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Dissertation zugänglich unter
URN: urn:nbn:de:bsz:291-scidok-45327
URL: http://scidok.sulb.uni-saarland.de/volltexte/2012/4532/


Visual and auditory vocabulary acquisition in learning Chinese as a second language : the impact of modality-specific working memory training

Visuelles und auditives Vokabellernen beim Zweitspracherwerb der chinesischen Sprache : der Einfluss modalitätsspezifischen Arbeitsgedächtnistrainings

Schneiders, Julia A.

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SWD-Schlagwörter: Vokabellernen , Modalität <Linguistik> , Arbeitsgedächtnis , Funktionelle NMR-Tomographie
Freie Schlagwörter (Deutsch): visuell , auditiv, chinesisch
Freie Schlagwörter (Englisch): vocabulary acquisition , modality , working memory , training , fMRI
Institut: Fachrichtung 5.3 - Psychologie
Fakultät: Fakultät 5 - Philosophische Fakultät III
DDC-Sachgruppe: Psychologie
Dokumentart: Dissertation
Hauptberichter: Mecklinger, Axel (Prof. Dr.)
Sprache: Englisch
Tag der mündlichen Prüfung: 30.11.2011
Erstellungsjahr: 2012
Publikationsdatum: 30.01.2012
Kurzfassung auf Englisch: The global aim of this thesis was to investigate underlying working memory processes and neural correlates of visual and auditory vocabulary acquisition in Chinese. As an additional question and pre-condition for examining the main goal I questioned whether visual working memory can be trained separately from auditory and whether intra-modal can be distinguished from across-modal training effects in visual working memory on the behavioral and on the neural level. The Working Memory Training Study was designed to test whether visual working memory processes can be trained specifically on the behavioral and neural level and whether those effects can be separated from across-modal training effect. Decidedly larger training gains after visual working memory training compared with auditory or no training on a visual 2-back task were found. These effects were accompanied by specific training-related decreases in the right middle frontal gyrus arising from visual training only. Likewise, visual and auditory training led to decreased activations in the superior portion of the right middle frontal gyrus and the right posterior parietal lobule. I infer that the combination of effects resulted from increased neural efficiency of intra-modal (visual) processes on the one hand and of across-modal (general control) processes on the other hand. Therefore, visual processes of working memory can be trained specifically, and these effects can be functionally dissociated from alterations in general control processes common to both working memory trainings. These results offered a good starting point to use the training paradigm in the Language Training Study. As exemplified for the visual modality, the working memory training paradigm was successful in training a modality-specific process. Thus, the paradigm was applicable to investigate different transfer effects of visual and auditory working memory training on visual and auditory vocabulary learning in Chinese. The Language Training Study aimed at investigating whether visual working memory training exerts unique influence on learning Chinese visual words (orthographic learning) due to the greater complexity of the Chinese writing system, and, conversely, whether auditory working memory training has a specific impact on learning Chinese auditory words (phonological learning). In addition, training induced modulations in language-related brain networks were examined using fMRI in a pretest-training-posttest design. Both working memory trainings led to positive transfer effects on orthographic learning as compared to no training, whereas for phonological learning no transfer effects were obtained. Differential activation changes after visual and auditory working memory training were found in areas engaged in visual and auditory word processing: Activation sustained/decreased after intra-modal (visual) training in the left mid-fusiform gyrus in the orthographic task. Similarly, activation decreased after intra-modal (auditory) training in the anterior insula in the phonological task. These findings are consistent with the view that working memory training in the equivalent modality enhances the efficiency of perceptual encoding in the orthographic task and incorporating novel sound patterns into long-term phonological representations in the phonological task. Surprisingly, activation increases after across-modal training emerged in both tasks within the same brain regions: Activation increased after auditory training in the mid-fusiform gyrus in the orthographic task and likewise after visual training in the anterior insula in the phonological task, suggesting that working memory training in the complementary modality reflects selective attention to the respective tasks presumably guided by modality-unspecific improvements in executive components of working memory. Moreover, visual training led to additional recruitment of brain regions in the orthographic task, i.e. the right precuneus, presumably mirroring the generation of a mental visual image of the to-be-retrieved character.
Kurzfassung auf Deutsch: Das Ziel dieser Arbeit war es zugrundeliegende Arbeitsgedächtnisprozesse und neuronale Korrelate visuellen und auditiven Vokabellernens im Chinesischen zu untersuchen. Als zusätzliche Fragestellung und Voraussetzung um der Hauptforschungsfrage nachzugehen wurde außerdem untersucht, ob visuelles Arbeitsgedächtnis separat von auditivem trainiert werden kann und ob intra-modale von cross-modalen Trainingseffekten auf der Verhaltens- und der neuralen Ebene unterschieden werden können. In der Arbeitsgedächtnistrainingsstudie wurde getestet, ob visuelle Arbeitsgedächtnisprozesse auf der Verhaltens- und der neuronalen Ebene spezifisch trainiert werden und ob solche Effekte von cross-modalen Trainingseffekten separiert werden können. In einer visuellen 2-back Aufgabe zeigten sich deutlich größere Leistungszuwächse nach visuellem im Vergleich zu auditivem oder keine Training. Diese Effekte gingen mit spezifischen trainingsinduzierten Aktivierungsreduktionen im rechten Gyrus frontalis medius einher, die nur auf das visuelle Training zurückgingen. In gleicher Weise führten visuelles und auditives Training zu Aktivierungsreduktionen im superioren Teil des rechten Gyrus frontalis medius und im rechten superioren Parietallappen. Ich schließe daraus, dass die Kombination dieser Effekte durch erhöhte neuronale Effizienz intra-modaler (visueller) Prozesse einerseits und cross-modaler (genereller Kontroll-) Prozesse andererseits zustande kamen. Folglich scheinen visuelle Arbeitsgedächtnisprozesse spezifisch trainierbar zu sein und können funktionell von Veränderungen in generellen Kontrollprozessen, die beide Arbeitsgedächtnistraining gleichermaßen zeigten, dissoziiert werden. Diese Ergebnisse waren einen gute Ausgangsbasis, um das Trainingsparadigma in der Sprachtrainingsstudie anzuwenden. Wie für die visuelle Modalität exemplarisch dargestellt, konnte mit dem Arbeitsgedächtnisparadigma erfolgreich ein modalitäts-spezifischer Prozess trainiert werden. Demnach war das Paradigma geeignet um unterschiedliche Transfereffekte des visuellen und auditiven Arbeitsgedächtnistrainings auf visuelles und auditives Vokabellernen im Chinesischen zu untersuchen. Mit der Sprachtrainingsstudie sollte untersucht werden, ob visuelles Arbeitsgedächtnistraining spezifisch das Lernen chinesischer visueller Wörter (orthographisches Lernen) aufgrund der hohen Komplexität des chinesischen Schriftsystems beeinflusst und in umgekehrter Weise, ob auditives Arbeitsgedächtnistraining spezifisch das Lernen chinesischer auditiver Wörter (phonologisches Lernen) verbessert. Darüber hinaus wurden trainingsinduzierte Aktivierungsveränderungen in sprachrelevanten Gehirnnetzwerken mittels funktioneller Magnetresonanztomographie in einem Pretest-Training-Posttest-Design untersucht. Beide Arbeitsgedächtnistrainings führten zu positiven Transfereffekten beim orthographischen Lernen im Vergleich zu keinem Arbeitsgedächtnistraining, während für phonologisches Lernen keine Transfereffekte gefunden wurden. Unterschiedliche Aktivierungsveränderungen nach visuellem und auditivem Arbeitsgedächtnistraining wurden in Arealen gefunden, die auch bei visueller und auditiver Wortverarbeitung rekrutiert werden: Die Aktivierung wurde nach intra-modalem (visuellem) Training in der orthographischen Aufgabe im linken Gyrus fusiformis aufrechterhalten bzw. fiel ab. In ähnlicher Weise fiel die Aktivierung nach intra-modalem (auditiven) Training in der phonologischen Aufgabe in der linken anterioren Insel ab. Diese Ergebnisse weisen darauf hin, dass Arbeitsgedächtnistraining in der äquivalenten Modalität die Effizienz perzeptuellen Enkodieren in der orthographischen Aufgabe und die Einspeicherung neuer Klangmuster in Langzeitgedächtnisrepräsentation in der phonologischen Aufgabe verstärkt hat. Überraschenderweise wurden Aktivierungserhöhungen nach cross-modalem Training innerhalb derselben Gehirnregionen gefunden: Die Aktivierung im Gyrus fusiformis nahm nach auditivem Training in der orthographischen Aufgabe zu genauso wie die Aktivierung in der anterioren Insel nach visuellem Training in der phonologischen Aufgabe. Dies weist darauf hin, dass Arbeitsgedächtnistraining in der komplementären Modalität zu selektiver Aufmerksamkeitsallokation auf die entsprechende Aufgabe führt, was vermutlich auf modalitätsunspezifische Verbesserungen in exekutiven Arbeitsgedächtnisprozessen zurückzuführen ist. Darüber hinaus führte visuelles Arbeitsgedächtnistraining zu einer zusätzlichen Rekrutierung von Hirnarealen in der orthographischen Aufgabe, dem rechten Precuneus, was wahrscheinlich die Generierung eines visuellen mentalen Bildes des abzurufenden Schriftzeichens widerspiegelt.
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