Phonological processing in visual word recognition: behavioural, computational & neurocognitive evidence

Abstract

This thesis is about the role of orthographic and phonological processes in reading with a special focus on phonological processing. Reading for meaning is probably only possible if orthographic, phonological, syntactic and semantic information is processed simultaneously. Concerning the role of phonology most researchers agree that it takes place in both, spoken and written language processing. Phonological processing is a necessary condition in reading aloud, since the orthographic code has to be translated into its phonological counterpart. Whether such phonological recoding is also active in silent reading and when is still a matter of debate. Specifically, the question is, whether or to what extent phonological processing in silent reading aids lexical and semantic access. In Study 1 stimulus material supposed to cause different grades of global lexical activation was generated using simulations with the MROM. Thus, the models predictions about the processes underlying word recognition and their time course were tested. Event-related potentials were analysed to identify neuronal networks likely to be involved in lexical access. The results provide evidence for two of the three hypothetical processes predicted by the MROM. A first event-related component was obtained at around 350 msec post-stimulus sensitive to the difference between words and nonwords and was interpreted as reflecting the proposed identification process on the basis of local lexical activity and to underlie a YES-answer in the lexical decision task. A second event-related component at around 400 msec post-stimulus showed a graded effect of global lexical activity for nonwords. This component was interpreted to reflect the proposed deadline mechanism and to underlie the NO-answer in lexical decision. Study 2 investigated the time course and localisation of orthographic and phonological processing with the lexical decision task, the pseudohomophone effect and event related potentials. The assumption that phonological processing occurs rather late – after syntactic and semantic processing – was rejected by showing that phonological processing could influence word processing as early as 150 msec post-stimulus. In Study 3 orthographic and phonological processing was investigated again with the lexical decision task and the pseudohomophone effect. Furthermore, the baseword frequency effect was used to tap deeper into phonological processing in visual word recognition and its role in lexical access. The measured brain activation suggested that pseudohomophones activated their baseword representations at a lexical level. This was strongly supported by the obtained baseword frequency effect. Phonological processing was mainly accompanied by bilateral frontal (inferior frontal gyrus, broca, cingulate cortex), but also left lateralised parietal- temporal (wernicke, angular and supramarginal gyrus) as well as occipito- temporal (fusiform gyrus) activation.

Die vorliegende Dissertationsschrift hat die Rolle orthographischer und phonologischer Prozesse beim Lesen mit einem spezifischen Fokus auf phonologischer Verarbeitung zum Thema. Sinnentnehmendes Lesen ist wahrscheinlich nur möglich, wenn orthographische, phonologische, syntaktische, grammatische und semantische Informationen gemeinsam verarbeitet werden. Phonologische Verarbeitung ist eine notwendige Bedingung beim lauten Lesen, da der geschriebene orthographische Kode in sein phonologisches Gegenüber übersetzt werden muss, um ein Aussprechen zu ermöglichen. Ob allerdings ein solcher Prozess beim leisen Lesen eine Rolle spielt ist immer noch unklar. Die spezifische Frage ist, ob phonologische Verarbeitung notwendig ist, um lexikalischen und damit verbunden auch semantischen Zugriff zu ermöglichen. In Studie 1 wurde untersucht, welche neuronalen Netzwerke am lexikalischen Zugriff beteiligt sind und wie der Zeitverlauf dieser Prozesse aussieht. In der hirnelektrischen Aktivität wurden für das dargebotene Material zwei Komponenten gefunden. Ab ca. 350 Millisekunden nach Stimulus-Präsentation unterschieden sich Wörter von Nichtwörtern und ab 400 Millisekunden zeigte sich ein gradueller Unterschied für Nichtwörter mit unterschiedlicher Wortähnlichkeit. Diese Befunde wurden als Hinweis auf das Wirken zweier Prozesse interpretiert: i) ein Identifikationsprozess, der auf der Aktivität einzelner Wortdetektorsysteme beruht und in der Lexikalischen Entscheidungsaufgabe über eine JA-Antwort den Zeitpunkt lexikalischen Zugriffs signalisiert und ii) ein zeitlicher Abbruch-Mechanismus, der auf der globalen lexikalischen Aktivität im hypothetischen mentalen Lexikon beruht und in der Lexikalischen Entscheidungsaufgabe eine Nein-Antwort für Nichtwörter generiert. In Studie 2 wurde der hirnelektrische Zeitverlauf und die Lokalisation orthographischer und phonologischer Verarbeitung anhand des Pseudohomophon Effekts mit der lexikalischen Entscheidungsaufgabe und Ereignis-Korrelierter Potentiale untersucht. Die Annahme, dass phonologische Verarbeitung relativ spät, d.h. nach semantischer oder syntaktischer Verarbeitung geschieht wurde zurückgewiesen und gezeigt, dass phonologische Vorgänge bereits ab 150 Millisekunden nach Stimulusdarbietung möglich sind. In Studie 3 wurde wiederum orthographische und phonologische Verarbeitung mittels lexialischer Entscheidungsaufgabe, des Pseudohomophon-Effekts und zusätzlich mit dem Basiswort-Frequenz-Effekt untersucht. Die Ergebnisse lieferten Hinweise auf eine lexikalische Aktivierung der Basiswortrepräsentationen durch die dargebotenen Pseudohomophone, was sich am stärksten durch das Auftreten des Basiswort-Frequenz-Effekts zeigte. An der Verarbeitung phonologischer Informationen waren dabei vor allem bilaterale frontale Areale (Broca, Cingulärer Cortex) aber auch links lateralisierte parietal-temporale (Wernicke Areal, Angularer und Supramarginaler Gyrus) und occipito-temporale Areale (Fusiformer Gyrus) beteiligt.