Behavioral and neurophysiological representations of speech phonemic units

Abstract

O potencial evocado auditivo (PEA) é uma resposta neuroelétrica a um estímulo auditivo que reflete as atividades de um conjunto de neurônios ao longo das vias do sistema auditivo. Este biopotencial é utilizado no auxílio ao diagnóstico de transtornos auditivos e no estudo do processamento auditivo no cérebro humano. Assim, é interessante se trabalhar com estímulos mais complexos, tais como a fala, cujos parâmetros acústicos apresentam uma variação em tempo e frequência mais rica que os cliques ou tons utilizados nos exames audiométricos tradicionais. Uma das formas de se analisar o processamento da fala pelo cérebro humano é por meio do estudo da percepção categórica (PC) de fonemas que consiste em mapear mudanças contínuas dos sons em unidades perceptuais discretas durante uma identificação fonêmica. O objetivo deste trabalho é investigar os correlatos neurais da percepção categórica de fonemas em Português Brasileiro pela análise do PEA levando em conta as características acústicas dos fonemas, amplitude e latência das respostas, regiões corticais envolvidas, o grau de atenção à tarefa acústica (passiva ou ativa) e as características físicas ou psicofísicas da resposta. Um experimento foi realizado com tarefas que envolveram a categorização ativa e passiva de fonemas pertencentes ao longo de dois continua diferentes: um baseado em variações do voice onset time (VOT), e outro baseado em variações das frequências formantes. Os PEAs foram adquiridos via eletroencefalografia (EEG). A análise dos PEAs foi realizada nos domínios do tempo e do tempo-frequência em conjunto com dados comportamentais obtidos das curvas psicométricas dos participantes. No domínio do tempo foram analisadas as amplitudes e latências dos componentes N1 e P2 dos PEAs. No domínio tempo-frequência, os dados foram representados por meio de coeficientes da transformada wavelet discreta. Para extrair as representações física e psicofísica do processo de categorização, propusemos uma técnica de regressão, chamada regression on low-dimension spanned input space (RoLDSIS), que nos permite trabalhar com uma pequena quantidade de observações em um espaço de características muito grande. Modelos de efeitos mistos foram ajustados aos coeficientes de regressão da RoLDSIS e às amplitudes e latências das componentes N1 e P2. Os resultados mostraram que a percepção categórica é afetada pela característica acústica e pela tarefa e que é codificada em torno da latência N1 (e permanece nas latências tardias - P2) pelas bandas theta, alpha, beta e gamma. Vimos que cada banda de frequência e latência parecem codificar diferentes aspectos do som para o processamento da fala. Observou-se que participantes que apresentam comportamentalmente uma PC mais forte apresentam maior diferença entre a representação neural física e psicofísica dos estímulos. Esta diferença foi mais pronunciada para a característica acústica VOT do que para os formantes e para as tarefas ativas do que para as passivas. Mostrou-se também que a PC ocorre quando não há atenção à tarefa auditiva, mas apenas para a característica acústica baseada em formantes. Diferenças inter-hemisféricas também foram observadas, com atividade mais forte no hemisfério esquerdo. Também foram observadas diferenças entre as regiões corticais frontais e temporais codificadas por ritmos de baixa frequência com mais atividade na região temporal. Na banda gama, não observamos diferença significativa entre a atividade nas regiões frontal e temporal. Nossos resultados mostraram que as estruturas da região temporal também podem realizar alguma categorização além do processamento das características acústicas físicas dos sons. Também mostramos como a característica e a tarefa acústicas reconfiguram dinamicamente a rede da fala o que deve ser levado em consideração por um modelo neurobiológico para a percepção da fala. Este estudo comparou diversos fatores relacionados à percepção categórica de fala no português brasileiro usando um protocolo reprodutível desenvolvido para o estudo e avaliação da percepção categórica fonêmica, e confirmou muitos dos resultados encontrados na literatura para outras línguas.