu aktywacji perisylvian. Dwa wczesne badania obrazowe rozumienia języka słuchowego u małych dzieci sugerują również, że wczesne przetwarzanie języka jest głównie dwustronne, aktywując dolny zakręt czołowy (IFG)i korę skroniową (Booth et al., 2000; Ulualp, Biswal, Yetkin, & Kidder, 1998).

Inne rozwojowe badania fMRI wykorzystujące produkcję języka koncentrowały się również na identyfikacji wzorców lateralizacji języka u osób (Berl et al., 2014, Gaillard et al., 2004) nad zadaniami (Bookheimer, Zeffiro, Blaxton, Gaillard, & Theodore, 2000; De Guibert et al., 2010; Lidzba, Schwilling, Grodd, Krägeloh-Mann, & Wilke, 2011) i nad modalnościami odpowiedzi (Croft, Rankin, Liégeois, Banks, & Cross, 2013). Ogólnie rzecz biorąc, badania rozwojowe wskazują, że chociaż większość dzieci w wieku szkolnym wykazuje reakcje lewostronne, istnieją różnice indywidualne i zależne od zadań. Opisano również związane z wiekiem zmiany lateralizacji. Na przykład Szaflarski, Holland, Schmithorst, and Byars (2006) wykazali, że aktywacja neuronowa dla tajnego zadania generowania czasowników stawała się coraz bardziej lewicowa-lateralizowana między dzieciństwem a dorastaniem. W szczególności, zmiany związane z wiekiem w obrębie tak zwanego obszaru Broca były przedmiotem wielu rozwojowych badań językowych(recenzowane w Berl et al., 2014). Jednak wnioski, które można wyciągnąć, wydają się zależeć od przedziału wiekowego danej próby, a także konkretnych wymagań zadaniowych. Ogólnie rzecz biorąc, badania, które wykorzystały płynność werbalną lub zadania kategoryzacji mają tendencję do wykazywania związanego z wiekiem wzrostu aktywacji w stosunku do lewego IFG (Holland et al., 2001), podczas gdy badania wykorzystujące zadania semantycznego asocjacji mają tendencję do wywoływania różnic w stosunku do właściwego IFG (Booth et al., 2003; Chou et al., 2006). Jeszcze inne badania donoszą, że zmiany aktywacji i zwiększenie lateralizacji lewej w IFG są związane z wiekiem (Berl et al., 2014) lub performance (Bach et al., 2010; Blumenfeld, Booth, & Burman, 2006).

wiele z tego, co wiemy o neuronalnym rozwoju produkcji językowej, opiera się na serii ważnych badań rozwojowych z wykorzystaniem dobrze scharakteryzowanych zadań neuropsychologicznych dorosłych i/lub fMRI. Należą do nich proste powtarzanie słów do dźwięku (Church, Coalson, Lugar, Petersen, & Schlaggar, 2008), jawne czytanie słów (Church et al., 2008; Grande, Meffert, Huber, Amunts, & Heim, 2011; Heim et al., 2010; Schlaggar & McCandliss, 2007), generowanie słów do kategorii (Gaillard et al., 2000, 2003) lub bardziej „metalinguistycznych” zadań, takich jak czasownik, rymowanie lub generowanie antonimów do czytanego lub słyszanego słowa cue (Brown et al., 2005; Holland et al., 2001; Schapiro et al., 2004; Schlaggar et al., 2002; Szaflarski, Schmithorst, et al., 2006).

w przełomowym badaniu Brown i współpracownicy (2005) badali dużą grupę dzieci i dorosłych wykonujących jawne zadania generowania słów (rymowanie, czasownik i generacja przeciwna). Porównując dorosłych i dzieci z podobną dokładnością / czasem reakcji w tych zadaniach, zidentyfikowali regiony, w których obserwowano związane z wiekiem zmniejszenie (obustronny przyśrodkowy czołowy, ciemieniowy, potyliczno-skroniowy i kora cingulata) oraz związane z wiekiem zwiększenie aktywności (lewy boczny i przyśrodkowy czołowy region). W przeciwieństwie do tego, porównując dorosłych i dzieci, których wydajność różniła się, zmiany odnotowano w prawej korze czołowej, przyśrodkowej korze ciemieniowej i tylnej cingulate i kory potylicznej obustronnie. Wyniki te sugerowały zwiększoną aktywność w nowo zrekrutowanych regionach, takich jak kora czołowa, nad rozwojem i zwiększoną specjalizację aktywności we wcześniejszych regionach przetwarzania, takich jak kora zewnątrzkomórkowa.

Ostatnio Krishnan, Leech, Mercure, Lloyd-Fox, and Dick (2014) użyli obrazu nazywającego paradygmat fMRI o wielu poziomach złożoności, aby zrozumieć, w jaki sposób dzieci w wieku szkolnym (w wieku 7-12 lat) i Młodzi dorośli reagowali na rosnące wymagania przetwarzania. Odkryliśmy, że organizacja neuronalna nazewnictwa była w dużej mierze podobna w dzieciństwie i dorosłości, gdzie dorośli mieli większą aktywację we wszystkich warunkach nazewnictwa nad żyrem skroniowym podrzędnym i żyrem skroniowym nadrzędnym/żyrem supramarginalnym. Jednak złożoność nazewnictwa dotyczyła dorosłych i dzieci zupełnie inaczej. Aktywacja neuronowa, zwłaszcza nad grzbietowo-boczną korą przedczołową, ale także w prawym tylnym górnym sulcus skroniowym (STS), wykazała zależny od złożoności wzrost u dorosłych, ale zależny od złożoności spadek u dzieci. Różnice te prawdopodobnie odzwierciedlają większy repertuar językowy dorosłych, zróżnicowane wymagania poznawcze i strategie podczas wyszukiwania i produkcji słów, a także zmiany rozwojowe w strukturze mózgu. Oczywiste jest, że w latach gimnazjalnych i Licealnych w organizacji neuronalnej muszą nastąpić znaczne zmiany, jeśli chodzi o nawet dość podstawowe umiejętności językowe. W tym duchu Ramsden et al. (2011) stwierdził, że zmiany w słownym IQ poszczególnych pacjentów między wczesnym a późnym okresem dojrzewania były związane ze zmianami w „gęstości szarej materii” w lewym brzusznym obszarze somatomotorycznym, w którym ci sami pacjenci wykazywali również aktywację fMRI związaną z artykulacją.

z aktywizacją do rozumienia zdań wiążą się także indywidualne różnice w sprawności językowej i gramatycznej. Na przykład aktywacja przez IFG do rozumienia złożonych zdań koreluje z indywidualnymi różnicami w zdolnościach gramatycznych (Knoll, Obleser, Schipke, Friederici, & Brauer, 2012; Nuñez et al., 2011) i znajomość słownictwa (Yeatman, Ben-Shachar, Glover, & Feldman, 2010), a nie wiek.3 w połączonym badaniu czynnościowym i strukturalnym MRI z dziećmi w wieku szkolnym, młodzieżą i dorosłymi, Richardson, Thomas, Filippi, Harth, and Price (2010) stwierdzili, że indywidualne różnice w wielkości słownictwa były pozytywnie skorelowane z aktywacją rozumienia zdań słuchowych w lewym tylnym STS i z „gęstością istoty szarej” w tym samym regionie. Wyniki te sugerują, że proces uczenia się języka znacznie rzeźbi sieci leżące u podstaw przetwarzania języka, nawet dość późno w rozwoju.