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4th roundtable files Bilingualism_as_a_First_Language Taura BiL1 4

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Academic year: 2018

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(1)

バイリンガルの言語接触開始年齢と脳賦活様態:

ブレインイメージング手法による一考察

立命館大学大学院 言語教育情報研究科

田浦秀幸

htaura@fc.ritsumei.ac.jp

May 14, 2011@4th BiL1

(2)

1 先行研究・RQ

2 fNIRS: 機能的近赤外分光法

3 第1実験

VFT: 言語流暢性検査

4 第2実験

BST: バイリンガルストループテスト

5 総合考察

Outline

(3)

1 先行研究

1.1 ブレイン・イメージング研究

1.2 言語習得臨界期研究

1.3 バイリンガルの定義

(4)

Kim et al. fMIR (1997) Nature誌

early (child) bilinguals vs late (adult) bilinguals

ブローカ野 ウェルニッケ野

1.1 ブレイン・イメージング研究

(5)

1) Hernandez, 2009: S-E early bilinguals対象(N=12) 絵命名タスク結果: 単言語タスク < 2言語タスク 前頭前野背外側部や上頭頂小葉 2) Gandour et al., 2007: 中英lateバイリンガル(N=10大学生) 2言語レベル同等 = プロソディーでは同部位賦活

3) Halsband, 2006: F-E late bilinguals 賦活部位異なる

4) Sakai, 2005: 日本手話・日本語バイリンガル文章理解同じ部位 5) Emmnorey et al., 2002: ASLタスクにより左脳・両脳賦活 6) Weber & Nerille, 1996: 11才以降のL2は左脳以外賦活大

対象バイリンガル・使用タスクにより

L1/L2 neural network結果混在

バイリンガル対象fMRI研究

(6)

i) 言語接触開始年齢

ii) (優位脳内での比較でなく) 前頭前野の

ブローカ野・その右脳相当部・中央部賦

活状態の比較

Halsband (2006)

1) 言語習得様態

年齢・自然習得か教室学習・第2言語レベル

2) タスク

単語なら情動を含むかどうか

(7)

1.2 言語習得臨界期研究

結果混在

(1) 支持: DeKeyser (2003), Dekeyser & Larson-Hal(2005), Hyltenstam & Abrahamsson (2001, 2003)

(2) 不支持: Bialystok (2001), Birdsong (2005), MacWhinney (2005)

(3) sensitive period: Singleton (1989, 2001), Scovel (2000) *Chiswick & Miller (2008): 生涯を通して徐々

*Long (1990, 2005) 音韻は6才で統語形態素は15才

(8)

1.3 バイリンガルの定義

第1言語としてのバイリンガル定義

(1) McLaughlin (1984), Koppe (1996) 3才以下

(2) Chin & Wigglesworth (2007), Meisel (2003) 出生時

(3) De Houwer (2009) 出生時+常に2言語接触

(胎児: 5ヶ月血流・心音、7ヶ月イントネーション識別)

(9)

Research questions

RQ 1: L1/L2言語接触開始年齢(特に

OA=0才)と言語使用時の脳賦活に関連性

RQ 2: 関連性があるのなら、前頭前野の

ブローカ野・その右脳相当部位・中央部

のどの部位か?

*個人反復検査 < グループ検査 (Ehlis et al., 2008)

(10)

2 ブレイン・イメージング装置

fMRI

利点: 空間分解能が高い

欠点: 身体拘束・騒音の為言語タスクに向かない

   時間分解能が低い・高価

同じ血流計測で非侵襲性であり、子供対象に言語

タスク可能で、安価な装置? fNIRS

(11)
(12)

近赤外光

・可視光線より波長が長い

・fNIRSでは700∼900nm

(1cm=10,000,000 nanometers)

・無害

(1) 萩原, 2011小学生 N=80 (2) Dresler et al., 2009

小中学生N=90

(13)

機能的近赤外分光装置

(fNIRS: functional Near Infrared Spectroscopy)

視覚・聴覚情報 → ニューロン・シナプス

・酸素化ヘモグロビン(oxy-Hb)酸素供給

・近赤外分光法でリアルタイムに脳活動の

カラーマッピング

感覚情報は、約1000億個存在するニューロンがシナプスを介して伝達・処理。その際、酸素化ヘモ

グロビン(oxyHb)が酸素供給を行う。 近赤外光イメージング装置は、近赤外分光法を用いてその

反応(脳表面の酸素状態)を捉え、脳活動状態をリアルタイムにカラーマッピング表示する装置。

(14)

計測原理

近赤外光

・大脳皮質: 散乱/吸収進行

・ヘモグロビン: 近赤外光   吸収率は酸素の有無次第

・近赤外光が頭皮に戻る

・電気信号に変換後、 酸  素化ヘモグロビン、脱酸  素化ヘモグロビンの変化  量を算出

光路長 ヘモグロビン変化量を130msごとに計測  単位はmol/L・mm

近赤外光は、光ファイバを用いて入射します。入射された近赤外線は大脳皮質で散乱、吸収されなが

ら、一部が頭皮上に戻ります。これを受光部の光ファイバ で検出します。検出した光は、電気信号

に変換後、 変形ランバート・ベール則に沿って酸素化ヘモグロビン、脱酸素化ヘモグロビンの変化

量を算出します。

体の中は、光を透過させる性質と、光を吸収・散乱させる性質があります。この吸収・散乱の程度

は光の波長と生体を構成している成分により異なります。特に 血液成分のヘモグロビンによって、

近赤外光が吸収されますが、そこに酸素がついていると、その吸収の度合いが変化します。NIRSは

近赤外線によりその度 合いを測定し、酸素化ヘモグロビン、脱酸素化ヘモグロビン(deoxyHb)の

変化量を測定する方法です。

(15)

なぜ近赤外光?

可視光: 生体内吸収率高く1mm進むのに光強度1/10減衰

近赤外光: 約10倍進む

波長の長い赤外光: 吸収率大きい

可視光(400∼700nm)はヘモグロビンやその他 の生体構成物質での吸収率が大きく、光の強度が

1/10に減衰するまでに進むことのできる距離が1mm以下。近赤外線よりも長い波長域の光は水 で

の吸収率が大きいため、生体内をほとんど進むことができない。一方、近赤外線は生体内での吸収

率が少なく約10倍の距離を進むことができ、より深い所の情報を得ることができる。

(16)

oxy-Hb, deoxy-Hb, total-Hb

酸素化 脱酸素化 総ヘモグロビン

神経活動時: deoxy-Hb濃度低下

=MRI (blood oxygen level dependent, BOLD) 信号上昇

(17)

島津製作所FOIRE-3000

(42チャンネル)

(18)
(19)
(20)
(21)

国際式10-20法

脳波計測のときに、センサーを頭部に配置する場所を決める国際標準の方法です。まず、頭部の中心

を決めます。これは、鼻根(ナジオン)と、後頭部の骨の 出っ張り(イニオン)を結ぶ線の二等分

点と、左と右の耳介前点を結ぶ線の二等分点の重なる点で、Czと呼びます。これが頭部の中心とな

り、脳表では中心回 と大脳縦裂の交点付近です。次に、Czとナジオンを結ぶ線およびCzとイニオン

を結ぶ線を5等分します。また、左右耳介前面点とCzを結ぶ線を5等分しま す。同じ等分点を結べ

ば、等高線ができます。その交点近傍に名称がついています。

(22)
(23)
(24)
(25)
(26)
(27)
(28)
(29)
(30)

実験内容

タスク 1: 言語流暢性検査 VFT

     (単語連想:文字・範疇流暢性)

    30秒レスト・60秒タスク繰返

タスク 2: バイリンガルストループ検査 BST

(認知的 藤: 色命名タスク)

    30秒tapping・self-paced繰返

タスク 3: インタビュー (J/E/CS)

各1分間

(31)

3 第1実験

言語流暢性検査(Verbal Fluency Task: VFT)

Ss: 139-8=131 (プローブ外れ・エジンバラ検査)

保護者・本人同意書及び立命館大学研究倫理審査 intensive

年齢差tapping

(32)

言語流暢性検査

Blocked design + PC controlled

文字流暢性 範疇流暢性

(33)

言語流暢性検査 (J-rest task)

!

!

!

あ、い、う、え、お !

(34)

言語流暢性検査 (J-文字流暢性)

!

(35)

言語流暢性検査 (E-rest task)

!

!

!

"!" C "!#"!$!

(36)

言語流暢性検査 (E-範疇流暢性)

!""#$

(37)

言語流暢性検査

(38)

トレンドグラフ

(39)
(40)

37.8万セル/人

(41)

oxy-Hb (酸素化ヘモグロビン)を代表値

Ciftci et al. (2008) Stroop study

(42)
(43)
(44)
(45)

42チャンネルを13チャンネル

Oxy-Hbで3Hbデータの代表値

37.8万セル → 3.9万セル

(46)

データ抽出法: 事象関連電位

(47)

fNIRS vs 簡易脳波計

(48)

データ抽出法: rest - task差分算出

(苧阪, 2010)

[例] J文字流暢性タスク

1) rest5回の平均値からピーク10秒抽出

2) タスクのピーク10秒抽出

3) タスク値・レストタスク値の差分

baseline dataとの差分=純粋なタスク値

(49)

0 0 .0 1 0 .0 2 0 .0 3 0 .0 4 0 .0 5 0 .0 6 0 .0 7 0 .0 8 0 .0 9

0 1 0 2 0 3 0 4 0 5 0 6 0 7 0

系列1

- 0 .0 1 0 0 .0 1 0 .0 2 0 .0 3 0 .0 4 0 .0 5 0 .0 6 0 .0 7

0 1 0 2 0 3 0 4 0 5 0 6 0 7 0

系列1

データ抽出法

最初と最後の5秒含めない 刺激語切替を跨がない

5レスト平均値 最初と最後の5秒含めない

(50)

3部位13チャンネル10秒抽出データ

タスク遂行時 レストタスク時

(51)

78 x 3=234セル

1人分の1タスク

(VFT:J文字)値が

求められた

(52)

1) 10秒抽出作業(レストとの差分計算)を残りの

 3タスク(J範疇・E文字・E範疇)に対しても行う

2) 131人全員に対してタスク値を求める

        ↓

各群から無作為に4人抽出し(N=24)

各群の平均値算出した

3) 群内(部位間)比較:

  2元配置分散分析 (4タスク・3部位)

4) 群間比較:

  3元配置分散分析 (4タスク・3部位・6群)

(53)

VFT実験結果1: 被験者全員の傾向

i) 3元配置分散分析 (6群 4タスク 3部位) 1) 6群間: F(5,5599)=83.615, p<.001

2) 4タスク間: F(3,5599)=439.871, p<.001 3) 3部位間: F(2,5599)=180.765, p<.001

E文字>E範疇>J文字>J範疇 中央 > ブローカ野 > 右脳

多重比較 (Bonferroni)

ii) 行動データ

J文字 = E文字 (15) < J範疇 = E範疇 (23)

0 5 1 0 1 5 2 0 2 5 3 0

系列1 1 5 .2 6 7 2 1 5 .0 6 8 7 2 3 .3 7 4 2 3 .8 2 4 4

日本語文字タス ク 英語文字タス ク 日本語意味タス ク 英語意味タス ク

(54)

VFT実験結果2: 群間比較

i) 大きな差: G1-3 vs G4-6

ii) G5/6では左右脳ともにE > J

iii) G1-3に着目

1) ブローカ野: 接触開始年齢差無し

2) 右脳: G1 < G2 < G3 (J範疇以外)

(55)

VFT実験結果3

右脳

J範疇課題以外の3課題(J/E文字・E範疇)

1群 (出生前) < 2群 (2才まで) < 3群 (3-6歳)

英語文字課題遂行時

出生前・2歳・6歳

(56)

4 バイリンガルストループ検査

協力者: 生徒・教職員94名と大学生45名 - 12

(N=127)

(57)

バイリンガルストループ検査

Continuous + self-paced

Color-naming J-E Congruent J-E Incongruent J-E

(58)

!"

色玉・日本語

あか

(59)

!"

色玉・英語

red

(60)

Congruent 文字音読 日本語

みどり

みどり !

(61)

blue

!"#$%

Congruent 文字音読 英語

(62)

あか

Incongruent 文字色 日本語

くろ !

(63)

blue

Incongruent 文字色 英語

!"##$%&

(64)

バイリンガルストループ検査

Color-naming J-E Congruent J-E Incongruent J-E

Color-naming E-J Congruent E-J Incongruent E-J

(65)

データ抽出法: 差分算出

Congruentタスク・英語

1)文字音読・英語10秒ピーク値抽出

2) 文字音読・日本語10秒ピーク値抽出

3) 英語­日本語の差分=純粋文字音読英語

*counter-balanced dataより日本語算出

(66)

データ抽出法: 差分算出

Incongruentタスク・英語

1)文字色音読・英語10秒ピーク値抽出

2) 文字色音読・日本語10秒ピーク値抽出

3) 英語­日本語の差分=純粋文字色英語

*counter-balanced dataより日本語算出

(67)

データ抽出法: 差分算出

ベ ー ス ラ イ ン デ ー タ

0 0 .0 1 0 .0 2 0 .0 3 0 .0 4 0 .0 5 0 .0 6 0 .0 7 0 .0 8 0 .0 9

0 1 0 2 0 3 0 4 0

タ ス ク

- 0 .0 1 5 - 0 .0 1 - 0 .0 0 5 0 0 .0 0 5 0 .0 1 0 .0 1 5 0 .0 2 0 .0 2 5 0 .0 3 0 .0 3 5 0 .0 4

0 1 0 2 0 3 0 4 0

タスク最初と最後5秒含めないピーク10秒

(68)

1) 3タスクそれぞれ、差分を算出

2) 6群それぞれから

  6名無作為抽出

(日英3人・英日3人の合計36名)

群内と群間比較を行った

(69)

BST結果: 行動データ

(例) 日本語incongruent

1) タスク遂行時間:

F(5,121)=1.17, p>.05 ( 全群27-31秒)

2) 正答率:

F(5,121)=1.97, p>.05 ( 全群97%以上)

3) タスク遂行時間 正答率:

F(5,121)=44.04, p>.05

一切グループ間の差無し

(70)

BST結果: fNIRS値・右脳1

1. Congruent 文字音読タスク:

1群 J-E 右脳 2群 J-E 右脳

!"#$%

1群 = 2群 < 3-6群

$ $$$&$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$'$$()*+

(71)

BST結果: fNIRS値・ 右脳2

2. Incongruent 文字色タスク:

1群 J-E 右脳 2群 J-E 右脳 3群 J-E 右脳

!"#$+

1群 = 2群 = 3群 < 4-6群

&$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$&$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$',*+

(72)

5. 総合考察

1) VFT・BST行動データにOA差一切無し 2) ブローカ野差なし・右脳での賦活差判明

3) 言語流暢性課題 0才 < 2才 < 6才 < 小学校入学以降 4) バイリンガルストループ検査 2才(音読)と6才 (認知 藤)

RQ

1) 年齢と脳賦活

  賦活がOAにより増大: 2才・6才

2) 賦活部位

  VFT・BSTでは左脳賦活差無し

  右脳(タスク・言語により中央部も)

(73)

改善点:

1) 対照群 (モノリンガル)の欠如

2) 各群の無作為抽出平均値→全個別分析

3) 言語接触年齢 vs 言語能力 (cf.自己評価/TOWL-3 scores)

進行中:

1) 全協力者別分析

2) インタビューデータの分析-$CS時の前頭前野中央部の賦活 3) 自己評価/TOWL-3 scoresをfNIRS値分析に

4) 対照群データ収集の可能性

5) fNIRS値とIBVA値(δ/θ/α/β/γ波)の相関性

(74)

謝辞

データ収集・分析にご協力いただいた方々

1) 参加児童・生徒の皆様とその保護者の方々

2) 実験実施校の校長を含む教職員の皆様

3) 首都大学東京の萩原教授・保前先生

4) 島津製作所京都本社・東京支社fNIRS担当者の方々

5) 大阪府立大学・立命館大学大学院のゼミ学生

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Outline

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