Cortical representations for phonological quantity

Different languages use temporal speech cues in different linguistic functions. In Finnish, speech-sound duration is used as the primary cue for the phonological quantity distinction ― i.e., a distinction between short and long phonemes. For the second-language (L2) learners of Finnish, quantity is often difficult to master if speech-sound duration plays a less important role in the phonology of their native language (L1). The present studies aimed to investigate the cortical representations for phonological quantity in native speakers and L2 users of Finnish by using behavioral and electrophysiological methods. Since long-term memory representations for different speech units have been previously shown to participate in the elicitation of the mismatch negativity (MMN) brain response, MMN was used to compare the neural representation for quantity between native speakers and L2 users of Finnish. The results of the studies suggested that native Finnish speakers' MMN response to quantity was determined by the activation of native-language phonetic prototypes rather than by phoneme boundaries. In addition, native speakers seemed to process phoneme quantity and quality independently from each other by separate brain representations. The cross-linguistic MMN studies revealed that, in native speakers of Finnish, the MMN response to duration or quantity-degree changes was enhanced in amplitude selectively in speech sounds, whereas this pattern was not observed in L2 users. Native speakers' MMN enhancement is suggested to be due to the pre-attentive activation of L1 prototypes for quantity. In L2 users, the activation of L2 prototypes or other L2 learning effects were not reflected in the MMN, with one exception. Even though L2 users failed to show native-like brain responses to duration changes in a vowel that was similar in L1 and L2, their duration MMN response was native-like for an L2 vowel with no counterpart in L1. Thus, the pre-attentive activation of L2 users' representations was determined by the degree of similarity of L2 sounds to L1 sounds. In addition, behavioral experiments suggested that the establishment of representations for L2 quantity may require several years of language exposure.Eri kielet käyttävät äänteiden kestovihjeitä erilaisissa kielellisissä tehtävissä. Suomessa äänteen kesto on kvantiteetin eli lyhyiden ja pitkien foneemien erottamisen tärkein vihje. Suomea toisena kielenä puhuvien on usein vaikea oppia kvantiteetti, jos äänteen kestolla on vähäisempi merkitys heidän äidinkielessään. Tämän väitöskirjan tutkimuksissa tarkasteltiin aivovastemittausten ja foneettisten testien avulla kvantiteettikategorioiden muistijälkiä äidinkieleltään suomenkielisten ja suomea toisena kielenä puhuvien aivokuorella. Koska äänteiden pitkäkestoisten muistijälkien on aiemmin todettu osallistuvan MMN-aivovasteen (engl. mismatch negativity) syntymiseen, sitä käytettiin selvittämään, miten äidinkieleltään suomenkielisten ja suomea toisena kielenä puhvien kvantiteettikategorioiden muistijäljet poikkeavat toisistaan. Tulosten mukaan äidinkieleltään suomenkielisten MMN-vasteen voimakkuus määräytyi äidinkielen foneettisten prototyyppien mukaan eikä foneemien rajojen mukaan. Lisäksi suomenkieliset näyttivät käsittelevän foneemin laadun ja kvantiteetin toisistaan riippumattomasti, eri kategorioiden kautta. Kieliryhmiä vertailevat MMN-tutkimukset puolestaan osoittivat, että äidinkieleltään suomenkielisillä MMN-vaste keston muutokselle oli nimenomaan puheäänteiden kohdalla voimakkaampi kuin toisen kielen oppijoilla. Tämä saattaa johtua foneettisten prototyyppien esitietoisesta aktivoitumisesta äidinkieleltään suomenkielisten aivokuorella. Toisen kielen oppijoilla toisen kielen prototyyppien aktivoituminen tai kielenoppiminen ylipäänsä eivät näkyneet MMN-vasteessa yhtä poikkeusta lukuun ottamatta. Vaikka suomea toisena kielenä puhuvien aivovasteiden voimakkuus äänteen keston muutokselle ei saavuttanut äidinkielisten tasoa vokaalissa, joka oli samankaltainen heidän äidinkielessään ja toisessa kielessään, he saavuttivat suomenkielisten tason vokaalissa, jolla ei ollut vastinetta heidän äidinkielessään. Näin ollen äidinkielen ja toisen kielen äänteiden samankaltaisuus näyttäisi vaikuttavan suomea toisena kielenä puhuvien muistijälkien esitietoiseen aktivoitumiseen. Tutkimuksen foneettisten kokeiden mukaan kategorioiden syntyminen toisen kielen kvantiteetille saattaa vaatia useiden vuosien altistusta toiselle kielelle

Allophonic Perception in Dyslexia: An overview

Allophonic theory claims that people affected by dyslexia perceive speech with allophonic rather than phonemic units. After a reminder about the featural theory of speech perception, the evidence supporting the allophonic theory is summarized. The difference between allophonic perception and reduced phoneme perception acuity is emphasized, the latter being a common characteristic of various troubles of language development and is thus not specific to dyslexia. Taking account of this fundamental difference, the counter-evidence against allophonic theory is examined and proposals for future testing and remediation are formulated.La teoría alofónica defiende que las personas afectadas por dislexia perciben el habla mediante unidades alofónicas en lugar de unidades fonémicas. Después de revisar la teoría de rasgos de la percepción del habla se presenta un resumen de la evidencia que apoya la teoría alofónica. Se enfatiza la diferencia entre la percepción alofónica y la reducción de la agudeza en la percepción de fonemas, siendo esta última una característica común en muchos problemas de desarrollo del lenguaje y, por tanto, no específica de la dislexia. Teniendo en cuenta esta diferencia fundamental, se examina la evidencia contraria a la teoría alofónica y se formulan propuestas para futuras evaluaciones e intervenciones

Linking Behavioral and Neurophysiological Indicators of Perceptual Tuning to Language

Little is known about the neural mechanisms that underlie tuning to the native language(s) in early infancy. Here we review language tuning through the lens of type and amount of language experience and introduce a new manner in which to conceptualize the phenomenon of language tuning: the relative speed of tuning hypothesis. This hypothesis has as its goal a characterization of the unique time course of the tuning process, given the different components (e.g., phonology, prosody, syntax, semantics) of one or more languages as they become available to infants, and biologically based maturational constraints. In this review, we first examine the established behavioral findings and integrate more recent neurophysiological data on neonatal development, which together demonstrate evidence of early language tuning given differential language exposure even in utero. Next, we examine traditional accounts of sensitive and critical periods to determine how these constructs complement current data on the neural mechanisms underlying language tuning. We then synthesize the extant infant behavioral and neurophysiological data on monolingual, bilingual, and sensory deprived tuning, thereby scrutinizing the effect of these three different language profiles on the specific timing, progression, and outcome of language tuning. Finally, we discuss future directions researchers might pursue to further understand this aspect of language development, advocating our relative speed of tuning hypothesis as a useful framework for conceptualizing the complex process by which language experience works together with biological constraints to shape language development

A Mechanistic Approach to Cross-Domain Perceptual Narrowing in the First Year of Life

Language and face processing develop in similar ways during the first year of life. Early in the first year of life, infants demonstrate broad abilities for discriminating among faces and speech. These discrimination abilities then become tuned to frequently experienced groups of people or languages. This process of perceptual development occurs between approximately 6 and 12 months of age and is largely shaped by experience. However, the mechanisms underlying perceptual development during this time, and whether they are shared across domains, remain largely unknown. Here, we highlight research findings across domains and propose a top-down/bottom-up processing approach as a guide for future research. It is hypothesized that perceptual narrowing and tuning in development is the result of a shift from primarily bottom-up processing to a combination of bottom-up and top-down influences. In addition, we propose word learning as an important top-down factor that shapes tuning in both the speech and face domains, leading to similar observed developmental trajectories across modalities. Importantly, we suggest that perceptual narrowing/tuning is the result of multiple interacting factors and not explained by the development of a single mechanism

Automatic Activation of Phonological Templates for Native but Not Nonnative Phonemes: An Investigation of the Temporal Dynamics of Mu Activation

Models of speech perception suggest a dorsal stream connecting the temporal and inferior parietal lobe with the inferior frontal gyrus. This stream is thought to involve an auditory-motor loop that translates acoustic information into motor/articulatory commands and is further influenced by decision making processes that involve maintenance of working memory or attention. Parsing out dorsal stream’s speech specific mechanisms from memory related ones in speech perception poses a complex problem. Here I argue that these processes may be disentangled from the viewpoint of the temporal dynamics of sensorimotor neural activation around a speech perception related event. Methods: Alpha (~10Hz) and beta (~20Hz) spectral components of the mu () rhythm, localized to sensorimotor regions, have been shown to index somatosensory and motor activity, respectively. In the present work, event related spectral perturbations (ERSP) of the EEG -rhythm were analyzed, while manipulating two factors: active/passive listening, and perception of native/nonnative phonemes. Active and passive speech perception tasks were used as indexes of memory load employed, while native and. nonnative perception were used as indexes of automatic top-down coding for sensory analysis. Results: Statistically significant differences were found in the oscillatory patterns of components between active and passive speech perception conditions with greater alpha and beta event related desynchronization (ERD) after stimuli offset in active speech perception. When compared to listening to noise, passive speech perception presented significantly (pFDR Conclusion: These findings suggest that neural processes within the dorsal auditory stream are functionally and automatically involved in speech perception mechanisms. While its early activity (shortly after stimuli onset) seems to be importantly involved with the instantiation of predictive motor/articulatory internal models that help constraining speech discrimination, its later activity (post-stimulus offset) seems essential in the maintenance of working memory processes

Perception of English and Polish obstruents

Praca niniejsza koncentruje się na kontraście dźwięczna-bezdźwięczna w percepcji angielskich i polskich spółgłosek właściwych. Metodologia badań oparta została na manipulacji akustycznej parametrów temporalnych i spektralnych, które biorą udział w implementacji kontrastu dźwięczności w badanych językach. Porównane zastałych trzy grupy badanych – początkujący uczący się języka angielskiego, zaawansowani użytkownicy języka angielskiego, oraz rodowici mówcy języka angielskiego. Praca składa się z dwóch części teoretycznych, ilustrujących problematykę i kontrastujących strategie implementacji kontrastu dźwięczności w badanych językach, oraz części badawczej, prezentującej zastosowaną metodologię badań oraz analizę wyników. Część pierwsza porusza problem roli percepcji mowy w badaniach językoznawczych. Dotyka takich aspektów jak brak bezpośredniej relacji między sygnałem dźwiękowym a kategorią fonologiczną, wyjątkowa plastyczność i zdolność adaptacyjna ludzkiej percepcji mowy, oraz referuje propozycje dotyczące kompleksowego opisu działania ludzkiej percepcji mowy. W kolejnych podrozdziałach praca omawia percepcję w kontekście kontaktu językowego, a więc rozróżnianie kontrastów akustycznych występujących w języku obcym, ale nieobecnych w języku pierwszym. Zostają również zrecenzowane modele, które taki proces opisują, jak i hipotezy opisujące potencjalny sukces w opanowaniu efektywnej percepcji kontrastów percepcyjnych występujących w języku obcym. Część druga koncentruje się na różnicach temporalnych i akustycznych w implementacji dźwięczności w języku angielskim i polskim. Opisane zostają aspekty takie jak; Voice Onset Time, długość samogłoski, długość zwarcia, długość frykcji, ubezdźwięcznienie, długość wybuchu. Cześć trzecia, badawcza, prezentuje materiał poddany badaniu, metodologię manipulacji materiału, oraz charakterystykę grup. Hipotezy oparte na założeniach teoretycznych są następnie weryfikowane przy pomocy otrzymanych wyników. Część końcowa omawia problemy percepcyjne, jakie spotykają Polaków uczących się języka angielskiego oraz wyciąga wnioski pedagogiczne

Temporal and spectral parameters in perception of the voicing contrast in English and Polish

Niniejsza praca koncentruje się na czasowych i spektralnych parametrach percepcji dźwięczności w języku angielskim i polskim. Metodologia badań oparta została na akustycznej manipulacji parametrami temporalnymi i spektralnymi, które biorą udział w implementacji kontrastu dźwięczności w badanych językach. Porównane zostały trzy grupy badanych: początkujący uczący się języka angielskiego, zaawansowani użytkownicy języka angielskiego oraz rodowici użytkownicy języka angielskiego. Praca składa się z dwóch części teoretycznych, ilustrujących problematykę i zestawiających z sobą różne strategie implementacji kontrastu dźwięczności w badanych językach, oraz części badawczej, prezentującej zastosowaną metodologię badań i analizę wyników. Część pierwsza porusza problem roli percepcji mowy w badaniach językoznawczych. Dotyka takich aspektów jak brak bezpośredniej relacji między sygnałem dźwiękowym a kategorią fonologiczną, wyjątkowa plastyczność i zdolność adaptacyjna ludzkiej percepcji mowy, a także referuje propozycje dotyczące kompleksowego opisu działania ludzkiej percepcji mowy. W kolejnych podrozdziałach praca omawia percepcję w kontekście kontaktu językowego, a więc rozróżnianie kontrastów dźwiękowych występujących w języku obcym, ale nieobecnych w języku pierwszym. Zostają również zrecenzowane modele, które taki proces opisują, jak i hipotezy dotyczące potencjalnego sukcesu w opanowaniu efektywnej percepcji kontrastów dźwiękowych występujących w języku obcym. Część druga pracy koncentruje się na różnicach temporalnych i akustycznych w implementacji dźwięczności w języku angielskim i polskim. Opisane zostały aspekty, takie jak: parametr VOT, długość samogłoski, długość zwarcia, długość frykcji, ubezdźwięcznienie, długość wybuchu. Cześć trzecia, badawcza, prezentuje materiał wykorzystany podczas badania percepcji, metodologię manipulacji tym materiałem oraz charakterystykę grup osób poddanych badaniom. Hipotezy oparte na założeniach teoretycznych są następnie weryfikowane na podstawie otrzymanych wyników. Część końcowa omawia problemy percepcyjne, jakie spotykają Polaków uczących się języka angielskiego, oraz zawiera wnioski dydaktyczne

Individual auditory categorization abilities are shaped by intrinsic and experience-driven neural factors

Individual auditory categorization abilities are shaped by intrinsic and experience-driven neural factor