2010年1月21日,星期四

Disentangling 句法 and 清晰度 -- Or how to disprove two theories with one experiment

我既爱又恨安格拉·弗里德里希(Angela Friederici),桑娅·科茨(Sonja Kotz),索菲·斯科特(Sophie Scott)和乔纳斯·奥伯塞(Jonas Obleser)的最新论文,标题为 Disentangling 句法 and 清晰度 in auditory language comprehension。该文件位于以下位置的“早期查看”部分: 人脑映射.

这就是我喜欢它的原因。我不同意文学中关于语言神经科学的许多主张。其中之一是索菲·斯科特(Sophie Scott)的说法,即语音识别是一种左半球功能,主要涉及前颞区。另一个是安吉拉·弗里德里希(Angela Friederici)的说法,布罗卡(Broca)地区的一部分(BA44)对于“分层结构处理”至关重要。在这篇新论文的研究报告中,弗里德里希(Friederici)和斯科特(Scott)合作,证明这两种说法都是不正确的。我喜欢这个

我对该论文的讨厌之处在于,作者似乎并没有意识到他们的新数据为他们先前的主张提供了有力的证据,并且实际上认为它支持了他们的观点。

那么他们做了什么? The experiment is a nice combination of the 清晰度 studies that Scott has published and the syntactic processing studies that come out of Friederici's lab. It was a 2x2 design: grammatical sentences versus ungrammatical sentences x intelligible versus 难以理解 (spectrally rotated) sentences.

他们发现了什么? The intelligible minus 难以理解 contrast showed bilateral activation up and down the length of the STG/STS, i.e., not just in the left hemisphere and not just anterior to Heschl's gyrus. This contradicts previous studies from Scott's group, particularly with respect to the right hemisphere activation, as the current paper correctly pointed out:

...the right-hemispheric activation in response to increasingly intelligible speech deviates from the original papers on 清晰度 [Narain et al., 2003; Scott et al., 2000]. (p. 6)


简而言之,已经显示出驱动可理解语音的左前路声称的主要数据是不准确的。这并不令人惊讶,因为以前的研究严重处于动力不足状态。

结论#1:“可理解语音的路径”是双向的,涉及STS / STG的前部和后部。

Broca的区域和层次结构的建设如何? In fairness, most of the paper was about the STG/STS and not about Broca's area, but the role of Broca's area was addressed and of course it is perfectly fair to use data from this study to address a hypothesis proposed by Friederici in other papers. If Broca's area is involved in hierarchical structure building, then it should activate during the comprehension of sentences, which surely are hierarchically structured. Thus, the intelligible (structured) minus 难以理解 (unstructured) contrast should result in activation of Broca's area. Yet it did not. The contrast between intelligible and 难以理解 sentences resulted only in activation in the superior temporal lobes.

结论#2:无需Broca参与区域即可实现分层结构的构建。

因此,根据这些发现,如何维持这样一种观点,即可理解的语音主要涉及左半球,而句法(等级)处理则涉及Broca的领域?这一切都取决于对那些讨厌的不合语法的句子的反应。

这是他们的论证所依据的假设:句法处理实际上仅在处理非语法句子时才显示出来。他们没有用这些术语陈述这一点,但这是您必须假定他们的论据起作用的前提。马上,我们对这个假设有疑问。当您听不合语法的句子时,这不仅使句法处理混乱,而且还增加了语义整合过程的负担,并且谁知道通过听诸如“被吃掉”,这是他们使用这种违规行为的一个例子。实际上,甚至可能会争辩说,处理一个不合语法的句子会导致句法处理机制关闭,反而提高了认知解释策略。因此,除了突出语法之外,这种操作还可以突出非语法理解策略!

那么,当您听不合语法的句子和频谱旋转的不合语法的句子时会发生什么呢?

不合语法的句子减去不合语法的句子(仅难以理解)会激活左右上颞叶,Broca区域(左BA 44)和左丘脑。因此,“句法”效应在颞上叶是双侧的,但至少现在我们有Broca区域活跃。

然后,作者采用了两个主要对比(智能/非智能和格拉姆-非语法)中定义的这七个ROI,提取了峰附近信号变化的百分比,并进行了后续的方差分析来评估相互作用。这些互动真正推动了他们的争论。但是,我们现在遇到另一个问题,即定义ROI的数据并不独立于随后使用ANOVA进行分析的数据。因此,我们无法确定所报告的效果是否有效。尽管如此,让我们假装他们看到结论是否有意义。

这是相互作用的图表:



The claim here is that "句法" (i.e., greater response to ungrammatical) and 清晰度 (i.e., greater response to intelligible) significantly interacted only in the left hemisphere ROIs, and indeed in all of them, including BA 44 and the thalamus. Therefore these regions represent the critical network, according the Friederici et al., because they are responding to the syntactic features in intelligible speech and not merely acoustic differences which are present in the 难以理解 speech as well. Something is very wrong with this logic even beyond the possible invalid assumption and analysis methods noted above.

Consider the response pattern in BA 44. Zero response to normal syntactically structured sentences (which presumably requires some degree of syntactic processing), significant activation to intelligible ungrammatical sentences, significant (or so it seems) activation to UNINTELLIGIBLE versions of grammatical sentences, and no activation to 难以理解 versions of ungrammatical sentences. What possible syntactic computation could be invoked BOTH by a grammatical violation and 难以理解 噪音 but not by grammatical sentences? And this pattern is considered part of the intelligible speech/syntactic processing system whereas the right anterior STS, which shows a very robust 清晰度 effect and no obvious effect of violation is not. I would suggest instead that because the right STS area is actually responding to sentences and not just broken sentences or spectrotemporal noise patterns that the right STS is more likely involved in sentence processing.

最后,Friederici等人的整个论据基于(i)关于其“句法”操纵的可能无效假设,(ii)可能受到污染的统计分析,以及(iii)关于什么才算作“这些语言刺激的处理过程中涉及的区域。

基本发现非常重要,因为它们证实了语音识别和现在的“可理解语音的途径”是双向的,并且在正常的句子理解过程中Broca的区域保持沉默,因此不参与基本的句法/层次结构的构建。

参考文献


Friederici AD, Kotz SA, Scott SK, & Obleser J (2009). Disentangling 句法 and 清晰度 in auditory language comprehension. 人脑测绘 PMID: 19718654

Narain,C.,Scott,S.K.,Wise,R.J.,Rosen,S.,Leff,A.,Iversen,S.D。,和Matthews,P.M。(2003)。使用fMRI定义特定于可理解语音的左旋反应。 Cereb Cortex,13(12),1362-1368。

斯科特(Scott,S. K.),布兰克(Blank),C.C。,罗森(Rosen)和Wise,R.J. S.(2000)。识别左颞叶可清晰语音的途径。脑,123,2400-2406。

斯科特(Scott,S. K.)和怀斯(Wise,R.J.)(2004)。言语感知中词首加工的功能性神经解剖学。认知,92(1-2),13-45。

6条评论:

乔纳斯 said...

格雷格,让我尽量保持简洁。首先,感谢您对我最近发表的这篇文章的报道,我很荣幸成为高级作者。没有不好的宣传。更严重的是,我不得不评论一些事情。

在目前的经典TB风格中,您对此特定研究提出了一些颇有争议的主张。我希望我是–除了通常涉及的虚荣,如果它是一个’s own paper –很高兴对此发表评论,因为我对BA 44既没有强烈的感情’在我们开始这项工作之前,没有涉及到右半球的工作,我认为这将是一个非常简单的实验。绝对不是关于“in the eaten”是可能的最佳语法操作,还是旋转语音是否是最佳的声音基线(它肯定比您所说的更好)“noises”)。关于这些以前是否广泛–使用的操作可以告诉我们有关前STG和前STS在处理(例如:声音操作或(例如:)结构操作)中相对参与的任何信息。

我确实认为这是可行的:到目前为止,它为我们提供了关于此类功能描述的最佳个人内部证据(令您惊讶的是,您没有评论或购买我们数据的这一主要方面),并且还有更多其他信息旁边。您已选择主要针对BA 44挑选结果(并得出扩展的结论)。

All this should best be resolved by great new experiments we should all go and run and submit to peer 评论. I will not further spam the TB comment form now.

但是,最重要的是,您对我们的数据分析以及我们的结果均无效,只是半心半意地变相使我有些沮丧。是的,ROI方差分析基于与小组分析相同的个体和试验;但是,我们从不 声称 them to be independent. This is a difference. They show nothing that you could not in principal conclude from the SPM group analyses and the main results (left-hemispheric dominance for syntactic processes; STG peaks for 句法 violation, while STS peaks for 清晰度) are all contained in the SPM group data also. The ROI ANOVAs and bar graphs are just another side of the same medal and they help to illustrate and clarify things; not more, but also not less. Had I refrained from including the ANOVA interaction test, I probably would have to argue with you over bar heights now.

汤姆 said...

嗨,格雷格,

我没有’关于这项研究的句法要素尚无话可说,但我同意可理解语音的左偏处理的想法,而本文并未't change my mind. I’下面将解释原因。

我想每个人都会同意‘speechy’东西双向激活颞叶。我也不要’认为许多人对这样一种观念存在疑问,即通常而言,受到关注的刺激可能会更加活跃。为了解释任何一种可理解的> 难以理解 contrast, therefore, it’s crucial that the experimental design ensures that intelligible and 难以理解 conditions are 在 tended to equally. This is difficult as, under normal conditions, an intelligible sentence will engage a listener for longer than a sequence of meaningless noise of equal length. This study makes no 在 tempt to ensure the 难以理解 condition is 在 tended to. It’因此,减法可理解就不足为奇了> 难以理解 shows greater activation bilaterally. What we are seeing here is the entire network for ‘speechy’加工即声音/语音/语音/语义/说话者身份等等,其中很多(尽管不一定全部)将是双边组织的。这不是’t a true ‘intelligibility’对比,可能只是显示注意调制对听觉/语音系统的影响。

您提到的Scott和Narain研究确实显示了左半球对可理解性的偏爱>频谱旋转语音在两个关键方面与当前研究有所不同。 (1)在这些研究中,扫描仪内任务并非完全被动。要求受试者‘try to understand’刺激。这不会’通常,这是确保同等关注这两种情况的一种特别好的方法,因为受试者可能会‘switch off’在频谱旋转语音的最初几秒钟之后,很明显语音无法理解。但是,在这两项研究中,但不是当前研究中,‘vocoded’ degraded speech condition was also present, and (2) crucially, subjects were trained to understand 声码 speech before they were scanned. My guess is that this training caused the subjects to subsequently 在 tend more to both the 声码 degraded speech and the ‘unintelligible’旋转的语音,因为他们现在更有可能更努力地从奇数中提取含义‘speechy’ auditory stimuli. The intelligible and 难以理解 conditions are therefore slightly better matched for 在 tention and the left-hemisphere activation predominates here.

What happens when the intelligible and 难以理解 conditions are 在 tended to equally? Alex Leff and I published a study a year or so ago where we tried to make this happen (a discussion can be found 您博客的其他地方). We used short speech stimuli (two word idioms of ~2sec. length) and used time-reversed speech as a control. In the scanner, subjects were asked to decide the gender of the speaker for each phrase. The accuracy rates for the in scanner task showed that both conditions were 在 tended to equally. Result - the 清晰度 contrast was very strongly left-lateralised. We had 26 subjects, so power isn’一个问题。如果处理可理解的语音参与了双边系统,我们应该已经看到一些右半球的东西,但是我们没有't.

格雷格希科克说过...

嗨乔纳斯,

谢谢你的评论。正如您所收集的那样,我对实验本身的目标没有特别的疑问,并且正如我所指出的,我当然相信它可以提供重要的信息。我所遇到的问题,显然与您自己的倾向很正交,是相对于斯科特和弗里德里奇的现有建议对研究结果的解释。这就是我在结核病中所关注的"review".

关于语法操纵和非语法操纵,我说我'从来都不是超级粉丝。原因是我不知道't know (and I don'认为没有人知道)对不合语法的句子的反应实际上反映了什么。 (人们可能会更了解EEG,但使用fMRI可以'这些操作可能不是敲击语法,在这种情况下,整个解释的逻辑将受到破坏。从这个意义上说,我'm not sure what we have learned from the interaction of 清晰度 and "syntax"。你不同意吗?您是否真的认为对不合语法的句子的反应仅仅是某种句法计算的度量?还是您会承认这可能是语义上的,或者是其他对异常的认知反应?

关于独立性,我不'这并不意味着让任何人感到不安,但是坦率地说,对用于选择要分析的数据的数据进行统计分析是两次重复统计,因此存在偏见-不应发布该数据,我敦促您重新进行分析并发布勘误表,以便我们知道该发现是否真实。如果使用独立数据,结果可能会一样。但是我们只是不't know.

格雷格希科克说过...

你好汤姆,

We have a forthcoming article in Cerebral Cortex in which we completely replicated the Scott/Narain experiments with noise 声码 speech, pre-training and all (but with more subjects) and found robust bilateral activity.

所以让我问你这个问题:"intelligibility"系统如此强烈地处于支配地位,为什么'左颞叶破坏会导致耳聋吗?

汤姆 said...

嗨,格雷格,

I'd在我对此发表评论之前,需要先看一下您的大脑皮质文章,但是如果您确保所有条件都得到平等对待,但仍然看不到左半球偏爱,那么我保证我会'我会重新考虑我的位置。

在重新。言语性耳聋,这是一个杀手point,使任何声称右半球无法从语音信号中提取任何含义的语音感知理论都无效。您可能还提到过您的出色 WADA研究 提出相同的观点。是的,它'确实,左半球受到广泛的破坏'不能使您的言语理解能力落到实处,但确实可以使您脱颖而出(>25% error rate on 单字 根据您的WADA结果停用左半球后-令人震惊的糟糕表现)。数十年来的神经心理学告诉我们这一点,而且我们不'通常在右半球受到类似的损伤后,最终会导致语言理解困难(<WADA向右下摆后的错误率为5%)。在实验室外,左半球失语症患者及其护理人员通常会报告理解口语的问题-这是'下摆的情况。耐心。相对而言,左颞叶干得很好,而右颞叶则很不好。唐't you think it'找出那是什么很重要吗?

I'我坚信右半球也在处理与语音相关的信息的有用方面,但是在实验室条件下,它处理的信息不会'对于理解口语和简单句子形式的可理解语音而言,这似乎至关重要。

格雷格希科克说过...

汤姆,你说的很对。确实,这些是我们需要关注的问题:两个半球'有助于语音感知/识别,它们各自的作用是什么?

不幸的是,有些人仍在对可理解的语音和/或语音感知的左半球组织做出广泛的陈述。例如这里's来自Rauschecker的报价&斯科特(2009)自然神经科学:“语音感知和产生在人脑中被偏侧化…”(第720页)。这些说法使一个事实是,左半球独自完成所有事情,这对我认为是不利的。

为了使您对Wada研究的评论合格,左半球失活的患者的语音错误率低于10%。可以确定要放下天花板,但是对于没有"语音理解的途径".

所以你这么说"相对而言,左颞叶干得很好,而右颞叶则很不好。唐't you think it'找出那是什么很重要吗? "是的,事实上,David和我一直在努力解决这个问题,并提出各种层次的分析(语音,词法,句法)具有不同程度的偏侧化。我很想辩论这些细节,但是要让人们停止思考正确的半球唯一可以做的就是韵律,这一直是很难的。