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Utilizando una red de lenguaje artificial, los neurocientíficos del MIT han descubierto qué tipos de oraciones tienen más probabilidades de activar los centros clave de procesamiento del lenguaje del cerebro.
El nuevo estudio muestra que las oraciones más complejas, ya sea debido a una gramática inusual o a un significado inesperado, provocan respuestas más fuertes en estos centros de procesamiento del lenguaje. Las oraciones muy sencillas apenas afectan a estas regiones, y las secuencias de palabras sin sentido tampoco sirven de mucho allí.
Por ejemplo, los investigadores descubrieron que esta red cerebral era más activa al leer oraciones inusuales como «Las señales de compra y venta siguen siendo peculiares», que provienen de un conjunto de datos de voz disponible públicamente llamado C4. Sin embargo, todo se volvería silencioso si leyeras algo muy simple, como “Estábamos sentados en el sofá”.
«La información tiene que ser lo suficientemente parecida a un lenguaje para atraer al sistema», dice Evelina Fedorenko, profesora asociada de neurociencia en el MIT y miembro del Instituto McGovern para la Investigación del Cerebro del MIT. “Y cuando las cosas son realmente fáciles de procesar en esa área, no hay una gran reacción. Pero cuando las cosas se ponen difíciles o sorprendentes, cuando hay una construcción inusual o un conjunto de palabras con las que quizás no estés muy familiarizado, entonces la red tiene que trabajar más duro”.
Fedorenko es el autor principal del estudio, que aparece hoy en naturaleza comportamiento humano. Greta Tuckute, graduada del MIT, es la autora principal del artículo.
Lenguaje de procesamiento
En este estudio, los investigadores se centraron en las regiones de procesamiento del lenguaje en el hemisferio izquierdo del cerebro, que incluyen el área de Broca y otras partes de los lóbulos frontal y temporal izquierdos del cerebro.
«Esta red lingüística es muy selectiva en cuanto a idiomas, pero era más difícil descubrir qué estaba sucediendo realmente en estas regiones lingüísticas», dice Tuckute. «Queríamos descubrir qué tipos de oraciones, qué tipos de entradas lingüísticas impulsan la red lingüística del hemisferio izquierdo».
Los investigadores comenzaron recopilando una serie de 1.000 oraciones de una variedad de fuentes, incluyendo ficción, transcripciones de palabras habladas, textos web y artículos académicos.
Cinco participantes humanos leyeron cada una de las oraciones mientras los investigadores midieron la actividad de su red lingüística mediante imágenes de resonancia magnética funcional (fMRI). Luego, los investigadores introdujeron las mismas 1.000 oraciones en un modelo de lenguaje grande (un modelo similar a ChatGPT que aprende a generar y comprender el lenguaje prediciendo la siguiente palabra en cantidades masivas de texto) y midieron los patrones de activación del modelo en respuesta a cada oración.
Una vez que tuvieron todos estos datos, los investigadores entrenaron un modelo de mapeo, llamado «modelo de codificación», que relaciona los patrones de activación observados en el cerebro humano con los del modelo de lenguaje artificial. Después del entrenamiento, el modelo podría predecir cómo respondería la red de lenguaje humano a cada nueva oración en función de la respuesta de la red de lenguaje artificial a estas 1000 oraciones.
Luego, los investigadores utilizaron el modelo de codificación para identificar 500 nuevas oraciones que generarían la máxima actividad en el cerebro humano (las oraciones «impulsivas»), así como oraciones que generarían una actividad mínima en la red lingüística del cerebro (las oraciones «supresoras»). . .
En un grupo de tres nuevos participantes humanos, los investigadores descubrieron que estas nuevas oraciones en realidad estimulaban y suprimían la actividad cerebral como se predijo.
«Esta modulación ‘cerrada’ de la actividad cerebral durante el procesamiento del lenguaje es nueva», afirma Tuckute. “Nuestro estudio muestra que el modelo que utilizamos (que mapea las activaciones del modelo del lenguaje y las respuestas cerebrales) es lo suficientemente preciso para hacer esto. Esta es la primera demostración de este enfoque en áreas del cerebro involucradas en la cognición de nivel superior, como la red del lenguaje”.
Complejidad lingüística
Para descubrir qué hace que ciertas oraciones estimulen la actividad más que otras, los investigadores analizaron las oraciones en función de 11 propiedades lingüísticas diferentes, incluida la gramaticalidad, la plausibilidad, la valencia emocional (positiva o negativa) y qué tan fácil es comprender el contenido de la oración. .
Para cada una de estas características, los investigadores pidieron a los participantes de plataformas de crowdsourcing que calificaran las frases. También utilizaron una técnica computacional para cuantificar la «sorpresa» de cada oración, es decir, qué tan inusual es en comparación con otras oraciones.
Este análisis encontró que las oraciones con mayor sorpresa provocan respuestas más altas en el cerebro. Esto es consistente con estudios previos que muestran que las personas tienen más dificultades para procesar oraciones con niveles más altos de sorpresa, dicen los investigadores.
Otra propiedad lingüística que se correlacionó con las respuestas de la red lingüística fue la complejidad lingüística, que se mide por qué tan cerca se ajusta una oración a las reglas de la gramática inglesa y qué tan plausible es, es decir, cuánto sentido tiene el contenido independientemente de la gramática.
Las oraciones en ambos extremos del espectro, ya sean extremadamente simples o tan complejas que no tienen ningún sentido, desencadenaron muy poca activación en la red lingüística. La mayoría de las respuestas provinieron de oraciones que tienen cierto sentido pero que requieren trabajo para descifrarlas, como “Jiffy Lube of – of therapies, Yes”, que proviene del conjunto de datos Corpus of Contemporary American English.
«Descubrimos que las oraciones que provocan la mayor respuesta cerebral tienen una peculiaridad gramatical extraña y/o un significado extraño», dice Fedorenko. «Hay algo un poco inusual en estas frases».
Los investigadores ahora quieren ver si pueden extrapolar estos resultados a hablantes de idiomas distintos del inglés. También esperan descubrir qué tipo de estímulos pueden activar regiones de procesamiento del lenguaje en el hemisferio derecho del cerebro.
La investigación fue financiada por una subvención de Amazon Science Hub, una beca de doctorado internacional de la Asociación Estadounidense de Mujeres Universitarias, el Laboratorio de IA Watson del MIT-IBM, los Institutos Nacionales de Salud, el Instituto McGovern y el Centro Simons para el Cerebro Social, y el Departamento de Ciencias Cognitivas y del Cerebro del MIT.
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