[청력리포트] 뇌의 문장구조 인코딩(=부호화) 방법에 대한 연구

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우리의 뇌는 들어오는 말소리를 본질적으로 추상적인 문법 지식과 연결합니다. 그러나 뇌는 추상적인 문장 구조를 어떻게 인코딩할까요? PLOS Biology 에 발표된 신경 영상연구에서 Nijmegen에 있는 막스플랑크 심리 언어학 연구소와 라드바우어 대학( Radboud University)의 연구원들은 뇌가 문장('꽃병은 빨간색')과 문구('빨간색 꽃병')의 구조를 서로 다른 언어로 인코딩한다고 보고했습니다. 신경 발화패턴. 연구를 자세히 설명하는 기사는 Max Planck 웹 사이트에 기재되어 있습니다.

 

뇌는 문장을 어떻게 표현할까요? 이것은 신경과학의 기본적인 질문 중 하나입니다. 왜냐하면 문장은 언어에서 직접 관찰할 수 없는 추상적인 구조지식의 한 예이기 때문입니다. 모든 문장이 단어와 구와 같은 더 작은 구성 요소로 구성되어 있지만, 단어와 구문의 모든 조합이 문장으로 이어지는 것은 아닙니다. 사실, 청취자는 어떤 단어가 함께 발생하는지 아는 것 이상의 것을 필요로 합니다. 그들은 문장을 이해하기 위해 언어 구조에 대한 추상적인 지식이 필요합니다. 그럼 뇌는 어떻게 문장을 구성하는 구조적인 관계를 인코팅(부호화)할까요?

 

Lise Meitner 그룹 리더  Andrea Martin 은 컴퓨터 시뮬레이션의 증거를 기반으로 뇌가 언어 구조를 계산하는 방법에 대한 이론을 이미 가지고 있었습니다. 에딘버러 대학의 Leonidas Doumas와 함께 개발한 이 '시간 기반' 언어 구조 모델을 추가로 테스트하기 위해 Martin과 동료들은 EEG(뇌파 검사)를 사용하여 두피를 통한 신경 반응을 측정했습니다. 첫 번째 저자이자 박사 후보인 Fan Bai 및 MPI 책임자인 Antje Meyer와 공동으로 그녀는 뇌가 문장과 구에 다르게 반응하는지, 그리고 이것이 뇌가 추상 구조를 인코딩하는 방법을 암시할 수 있는지 조사하기 시작했습니다.

 

연구자들은 일련의 네덜란드어 구어체(예: de rode vaas '빨간 꽃병')와 문장(예: de vaas is rood '꽃병은 빨간색')을 만들었습니다. 그들은 또한 5가지 색상의 물건(예: 꽃병)으로 그림을 만들었습니다. 네덜란드어를 모국어로 하는 15명의 성인이 실험에 참여했습니다. 각 음성 자극에 대해 세 가지 작업 중 하나를 무작위 순서로 수행하도록 요청했습니다. 첫 번째 작업은 구조와 관련되어 참가자가 버튼을 눌러 구 또는 문장을 들었는지 여부를 결정해야 했습니다. 두 번째와 세 번째 작업은 의미와 관련되어 참가자가 음성 자극의 색상이나 대상이 다음에 나오는 그림과 일치하는지 여부를 결정해야 했습니다.

 

컴퓨터 시뮬레이션에서 예상한 대로 뇌의 뉴런 활성화 패턴은 신경 연결의 타이밍과 강도 측면에서 구문과 문장에 따라 달랐습니다.

 

"우리의 연구 결과는 뇌가 신경 발화 패턴의 타이밍과 연결성을 사용하여 언어 구조로 음성을 분리하는 방법을 보여줍니다. 뇌의 이러한 신호는 우리 뇌가 언어를 생성하는 방법에 대한 미래 연구를 위한 새로운 기반을 제공합니다.”라고Martin이 말했습니다. “또한, 시간 기반 메커니즘은 원칙적으로, 추상적인 구조를 나타내기 위해서 음성 언어 이해와 인터페이스하는 머신러닝 시스템에 원칙적으로 사용될 수 있습니다. 현재 머신러닝 시스템이 어려움을 겪고 있는  우리는 추상 구조에 대한 지식과 언어 단위 간의 과도기적 확률과 같은 계산 가능한 통계 정보가 구어 이해 중에 뇌에서 어떻게 사용되는지에 대한 추가 연구를 수행할 것입니다.”

 

 

원본 논문 : Bai F, Meyer AS, Martin AE. Neural dynamics differentially encode phrases and sentences during spoken language comprehension. PLoS Biology. 2022;20(7):e3001713.

 

출처 : The Hearing Review <Researchers Explore How Brain Encodes Sentence Structure>

 

 

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