신경언어학

3. 연구 분야

신경언어학은 역사적으로 실어증학과 밀접하게 관련되어 있으며, 뇌 손상으로 인한 언어 장애를 연구하는 학문인 실어증 연구를 통해 뇌와 언어 기능 간의 관계를 이해하는 데 기여했다.^[15]

최근 뇌 기능 영상 기법(양전자 방출 단층 촬영술(PET), fMRI 등)의 발달로 언어 처리 시 뇌 활동을 높은 공간 해상도로 관찰할 수 있게 되면서, 신경언어학 연구 분야는 크게 확장되었다. 이러한 뇌 영상 기법은 실어증학의 연구 결과와 일치하며, 언어 기능의 해부학적 기반을 밝히는 데 기여하고 있다.^[3]

그러나 PET나 fMRI는 시간 해상도가 낮아, 언어 이해와 생성의 빠른 과정을 연구하기에는 한계가 있다. 따라서 뇌파(EEG)나 뇌자도(MEG)와 같은 전기 생리학적 방법을 사용하여 밀리초 단위로 뇌 신호를 측정한다. 다만, 뇌 메커니즘이 아직 완전히 밝혀지지 않아 뇌파나 뇌자도는 주로 언어의 인지적, 계산적 구조 이론 검증에 활용된다. N400 효과는 신경언어학의 주요 연구 주제 중 하나이다.^[3]

신경언어학은 심리언어학과도 밀접하게 연관되어, 반응 시간, 정답률, 안구 운동 등의 지표를 통해 언어의 인지 메커니즘을 연구한다.

또한, 계산론적 모델링은 언어의 신경 기전에 대한 가설 검증 및 새로운 예측 도출에 중요한 역할을 하며, 뇌 기능 이미징 연구자나 심리학자와의 협력을 통해 말더듬이나 난독증 같은 언어 장애를 포함, 언어 본질에 대한 새로운 통찰력을 제공한다.^[15]

3. 1. 언어학 하위 분야와의 관계

^[15][17]

3. 2. 주요 연구 주제

• 언어 처리의 위치: 뇌의 특정 영역이 언어 정보 처리에 관여하는 방식을 연구한다. 예를 들어, 브로카 영역과 베르니케 영역은 각각 언어 생성과 이해에 중요한 역할을 한다.^[3]
• 언어 처리의 시간 경과: 언어 처리 과정이 시간에 따라 어떻게 진행되는지 연구한다. ELAN, N400, P600과 같은 뇌 반응을 통해 문장 처리의 여러 단계를 분석할 수 있다.^[30]
• 언어 습득: 뇌 구조가 제1언어 습득 및 제2언어 습득과 어떻게 관련되는지 연구한다. 특히, 언어 발달 단계와 뇌 발달 단계 간의 상관관계를 조사하고, 성인이 새로운 언어를 배울 때 뇌에서 일어나는 신경 가소성 변화를 연구한다.^[24]
• 언어 병리학: 실어증, 난독증과 같은 언어 장애와 관련된 뇌의 특성을 연구한다. 뇌 손상이 언어 능력에 미치는 영향을 분석하여 언어 장애의 원인을 규명하고 치료 방법을 모색한다.^[9]

4. 연구 방법

신경언어학 연구는 뇌 기능 영상 기술과 전기생리학적 기술을 활용하여 언어 처리 과정을 관찰하고 분석한다.

• 뇌 기능 영상 기술: 양전자 방출 단층 촬영술(PET)과 기능적 자기 공명 영상(fMRI)은 뇌의 특정 영역에 산소를 공급하기 위해 혈액이 보내지는 현상을 이용하여 뇌 활동 위치를 정확하게 파악한다.^[3] 이러한 기술들은 특정 언어 작업을 수행하는 뇌 영역뿐만 아니라, 언어 노출에 따라 뇌의 언어 구조와 관련 활성화 분포가 시간이 지남에 따라 어떻게 변하는지도 보여준다.^{[19][30][31][24]}
• 전기생리학적 기술: 뇌파검사법(EEG)과 뇌자도(MEG)는 뇌의 전기적 활동을 측정하여 시간적 해상도가 높은 데이터를 제공한다.^[3] 사건 관련 전위(ERP) 연구에 사용되며, N400 (신경과학)과 같은 특정 뇌 반응을 분석하여 언어 처리 과정을 이해하는 데 도움을 준다.^[13]

4. 1. 뇌 기능 영상 기술

4. 2. 전기생리학적 기술

4. 3. 기타 연구 방법

4. 4. 실험 설계 기법

• 빼기 패러다임 (Subtraction Paradigm): 많은 언어 연구, 특히 fMRI 연구에서 사용되는 방법이다.^[39] 언어 처리의 특정 측면을 포함하는 과제에서의 뇌 활성화를, 언어적 과정은 포함하지 않지만 유사한 비언어적 과정을 포함하는 기준 과제에서의 활성화와 비교한다. 예를 들어, 단어 읽기 활성화와 무작위 문자열 읽기 활성화를 비교하여 어휘 처리 관련 활성화를 분리하거나, 복잡한 문장 읽기와 간단한 문장 읽기를 비교할 수 있다.

• 불일치 패러다임 (Mismatch Paradigm): MMN은 신경언어학 실험에서 자주 사용되는 ERP 구성 요소이다.^[40][41] 피험자가 반복되는 자극 중 드물게 나타나는 다른 자극을 들을 때 뇌에서 발생하는 전기 생리적 반응이다(예: ''s s s s s s s d d s s s s s s d s s s s s d'' 시퀀스).^[42][43] MMN은 드문 "이상" 자극에 대해서만 유발되므로, 화자가 소리를 어떻게 인식하고 범주적으로 자극을 구성하는지 테스트하는 데 사용된다.^[44][45] 콜린 필립스 등의 연구에서는 MMN을 사용하여 인간의 뇌가 추상적인 음소 표현을 가지고 있음을 보였다.^[42] 또한, 미스매치 부전위는 구문 처리 및 어휘 범주 인식을 연구하는 데 사용되었다.^[40][41][46]

• 위반 기반 연구 (Violation-based Study): 실험 자극에서 구문 또는 의미 규칙의 이상 또는 "위반"을 활용하고, 피험자가 이러한 위반을 접할 때 유발되는 뇌 반응을 분석한다. 예를 들어, "the garden was on the worked"^[47]와 같은 문장은 ELAN 뇌 반응을 유발한다.^[48] 1980년부터 사용된 기법으로,^[48] Kutas와 Hillyard는 의미론적 위반이 N400 효과를 유발한다는 ERP 증거를 보고했다.^[49] Lee Osterhout는 1992년에 구문적 이상에 대한 P600 반응을 처음 보고했다.^[50] Embick 등은 fMRI를 사용하여 뇌에서 구문 처리 위치를 조사하기 위해 문법 및 철자 위반을 사용했다.^[19] 교차 위반 연구는 구문 및 의미 프로세스가 어떻게 상호 작용하는지 조사하는 데 사용된다.^[51][52]

• 점화 패러다임 (Priming Paradigm): 심리언어학 및 신경언어학에서 ''프라이밍''은 대상이 의미적으로 유사하거나^[62] 형태론적 구성을 가진 단어를 최근에 접했을 경우 단어를 더 빨리 인식할 수 있는 현상을 말한다.^[63] 예를 들어 ''의사''를 제시한 후 ''간호사''를 제시했을 때, 대상이 ''간호사''에 대해 평소보다 빠른 반응 시간을 보인다면, 뇌 속에서 단어 ''간호사''가 단어 ''의사''가 접근되었을 때 이미 접근되었을 것이라고 추정할 수 있다.^[64] 프라이밍은 단어가 뇌에 저장되고 검색되는 방식^[63][53]과 구조적으로 복잡한 문장이 처리되는 방식에 대한 질문을 조사하는 데 사용된다.^[54]

5. 심리언어학과의 관계

신경언어학은 심리언어학 분야와 밀접하게 관련되어 있으며, 심리언어학은 실험 심리학의 전통적인 기법(예: 반응 시간, 정답률, 안구 운동)을 활용하여 언어의 인지 메커니즘을 연구한다. 오늘날 심리언어학적 이론과 신경언어학적 이론은 종종 서로에게 정보를 제공하며, 두 분야 간의 협력을 통해 언어와 뇌의 관계에 대한 더 깊은 이해를 얻을 수 있다.^[12][14]

신경언어학의 많은 연구는 심리언어학자 및 이론 언어학자들이 제시한 이론을 검증하고 평가한다. 일반적으로 이론 언어학자들은 언어의 구조와 언어 정보의 구성 방식을 설명하는 모델을 제안하고, 심리언어학자들은 언어 정보가 마음속에서 어떻게 처리되는지를 설명하는 모델과 알고리즘을 제안하며, 신경언어학자들은 뇌 활동을 분석하여 생물학적 구조(신경 세포의 집단 및 네트워크)가 해당 심리언어학적 처리 알고리즘을 어떻게 수행하는지 추론한다.^[15]

예를 들어, 문장 처리에 대한 실험에서는 ELAN, N400, P600 뇌 반응을 사용하여 자넷 포더와 린 프레이저의 "직렬" 모델^[16], Theo Vosse와 Gerard Kempen의 "통합 모델"과 같은 심리언어학자들이 제시한 문장 처리 모델의 다양한 예측이 생리적 뇌 반응에 어떻게 반영되는지 조사했다.^[14] 신경언어학자들은 또한 뇌의 생리에 대한 통찰력을 바탕으로 "신경학적 구조에 대한 지식에서 언어 구조로 일반화"하여 언어의 구조와 구성 방식에 대한 새로운 예측을 할 수 있다.^[17]

신경언어학 연구는 언어학의 모든 주요 분야에서 수행된다. 주요 언어학 하위 분야와 신경언어학이 이들을 어떻게 다루는지는 아래 표에 제시되어 있다.

참조

_[1] 논문 Three- and four-dimensional mapping of speech and language in patients with epilepsy
_[2] 웹사이트 Neurolinguistics http://www.tlumaczen[...] 2007-08-12
_[3] 백과사전 Language and the brain http://mind.c.u-toky[...] McGraw-Hill Publishers
_[4] 웹사이트 Pierre Paul Broca http://www.whonamedi[...]
_[5] 논문 Paul Broca's historic cases: high resolution MR imaging of the brains of Leborgne and Lelong
_[6] 웹사이트 Pierre-Paul Broca http://www.muskingum[...] Muskingum College 2000-05-00
_[7] 웹사이트 CMSD 620 Neuroanatomy of Speech, Swallowing and Language http://www.csuchico.[...] California State University, Chico
_[8] 서적 Brodmann's https://www.springer[...]
_[9] 논문 What is neurolinguistics?
_[10] 서적 The cognitive neuroscience of language https://books.google[...] Brown & Hagoort
_[11] 논문 How the brain solves the binding problem for language: a neurocomputational model of syntactic processing
_[12] 서적 An Introduction to Language and Linguistics https://books.google[...] Continuum International Publishing Group
_[13] 서적 The neurocognition of syntactic processing Brown & Hagoort
_[14] 논문 How the brain solves the binding problem for language: a neurocomputational model of syntactic processing
_[15] 웹사이트 What is neurolinguistics? http://www.psych.nyu[...]
_[16] 논문 Towards a neural basis of auditory sentence processing
_[17] 서적
_[18] 논문 Opinion: The cortical organization of speech processing
_[19] 논문 A syntactic specialization for Broca's area
_[20] 서적 The cognitive neuroscience of language Brown & Hagoort
_[21] 웹사이트 The Bilingual Brain http://www.sfn.org/i[...] Society for Neuroscience 2008-02-00
_[22] 서적
_[23] 서적
_[24] 서적 Language Experience in Second Language Speech Learning John Benjamins Publishing Company
_[25] 논문 Neuroplasticity as a function of second language learning: Anatomical changes in the human brain
_[26] 웹사이트 Neurolinguistics http://www.lsadc.org[...] Linguistic Society of America
_[27] 서적 The Student's Guide to Cognitive Neuroscience Psychology Press
_[28] 서적
_[29] 논문 Electrophysiology reveals memory use in language comprehension
_[30] 논문 Towards a neural basis of auditory sentence processing
_[31] 논문 fMRI evidence for cortical modification during learning of Mandarin lexical tone https://kuscholarwor[...]
_[32] 특허 Images, apparatus, algorithms and methods UK Patent Office
_[33] 논문 Functional near-infrared spectroscopy: Looking at the brain and language mystery from a different angle
_[34] 논문 Tracking the time course of word recognition with MEG
_[35] 논문 Neural localization of semantic context effects in electromagnetic and hemodynamic studies
_[36] 서적 Electrophysiology of Mind https://archive.org/[...] Oxford Scholarship Online Monographs
_[37] 학술지 Repair, revision, and complexity in syntactic analysis: an electrophysiological differentiation
_[38] 학술지 Brain activity during speaking: from syntax to phonology in 40 milliseconds
_[39] 서적 Investigating language with functional neuroimaging Academic Press
_[40] 학술지 Syntax as a reflex: neurophysiological evidence for the early automaticity of syntactic processing
_[41] 학술지 Automatic processing of grammar in the human brain as revealed by the mismatch negativity
_[42] 학술지 Auditory cortex accesses phonological category: an MEG mismatch study
_[43] 학술지 Distributed neuronal networks for encoding category-specific semantic information: the mismatch negativity to action words
_[44] 학술지 Language-specific phoneme representations revealed by electric and magnetic brain responses
_[45] 학술지 The influence of meaning on the perception of speech sounds
_[46] 학술지 Setting the stage for automatic syntax processing: the mismatch negativity as an indicator of syntactic priming
_[47] 문서 Example from Frisch et al.
_[48] 학술지 Word category and verb–argument structure information in the dynamics of parsing
_[49] 학술지 Reading senseless sentences: brain potentials reflect semantic incongruity
_[50] 학술지 Event-related Potentials Elicited by Grammatical Anomalies
_[51] 학술지 Semantics prevalence over syntax during sentence processing: a brain potential study of noun–adjective agreement in Spanish
_[52] 학술지 Word category and verb–argument structure information in the dynamics of parsing
_[53] 학술지 Morphology and the internal structure of words
_[54] 학술지 An on-line analysis of syntactic processing in Broca's and Wernicke's aphasia
_[55] 웹사이트 Transcranial Magnetic Stimulation - Risks http://www.mayoclini[...] Mayo Clinic 2008-12-15
_[56] 웹사이트 Transcranial Magnetic Stimulation (TMS) http://www.nami.org/[...] National Alliance on Mental Illness 2008-12-15
_[57] 학술지 Neurons in human epileptic cortex. Response to direct cortical stimulation
_[58] 학술지 On Broca, brain, and binding: a new framework
_[59] 학술지 Grammar or serial order?: discrete combinatorial brain mechanicsms reflected by the syntactic mismatch negativity
_[59] 학술지 Automatic processing of grammar in the human brain as revealed by the mismatch negativity
_[60] 학술지 A comparison of lexical and sentence-level context effects in event-related potentials
_[61] 학술지 Differential task effects on semantic and syntactic processes as revealed by ERPs
_[62] 웹사이트 Experiment Description: Lexical Decision and Semantic Priming http://psych.athabas[...] Athatbasca University 2008-12-14
_[63] 학술지 Processing of compound words: an MEG study
_[64] 학술지 Lexical integration: sequential effects of syntactic and semantic information
_[65] 학술지 Semantic and syntactic processing in Chinese sentence comprehension: evidence from event-related potentials
_[66] 학술지 Word category and verb–argument structure information in the dynamics of parsing
_[67] 학술지 On the brain response to syntactic anomalies: manipulations of word position and word class reveal individual differences
_[68] 학술지 Interplay between syntax and semantics during sentence comprehension: ERP effects of combining syntactic and semantic violations
_[69] 서적 Methods for assessing children's syntax MIT Press 2008-12-14
_[70] 웹사이트 If Everybody Knows, then Every Child Knows https://web.archive.[...] University of Maryland at College Park 2008-12-14
_[71] 논문 Broca's Area, Sentence Comprehension, and Working Memory: An fMRI Study
_[72] 웹인용 Language and the brain http://mind.c.u-toky[...] Yearbook of Science and Technology. McGraw-Hill Publishers. pp. 166–169 2005