Neural bases of predictions during reading of natural texts : ocular movements, EEG and Natural Language Processing Analysis

El lenguaje es una de las capacidades distintivas del ser humano. Su estudio es de gran interés para variados campos de la ciencia. En particular, desde las ciencias cognitivas se intenta comprender cómo operan los mecanismos existentes en el cerebro para permitir la comprensión y la generación del lenguaje. Estos mecanismos van desde la identificación de estímulos por diferentes vías (visual, auditiva, etc.) hasta la comprensión e integración de los mismos con el contexto en el que se encuentran. Dado que muchos de estos mecanismos son compartidos con otras capacidades cognitivas, su estudio dará lugar a una mejor comprensión de la cognición en general. El principal objetivo de esta tesis es lograr un mejor entendimiento de los mecanismos de predicción de eventos futuros durante la lectura. Esto es, cómo predecimos palabras que todavía no leímos a partir del contexto que la antecede. Para esto realizamos una serie de estudios en los cuales analizamos el procesamiento cerebral mediante diferentes técnicas. Combinamos técnicas de EEG, de registro de Movimientos Oculares y de modelado computacional. Por un lado, mostramos que existen diferentes tipos de predicciones, realizadas de acuerdo a qué leemos. Por otro lado, observamos que los diferentes tipos de predicciones realizados durante la lectura son capaces de influir sobre los patrones de movimientos oculares, y tienen un reflejo en los potenciales eléctricos generados por el cerebro. La presente tesis es un paso significativo hacia un cambio de paradigma en el estudio de la lectura y el procesamiento del lenguaje en el cerebro, expandiendo el conocimiento y las metodologías de experimentación y análisis hacia estímulos y entornos más naturales. Todo esto ha sido posible gracias a la utilización y la adaptación de modernas técnicas computacionales de modelado y análisis de datos. Language is one of the distinctive faculties of the human being. Its study is of great interest to several scientific fields. In particular, cognitive science attempts to understand how existing mechanisms in the brain operate to allow understanding and generation of language. These mechanisms range from the identification of stimuli through different pathways (visual, auditory, etc.) to the understanding and integration of them with the context in which they are found. Since some of these mechanisms are shared with other cognitive abilities, studying them leads to a better understanding of cognition in general. The main goal of this thesis is to achieve a better understanding of the mechanisms for predicting future events during reading. That is, how we predict words that we have not yet read from the context that precedes it. For this we carry out a series of studies in which we analyze brain processing through different techniques. We combine EEG techniques, Eye Movement recording and computational modeling. On the one hand, we show that there are different types of predictions that are performed according to what we read. On the other hand, we observed that the different types of predictions are capable of influencing eye movement patterns, and are reflected in the electrical potentials generated by the brain. This thesis is a significant step towards a paradigm shift in the study of reading and language processing in the brain, expanding the knowledge and methodologies of experimentation and analysis towards more natural stimuli and environments. All of this was possible thanks to the use and adaptation of modern computational techniques for modeling and analyzing data. Fil: Bianchi, Bruno. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales; Argentina.