Universidade Federal do Rio de Janeiro
Thiago Motta Sampaio
[email protected]
Levels of representation in the electrophysiology
of Speech Perception
Colin Phillips 2001
Cognitive Science
Será possível conciliar Linguística com a
Neurociência?
POEPPEL & EMBICK
Granularity Mismatch Problem:
Ontological Incommensurability
Problem:
Linguistic
and
neuroscientific
studies of language operate with
objects of different granularity.
The units of Linguistic computation
and the units of
neurological
computation are incommensurable.
Estudos em Neurociência
ESTUDOS EM NEUROCIÊNCIA
Sistema Visual
HUBEL & WIESEL
Motivação
Relatos
de casos
médicos
em
que
pacientes com certas
enfermidades oculares
perdiam a visão seletiva
Hipótese
Deve
haver
especialização
celular para a
visão.
Experimento 1 – Período Crítico
Implementação
Em 1952 haviam sido
desenvolvidos
microeletrodos capazes de
gravar a atividade de um
único neurônio
Experimento 2 – Representação Visual
Postulação da Retinotopia
ESTUDOS EM NEUROCIÊNCIA
Sistema Auditivo
GEORGE VON BÉKÉSY
Como as fibras da membrana
próximas à janela oval são mais
rígidas e as fibras do topo da cóclea,
são menos rígidas, as ondas dos sons
agudos atingem altura máxima perto
da base da cóclea e as de sons graves
próximo ao seu ápice.
Hipótese
Helmholtz acreditava que a
frequencia das ondas de som
acabam indo para locais
específicos da membrana
basilar
para
serem
processados
Um outro detalhe é que freqüências sonoras específicas ativam neurônios correspondentes
também específicos. Isso é particularmente eficiente no córtex auditivo, onde a faixa de
freqüência para cada neurônio é muito estreita.
No córtex auditivo primário e nas áreas auditivas de associação Békésy encontrou pelo menos
seis mapas tonotópicos. Na maioria dos mapas, os sons de baixa freqüência estão localizados
anteriormente, enquanto os de alta freqüência se localizam posteriormente.
Postulação da Tonotopia
Estudos em Linguística
ESTUDOS LINGUÍSTICO-FILOSÓFICOS
Arbitrariedade do Signo
Português
Inglês
Francês
Borracha
Eraser
Gomme
Menina
Girl
Fille
Camundongo*
Mouse
Souris
Cama
Bed
Lit
Janela
Window
Fenêtre
Caneta
Pen
Stylo
Lápis
Pencil
Crayon
Teclado
Keyboard
Clavier
* Existe uma raíz que é compartilhada pelas três línguas para este significado : Rato/Rat/Raton.
ESTUDOS LINGUÍSTICO-FILOSÓFICOS
Arbitrariedade Saussureana
Português
Inglês
Francês
Livro
Book
Livre
Relógio
Clock
Horloge
Ferro
Iron
Fer
Muro
Wall
Mur
Século
Century
Siècle
Amigo
Friend
Ami
ESTUDOS LINGUÍSTICO-FILOSÓFICOS
Arbitrariedade Saussureana
Português
Inglês
Francês
Globo
Globe
Globe
Gato
Cat
Chat
Disco
Disk
Disque
Papel
Paper
Papier
Bola
Ball
Ballon
Música
Music
Musique
Ciência
Science
Science
Curso
Course
Cours
Estudos em Filosofia
ESTUDOS LINGUÍSTICO-FILOSÓFICOS
Aitia / Causas /Qualia
Aristoteles
final
eficiente
LIVRO
material
formal
Proposta da Biolinguística
ESTUDOS LINGUÍSTICO-PSICO-BIOLÓGICOS
Noam Chomsky
Ferdinand de Saussure
Menon
Genie: The Wild Child
Fonologia
ARBITRARIEDADE SAUSSUREANA
[g] + [a] + [t] + [u]
Gato
Existem várias evidências que mostram que esta relação não se trata de um
“simples” mapeamento som-significado mas que existem diversos níveis de
representação linguística envolvidos neste processo.
OBJETIVO
DESCOBRIR COMO O CÉREBRO HUMANO TRABALHA ESTES
DIFERENTES NÍVEIS DE REPRESENTAÇÃO
SPEECH PERCEPTION
Níveis de Representação Conhecidos
Acústica
Fonética
Fonológica
Semântica
/gato/
[g] + [a] + [t] + [u]
Recepção
pelos
estereocílios
das
ondas resultantes da
variação de pressão
do ar.
Percepção inváriavel
independente
da
língua do falante
Codificação
dos
traços acústicos em
fones
No nível fonético a
língua nativa começa
a ter influência na
percepção auditiva
Distinções linguisticamente relevantes
seriam representadas com maior força do
que as irrelevantes
Nível mais abstrato onde
as informações fonéticas
ganham uma Forma “FonoLógica” capaz de ativar as
entradas
enciclopédicas
durante o processo de
Acesso Lexical.
Fonológico
Fonético
[t] - tato
/T/
[t∫] – t[h]iago
[X/h] - carro
/R/
[ř] – parto (gaúcho)
Fonológico
/R/
Fonético
Brinca[Ø]
Brinca[ř]
Brinca[X]
Brinca[h]
Percepção Fonética em Crianças
Os bebês nascem como “ouvintes universais”
com a capacidade de distinguir contrastes
sonoros relevantes para quaisquer das possíveis
línguas naturais.
(Streeter, 1976; Werker & Tees, 1984; Jusczyk, 1997).
Crianças têm boa percepção para sons de diferentes
categorias fonéticas e baixa percepção para sons da
mesma categoria:
Vozeamento /T-D/
(Eimas et al. 1971)
Oclusivas / Glide /B-W/
(Eimas 1974)
R / L (Japonês)
(Eimas & Miller 1980)
Local de Articulação
(Eimas 1975)
Percepção Fonética em Crianças
PERCEPÇÃO CROMÁTICA
(Mehler 194)
Percepção Fonética em Crianças
Variação Acústica
Colin Phillips
Percepção Fonética em Crianças
[dæ]
[tæ]
Variação Acústica
Colin Phillips
Percepção Fonética em Crianças
within
category
between
category
[dæ]
[tæ]
Variação Acústica
Colin Phillips
60 msec
Representação Fonológica
Percepção Fonética em Crianças
e e/ö ö õ o
Colin Phillips
Percepção Fonética em Crianças
PERCEPTUAL MAGNETS
Representação Fonológica
Acústica
Fonética
Fonológica
/gato/
[g] + [a] + [t] + [u]
within
category
between
category
[dæ]
[tæ]
Semântica
Percepção Fonética em Crianças
Existe o argumento de que as representações inatas que a
criança utiliza na aquisição refletem os limites naturais da
representação acústica que os seres humanos compartilham
com outros animais
Kuhl (1991b).
Estas ideias baseiam-se em trabalhos que mostram que
animais apresentam efeitos de percepção categorial para
certos contrastes da fala.
Kuhl & Miller (1975); Kluender et al. (1987)
Aos 6 MESES as crianças apresentam
sensibilidade para as vogais de sua língua
nativa
Kuhl et al. (1992)
Aos 10 MESES as crianças só conseguem
perceber com eficiência os contrastes
fonéticos de sua língua nativa.
Werker (1995)
Learning through Unlearning
Jacques Mehler (1994)
Phonetic Bootstrapping
Fonética > Fonologia[?] > Fonotática > Limites de Palavra > Palavras
Komu jsi co řekl?
- O que você contou a quem?
Percepção Fonética em Crianças
Structure-Changing Approach
PATRICIA KUHL
As crianças iniciam a aquisição como ouvintes universais, e ao
adquirir sua língua materna, apagam os limites categoriais que são
irrelevantes para sua língua.
Structuring Adding Approach
JANET WERKER
As crianças iniciam a aquisição como ouvintes universais e, ao
adquirir sua língua materna, operam uma sobreposição da
estrutura fonética de sua língua à estrutura universal.
Percepção Fonética em Crianças
Neurociência da Linguagem
Identificação de Atividade Cortical
Hemodinâmicos
fMRI
imagem por
ressonância
magnética
funcional
NIRS
Near InfraRed
Spectography
Eletromagnéticos
EEG
MEG
eletroencefalografia magnetoencefalografia
350
Patricia Kuhl
Respostas Neurofisiológicas em Speech Perception
Os estudos em eletrofisiologia da fala focam duas respostas:
O M100 / N100 parece
ser sensível a qualquer
estímulo
acústico,
independente
da
atenção do sujeito ou da
tarefa proposta.
Porém
sua
latência,
amplitude e localização
pode variar de acordo
com o estímulo (Poeppel
et al. 1996)
Numa sequência de sons
idênticos stadards que são
interrompidas por um som
não-convencional
infrequente
pode
ser
identificado o componente
MMF / MMN, também
independente da atenção
do sujeito.
Este componente é o
paradigma mais produtivo
em eletrofisiologia da fala
revelando a existência de
diferentes
níveis
de
representação.
Respostas Neurofisiológicas em Speech Perception
M100 RESULTS
DAVID POPPOEL
- Sensível à variação da categoria da vogal (/a, i, u/);
- Especialmente sensível à variação de altura da vogal;
- Quase que insensível à variação de pessoa (i.e. voz masculina
vs. feminina)
- O M100 consegue identificar importantes pistas para a
categorização da vogal, mas não indica como elas são
representadas.
Respostas Neurofisiológicas em Speech Perception
MMF / MMN RESULTS
ISTVÁN WINKLER
- Busca
por contrastes entre vogais trilíngues (Húngaro,
Estoniano e Finlandês)
- O MMF para contrastes envolvendo vogais da língua nativa do
falante são maiores que os contrastes que envolvem uma
língua estrangeira, independente da distância acústica entre
elas.
Percepção Fonética
Voice Onset Time (VOT)
ALVIN LIBERMAN
- VOT é a diferença de tempo entre a liberação do ar da consoante e a
vocalização.
- Estudos mostram que tanto bebês, quanto adultos e outros mamíferos
limitam a percepção do vozeamento por volta dos 30ms.
- Consoantes em que o vozeamento ocorre até os 30ms são considerados
vozeados, após este limite são considerados desvozeados.
Hipótese 1
Observação
Hipótese 2
As
fronteiras
do
vozeamento
são
consequências naturais
da maneira como grupos
específicos de neurônios
respondem aos sinais
acústicos
Geralmente os neurônios dos sistemas de
percepção são sintonizados em certas
propriedades dos estímulos e, ao
responder à estes estímulos, passam por
um período de inatividade.
O tempo de fronteira
categorial
do
VOT
corresponde ao tempo
de
inatividade
dos
neurônios
correpondentes
Percepção Fonética
Voice Onset Time (VOT)
ALVIN LIBERMAN
Percepção Fonética
Voice Onset Time (VOT)
EEG (Sharma & Dorman 1999)
-<40ms VOT elicita um N100 cuja latência varia com o
VOT.
- >40ms VOT elicita dois componentes N100 sendo que
somente a latência do último varia com o VOT.
MEG (Philips et al. 1995)
- Comportamento MEG similar aos experimentos em
EEG, porém as latências M100 NÃO variam com o VOT
Resultados Comportamentais
Sharma & Dorman
Percepção Fonética
Voice Onset Time (VOT)
EEG (Sharma & Dorman 1999)
- O experimento se baseava nos contrastes:
-
Within Category
- MMN é significante
Between Category
- MMN responde significantemente mais forte
que within category
MEG (Philips et al. 1995)
Não
foram MEG
realizados
experimentos
- Comportamento
similar aos experimentos
em
eletrofisiológicos
que
contrastem
os
resultados
EEG, porém as latências M100 NÃO variam com o VOT
de nativos e não nativos, fazendo paralelo com
experimentos em crianças.
Percepção Fonética
Ponto de Articulação
- Pistas acústicas menos claras, o que dificulta hipóteses
específicas sobre sua representação.
- As melhores pistas são as transições nos padrões dos
formantes de acordo com o contexto vocálico.
- VOT e vowel-space são espaços representacionais
contínuos cujas categorias podem ser sobrepostas de
língua pra língua, o que as impede de serem categorizadas
de forma universal.
- O “place-space” não é contínuo e, devido às limitações articulatórias que restringem o número
de possibilidades de realização, possibilita a descrição categorias universais que, de acordo com a
língua materna, seriam modeladas durante o desenvolvimento, como previsto tanto pela
Structuring Adding quanto pela Structuring Changing Approaches.
Percepção Fonética
Place of Articulation
JANET WERKER
- Werker & Tees (1984) mostram que bebês conseguem diferenciar
contrastes de articulação não nativa que crianças mais velhas não
conseguem. O que mostra que mudanças importantes ocorrem entre 8
e 10 meses de idade, corroborando as duas hipóteses.
- Werker & Logan (1985) mostram que adultos falantes de inglês não
diferenciam o contraste entre alveolar e retroflexo em ISI maiores que
500ms mas o conseguem em ISI menores. Isso corrobora a idéia de que tanto a representação
universal quanto a paramétrica estão presentes, mas que a representação universal é mais fraca
ou fica disponível apenas por um curto período de tempo.
Ao contrário do que ocorre com as vogais, os experimentos neurofisiológicos sobre local de
articulação (ex.: Sams et al. 1990; Sharma et al. 1993; Maiste et al. 1995) não encontraram
diferenças de amplitude MMN relativos a facilidade ou não do reconhecimento dos contrastes
entre as consoantes.
Percepção Fonética
Place of Articulation
Maritza Riviera-Graxiola
- Série de Experimentos EEG [ba-da-Da]
O Contraste labial-dental é nativo do inglês e do francês enquanto o
contraste dental-retroflexo é não-nativo.
Percepção Fonética
Place of Articulation
Ghislaine Dahaene-Lambertz
- Não convergência dos resultados
Os resultados desta série de testes são divergentes, provavelmente por
causa das técnicas utilizadas para elicitar o MMN
- Dehaene-Lambertz (1997) mostra resultados que concordam com
a Structuring-changing approach enquanto os resultados de RiveraGraxiola (2000ab) concordam com a Structuring Adding Approach.
Percepção Fonética
Incongruência dos resultados experimentais
Contínuo Não nativo
b -- d – D
3 contrastes
Nativo
Não-nativo
Não-Fonético
Resultados conflitantes!
Colin Phillips
b -- d
d -- D
b1 -- b5
Percepção Fonética
Incongruência dos resultados experimentais
Contínuo Não nativo
b -- d – D
3 contrastes
Nativo
Não-nativo
Não-Fonético
Resultados conflitantes!
Colin Phillips
Dehaene-Lambertz 1997
b -- d
d -- D
b1 -- b5
Resposta
contrastes
nativos
apenas
com
nos
sons
Percepção Fonética
Incongruência dos resultados experimentais
Contínuo Não nativo
b -- d – D
3 contrastes
Nativo
Não-nativo
Não-Fonético
Resultados conflitantes!
Colin Phillips
Rivera-Gaxiola et al. 2000
b -- d
d -- D
b1 -- b5
Respostas em todos os
contrastes
sendo
os
nativos e não nativos muito
parecidos
Percepção Fonética
Incongruência dos resultados experimentais
Contínuo Não nativo
b -- d – D
3 contrastes
Nativo
Não-nativo
Não-Fonético
Tsui et al. 2000
b -- d
d -- D
b1 -- b5
Em resumo, existem evidências
de que os contrastes não nativos
são preservados
Colin Phillips
Sons nativos e não-nativos
com
respostas
quase
idênticas
Representação Fonológica
Diferenças silábicas alterando a representação
fonológica
Palavras do Inglês utilizadas no
Japonês:
DeaeneLambertz
et al 2000
INGLÊS
JAPONÊS
Trunks
Toranksu
Volcano
Borukano
Brother
Burazaa
Ebzo, ebzo, ebzo, ebzo, ebzo, ebuzo
Japoneses
podem
compreender palavras que não
se encaixam no seu padrão
silábico, como se elas se
encaixassem
através
da
inserção de phantom vowels
Emmanuel
Dupoux
et al. 1999
Japoneses apresentam apenas
um MMF tardio ao escutarem
esta
sequência
e
têm
dificuldades para diferenciálas, ao contrário de falantes de
inglês e de francês.
Representação Fonológica
Wuckoo
CHARLES YANG
(...) A child may mean to say spill and manage
only fill, where two consonants are rolled into one.
This is pure genius. Recall that s is a fricative and p
is labial; since making two consonants is too hard,
the child will have to make do with one – f is a
labial and a fricative at the same time!
(...) Making words shorter is not the only way to make them simpler. Children may even make
words longer; adding sounds to words can make them conform to the consonant-vowel template.
Duck may be Duckoo, Car may be Kaka; and the loud banger in the living room is the
pinano. This finally brings us to Russel’s metamorphosys of truck. First the two consonants (tr)
were simplified to just r, wich was then substituted by a w. And finally an extra vowel oo was
stuck in for the sake of the consonant-vowel sequence: Wuckoo
Charles Yang 2003 – The Infinite Gift – pg 69
Representação Fonológica
Wuckoo
CHARLES YANG
Porém a representação fonológica
EXISTE na criança falante de inglês
Fis Phenomenon
Adult – Is this your fis?
Child – No, it´s my fis.
Adult – So, is this your fish?
Child – yes, it´s my fis.