Phonological processing: Insights from sonority differences during speech perception and production

• Main Author: Deschamps, Isabelle
• Other Authors: Shari Baum (Supervisor1)
• Format: Others
• Language: en
• Published: McGill University 2013
• Subjects: Language - Linguistics
• Online Access: http://digitool.Library.McGill.CA:80/R/?func=dbin-jump-full&object_id=119346

Phonology represents the building blocks of language as it determines which sounds (or patterns of sounds) are meaningful in specific languages, as well as how speakers interpret these sounds. During speech production, phonology also dictates how specific sounds are produced in specific contexts. Phonological processing is thus a crucial component of both speech perception and speech production. Despite the importance of phonological processes to speech perception and speech production, their underlying mechanisms and their neural architecture have not yet been fully specified. This gap in knowledge can be attributed to the complexity associated with phonological processing, which can be influenced by different factors (e.g. types of stimulus (words, pseudowords, nonwords), modality of stimulus presentation (auditory, orthographic) and task demands (passive, active)). In addition, given the large number of potential independent factors, experimental design considerations are critical to ensure that the processes under investigation are representative of phonology. While previous research on phonological processing during speech perception and speech production has identified a broad array of brain regions sensitive to phonological manipulations or their representations, the specific contributions of these regions remain unclear. In order to couple aspects of phonological processing to specific brain regions, three complementary studies were conducted using behavioural measures and functional neuroimaging. Using functional magnetic resonance imaging (fMRI), stimulus modality (e.g. auditory, orthographic), task demands (passive speech perception, speech production) and phonological complexity were manipulated to profile the underlying phonological processing architecture common to speech perception and speech production. The results revealed that the most prominent neural processing differences associated with the manipulation of phonological complexity and stimulus modality occurred during speech production rather than speech perception. Brain areas associated with the task variables and sensitive to phonological complexity included the posterior part of the inferior frontal gyrus (IFGpo), during both speech perception and speech production, and regions along the superior temporal plane during speech production. An unexpected finding was the lack of sensitivity of the supramarginal gyrus (SMG), a region that has been previously associated with phonological processing, to phonological complexity. To clarify the role of the SMG in phonological processing two transcranial magnetic stimulation studies were conducted. Subjects were tested on a same/different judgment task to assess phonological processing and an n-back verbal task to assess verbal working memory. The results of the two experiments confirmed that the SMG is involved in verbal working memory, a more domain-general process, but not in the encoding of phonological information. Altogether, the results from these experiments reflect on a number of important component processes that contribute to or integrate with phonological processing during speech perception and speech production. This information will add to the depth of knowledge needed to further develop current linguistic and psycholinguistic models of language and contribute to our understanding of how phonological units are represented and processed at the neural level. === La phonologie englobe les principes qui régissent l'apparition et la fonction des sons qui sont particuliers à une langue. Plus précisément, la phonologie dicte quels sons sont pertinents et la manière dont ces sons sont interprétés à l'intérieur d'un système langagier spécifique. La phonologie est non seulement importante lors de la compréhension de la parole, mais elle l'est tout aussi lors de sa production. Le traitement phonologique est donc un processus indispensable lors de la perception et la production de la parole. Malgré l'importance du traitement phonologique lors de la perception et la production de la parole, d'importantes lacunes quant aux mécanismes et à l'architecture du réseau neuronal sous-jacents existent. Ce manque de connaissances peut être attribué en partie au fait que le traitement phonologique est un processus complexe qui englobe plusieurs composantes et processus. De plus, plusieurs facteurs comme le type de stimuli (mots, pseudomots, nonmots), la modalité de présentation (auditive, visuelle) ainsi que le type de tâche utilisé (passive, active) peuvent influencer le traitement phonologique. Considérant que des études antérieures sur le traitement phonologique ont identifié un réseau neuronal incluant plusieurs régions lors de tâches visant à isoler différentes composantes phonologiques, de plus amples données expérimentales sont requises afin de discerner la fonction spécifique d'une région. Afin d'étudier plus en profondeur l'architecture neuronale du traitement phonologique, trois expériences furent créées. Des mesures comportementales ainsi que des techniques d'imagerie neurofonctionelle complémentaires furent utilisées. À l'aide de l'imagerie par résonance magnétique (IRMf), l'effet de la modalité de présentation des stimuli (auditive, orthographique) ainsi que l'effet de tâches (perception de la parole passive, production de la parole) furent mesurés. De plus, un métrique de complexité phonologique fût utilisé afin de manipuler la difficulté du traitement phonologique. Les résultats de cette première étude démontrent que le type de tâche utilisé influence différemment le traitement phonologique lorsque les stimuli sont présentés de manière auditive ou orthographique. Pour être plus précis, la modalité de présentation des stimuli a un plus gros impact sur les différences observées lors du traitement phonologique lorsqu'il n'y a pas de tâche concrète. En autre, la région postérieure du gyrus inférieur frontal fût la seule aire corticale sensible à la manipulation phonologique lors des tâches de perception et de production. Néanmoins, d'autres aires situées dans le cortex temporal supérieur démontrèrent une sensibilité à la manipulation phonologique. Un résultat quelque peu inattendu fût l'absence de sensibilité du gyrus supramarginal (SMG) lors de la manipulation phonologique. Dans le but d'explorer plus en profondeur le rôle de cette région, une région typiquement associée au traitement phonologique, deux expériences de stimulation magnétique transcranienne furent effectuées. Plus précisément, ces expériences explorèrent la contribution du SMG lors de tâches de mémoire verbale et de tâches de discrimination. Les résultats démontrèrent que le SMG est une aire corticale recrutée lors de tâches de mémoire verbale mais ne participe pas au traitement phonologique. En somme, les résultats de ces trois expériences démontrent qu'afin de pouvoir caractériser les différentes composantes du traitement phonologique lors de la perception et la production de la parole, il faut comprendre et déterminer l'effet qu'ont certains facteurs spécifiques sur l'information phonologique. Ces connaissances sont primordiales afin de pouvoir développer des modèles linguistiques et psycholinguistiques du traitement phonologique.