Rapid formation and activation of lexical memory traces in human neocortex

Show full item record



Permalink

http://urn.fi/URN:ISBN:978-951-51-3069-3
Title: Rapid formation and activation of lexical memory traces in human neocortex
Author: Kimppa, Lilli
Contributor: University of Helsinki, Faculty of Medicine, Medicum, Department of psychology and logopedics
Publisher: Helsingin yliopisto
Date: 2017-04-20
Language: en
URI: http://urn.fi/URN:ISBN:978-951-51-3069-3
http://hdl.handle.net/10138/178917
Thesis level: Doctoral dissertation (article-based)
Abstract: Rapid learning of new words is crucial for language acquisition, and frequent exposure to spoken words is a key factor for the development of vocabulary. More frequently occurring (and thus more familiar) words can, in turn, be expected to have stronger memory representations than less frequent words. The neural mechanisms underlying these representations are, however, largely obscure. Even less is known about the mechanisms related to the initial acquisition of new word-forms and build-up of lexical representations. The current thesis investigated how the neural traces are activated when known and novel spoken words are perceived, and how they can be formed when novel words are first encountered and repeated. The neural processes of word memory-trace activation and rapid formation were studied in adults and children using event-related potentials. In adults, words with high frequency of occurrence elicited greater neural responses than low frequency words or meaningless pseudo-words already at ~120 ms after the time when they could be identified. Higher frequency words activated predominantly left frontal and anterior temporal cortices while the low frequency and pseudo-words showed a more bilateral temporal cortex activity. Neural dynamics during brief exposure to novel word-forms showed a rapid response increase at ~50 ms. This enhancement was associated with behaviourally-established memory performance on the novel words, confirming the relation of this neural dynamics to word learning. The enhancement, originating in the left inferior frontal and posterior temporal cortical sources, was specific to phonologically native word-forms and, furthermore, independent of whether the spoken sounds were ignored or attended to, suggesting a high degree of automaticity in native word-form acquisition. For novel word-forms with non-native phonology, such a response enhancement was not significant, while the response to known words attenuated over exposure, likely reflecting repetition-related suppression. Furthermore, individual language experience influenced the neural learning dynamics such that greater number of previously acquired non-native languages with earlier average age of acquisition predicted larger response enhancement to novel non-native word-forms whereas later average age of acquisition predicted greater increase to attended novel native words. Finally, a rapid response increase to an ignored novel native word-form in brief exposure was also observed in school-age children, and was underpinned predominantly by left prefrontal cortex and associated with writing accuracy. Remarkably, children with dyslexia failed to show such neural dynamics, suggesting deficient mechanism for automatic spoken word acquisition in dyslexia, a finding potentially relevant for further clinical research. In sum, the results suggest that exposure is key in defining the strength of perisylvian memory traces for words that can be formed rapidly and automatically in adults and typically developing children.Uusien sanojen nopea oppiminen on ratkaisevan tärkeää kielenoppimisessa ja toistuva altistuminen puhutuille sanoille on keskeistä sanavaraston kehittymisen kannalta. Toistuvammin esiintyvien (ja näin ollen tutumpien) sanojen muistiedustumien oletetaan olevan vahvempia verrattuna harvemmin esiintyvien sanojen edustumiin. Näiden edustumien taustalla olevat hermostolliset mekanismit ovat kuitenkin laajalti tuntemattomat. Vielä vähemmän tiedetään mekanismeista, jotka liittyvät uusien sanahahmojen oppimisen alkuvaiheisiin ja edustumien muodostumiseen osaksi sanastoa. Tässä väitöskirjassa selvitettiin, miten muistijäljet aivoissa aktivoituvat havaittaessa tuttuja ja uusia puhuttuja sanoja, sekä miten muistijäljet muodostuvat uusia sanoja ensi kertaa ja sen jälkeen toistuvasti kuultaessa. Muistijälkien aktivoitumisen ja nopean muodostumisen hermostollista perustaa tutkittiin aikuisilla ja lapsilla rekisteröimällä tapahtumasidonnaisia jännitevasteita. Tulokset osoittavat, että aikuisilla sanat, joilla oli korkeampi esiintymistaajuus, saivat aikaan suuremman aivovasteen kuin matalamman esiintymistaajuuden sanat tai merkityksettömät epäsanat. Vaste esiintyi jo ~120 ms sanan tunnistusajankohdan jälkeen. Korkeamman esiintymistaajuuden sanat aktivoivat pääasiallisesti vasemman otsalohkon ja etummaisen ohimolohkon aivokuoria, kun taas matalan taajuuden sanoille ja epäsanoille syntyneet vasteet havaittiin ohimolohkojen aivokuorella pään molemmin puolin. Lyhyt altistuminen uusille sanoille sai aikaan nopean aivovasteen kasvun. Tämä kasvu oli yhteydessä uusien sanojen mieleenpalauttamiseen ja tunnistamiseen altistuksen jälkeen, mikä vahvisti käsitystä, että aivovasteessa tapahtunut muutos liittyi sanojen oppimiseen. Vasteen kasvu oli peräisin vasemman aivopuoliskon alemman otsalohkon ja taemman ohimolohkon aivokuorilta. Se oli merkitsevä vain äidinkielisiä äänteitä sisältäville uusille sanoille ja esiintyi huolimatta siitä, kohdistettiinko tarkkaavaisuus sanoihin vai ei, viitaten äidinkielisten sanojen oppimisen olevan pitkälti automaattista. Vieraita äänteitä sisältäville sanoille syntyneessä vasteessa ei tapahtunut merkitsevää kasvua ja ennestään tutuille sanoille syntynyt vaste heikentyi altistumisen seurauksena todennäköisesti toistamiseen liittyvän suppression johdosta. Lisäksi kokemus kielten oppimisesta vaikutti neuraalisen oppimisen yksilölliseen vaihteluun siten, että aiemmin opeteltujen vieraiden kielten suurempi määrä yhdistettynä keskimäärin aikaisempaan aloitusikään oli yhteydessä suurempaan aivovasteen kasvuun uusille vierasperäisille sanoille. Myöhäisempi aloitusikä sen sijaan ennusti suurempaa kasvua uusille äidinkielisille sanoille. Myös kouluikäisillä lapsilla lyhyt altistuminen uusille äidinkielisille sanoille johti aivovasteen kasvamiseen. Vasteen kasvun perusta oli pääosin vasemman etuotsalohkon aivokuorella ja se oli yhteydessä kirjoitustarkkuuteen. Sen sijaan lapsilla, joilla oli lukihäiriö, ei tapahtunut vastaavanlaista vasteen kasvua viitaten puutteelliseen sanojen oppimisen aivomekanismiin lukihäiriössä. Tulosten perusteella olennaista sanojen neuraalisten muistijälkien vahvuudelle on niille altistuminen, minkä avulla muistijäljet voivat muodostua nopeasti ja automaattisesti aikuisilla ja tyypillisesti kehittyvillä lapsilla.
Subject: psykologia
Rights: This publication is copyrighted. You may download, display and print it for Your own personal use. Commercial use is prohibited.


Files in this item

Total number of downloads: Loading...

Files Size Format View
RAPIDFOR.pdf 2.923Mb PDF View/Open

This item appears in the following Collection(s)

Show full item record