Shared or different: How linked are word production and comprehension?

Résumé En Fr

How people produce and perceive words is one of the core questions in language research, as words are the basis of communication about the world. While it seems simple, producing and comprehending words is actually quite a complex task with multiple steps involved. When thinking about what to say we need to translate an idea into a concrete ‘word’ and tell our vocal cords to produce the word sounds in a particular order. To understand a word, we must take a continuous stream of sound and carve it up into ‘words’ that we understand. Currently, there is a rich source of debate between language researchers on how these different steps are organized, and how similar they are between word production and comprehension. In this article we focus on to what extent word representations are shared between word production and comprehension.Before discussing whether representations are shared, we first broadly state the processing steps involved in each behaviour. In general, words can be broken down into three different linguistic processing levels: the semantic level (i.e., what does the word mean?), the phonological level (i.e., what is the sound form of the word?), and the articulation or sound stream level (i.e., how do we say this, or what word do these sounds relate to?). Of these three levels, there are different ways to approach the question of whether word representations are shared. In the article, we acknowledge the importance of clarifying the terms ‘representation’ and ‘shared’. We argue that defining the first term, ‘representation’, is difficult because of a) the ambiguities in what researchers mean when they use the term ‘representation’, and b) of technical limitations to exactly what we can measure. For some researchers, representation refers to a holistic word representation that has a concrete ‘location’ in the brain, but for others it is constructed ‘on the fly’ during communication (or a mixture of the two). Without sufficient clarity in definition, it can be challenging to test whether representations are shared. We argue that a strict definition of a shared representation instantiated in the brain would be that the same neurons would fire for the same reason in both production and comprehension. Given that we do not have the technology to measure that yet, we rely on other approaches. The approach we take here has three prongs: word representations are shared if they 1) share the same time course of processing between different processing levels, 2) if the same regions of the brain are used for specific word processes in production and comprehension, and 3) if, when carrying out production and comprehension in parallel, there is interference between the tasks which we can locate to different levels. Relating to our first approach, there is mixed existing evidence on whether or not the time course of processing in word production and comprehension is similar. By time course, we mean whether the different levels are accessed simultaneously or in a sequence, for instance whether the semantics of the word are accessible prior to the sounds of the word, or whether all ‘parts’ of a word are accessible at the same time. While some studies have found a pattern which follows sequential activation of these stages (Dufour et al., 2013; Salmelin et al., 1994), more current studies, including by our team, suggest that all levels of word processing are simultaneously active very early on. For example, using EEG we found that lexical-related and phoneme-related information are simultaneously active in word production and comprehension (Fairs et al., 2021). This suggests that the representations underlying word production and comprehension are strongly shared.Relating to our second approach, whether or not the brain regions underlying word production and comprehension are shared, again the evidence is mixed. Some theories argue that different areas of the brain are involved in word production and comprehension, with temporal areas involved in both but frontal areas only involved in production (Hickok & Poeppel, 2007). Other theories argue that the same word representations are used for production and comprehension and hence the same brain regions are involved in both (Pulvermuller, 1999; Strijkers et al., 2017). In a preregistered study which is currently underway, Fairs et al. (2020) aim to address this issue, by testing whether specific areas of the brain already established as being active for certain semantic and phonetic categories are active during both word production and comprehension. This study has the potential to truly shed light on how interconnected production and comprehension are.Relating to our third approach, we review a body of dual-tasking experiments that have tested whether word production and comprehension can be carried out simultaneously, and whether and how they interfere with one another. Fargier & Laganaro (2016; 2019) found word level interference between listening to syllables and producing words, suggesting that the stage of word form encoding is shared between production and comprehension. Fairs and colleagues (2019) found a large amount of processing overlap between word production and comprehension which suggests that not only the word form encoding stage but potentially more stages are shared between the two language behaviours. However, other studies have suggested that the linguistic system can flexibly adapt word production and comprehension processes (Fairs et al., 2018) such that the issue is not that there is overlap between representations, but when this overlap occurs. In the last section of this article, we support the paradigmatic turn to study how words function in context and highlight some of the research avenues. Words are the core basis on which conversations are built, and understanding how people have conversations is the ultimate goal of psycholinguistic research. Current research at a conversational level suggest that there is a large amount of overlap between production and comprehension both within a person (Menenti et al., 2011) and between people (Silbert et al., 2014). We nonetheless conclude that only with more research investigating the foundational blocks of language processing – words - will we truly understand how production and comprehension work and how shared word representations and processes are.

Comment nous produisons et percevons les mots reste l’une des questions majeures de la recherche sur le langage, tant les mots sont essentiels pour échanger sur le monde. Alors que cela peut sembler simple, produire et comprendre les mots sont des tâches complexes impliquant de multiples étapes. Lorsque nous voulons dire quelque chose, il nous faut transformer une idée en un « mot » concret, et informer nos cordes vocales comment produire les sons dans un ordre particulier. Pour comprendre un mot, il nous faut segmenter le flux continu de parole en « mots » que l’on connaît. Aujourd’hui, il existe un débat entre chercheurs sur comment ces différentes étapes sont organisées, et à quel point elles sont similaires entre production et compréhension. Dans cet article, nous nous concentrons sur cette question, notamment combien les représentations linguistiques sont partagées entre production et compréhension.Nous commençons par présenter les différentes étapes de traitement impliquées dans chaque comportement langagier. En général, on distingue trois différents niveaux de traitement linguistique : le niveau sémantique (i.e. le sens du mot), le niveau phonologique (i.e. la forme sonore du mot) et le niveau articulatoire ou auditif (i.e. comment les mots sont produits, ou décodés). Pour chaque niveau, il y a différentes façons d’aborder la question des représentations partagées.Avant d’entrer dans le vif du sujet, il est d’ailleurs fondamental de clarifier les termes « représentation » et « partagé », même s’il est vrai que définir « représentation » est difficile à cause a) des ambiguïtés dans ce que les chercheurs mettent derrière ce mot, et b) des limites techniques actuelles dans ce que nous pouvons mesurer. Pour certains chercheurs, la représentation réfère à une image holistique du mot qui a une « place » concrète dans le cerveau, pour d’autres la représentation est construite « en ligne » pendant la communication, et il pourrait bien s’agir d’une combinaison des deux idées. Sans définition claire, tester dans quelle mesure des représentations sont partagées devient un défi. Une définition stricte d’une représentation partagée mise en jeu dans le cerveau imposerait que les mêmes neurones déchargent pour la même raison, au même moment, dans la production et la compréhension d’un mot. Compte-tenu de l’absence d’une technologie adéquate pour mesurer cela, nous nous reposons sur une autre approche. Notre approche se décline en trois actes : les représentations du mot sont partagées si 1) elles partagent le même décours temporel d’activation selon les différents niveaux de traitement, 2) les mêmes régions cérébrales sont recrutées pour les traitements linguistiques en production et compréhension, et enfin si 3) lorsque la production et la compréhension sont mises en jeu, les deux tâches interfèrent l’une avec l’autre, et que l’on peut associer cette interférence à des niveaux de traitements spécifiques.En lien avec notre première approche, le décours temporel du traitement linguistique, les données empiriques ne sont pas concluantes. La question principale dans ce cadre est de savoir si les différents niveaux linguistiques sont accédés simultanément ou de façon séquentielle, par exemple si le sens du mot est accessible avant les sons du mot, ou si tous ces éléments du mot sont disponibles en même temps. Certaines études ont montré un patron d’activation compatible avec une activation séquentielle des niveaux linguistiques (Dufour et al., 2013 ; Salmelin et al., 1994), mais des études plus récentes, notamment conduites par notre équipe, suggèrent que tous les niveaux de traitement sont activés simultanément de façon précoce. Par exemple, nous avons montré à l’aide de l’EEG que les informations lexicales et phonémiques étaient activées simultanément en production et en compréhension (Fairs et al., 2021). Ces données suggèrent que les représentations sous-tendant la production et la compréhension sont partagées. En lien avec notre deuxième approche, à savoir si les régions cérébrales sous-tendant la production et la compréhension sont les mêmes, encore une fois les données empiriques ne sont pas concluantes. Certains modèles impliquent que différentes aires du cerveau soient impliquées dans la production et la compréhension, les aires temporales seraient impliquées dans les deux activités, mais les aires frontales uniquement en production (Hickok & Poeppel, 2007). D’autres modèles impliquent que les mêmes représentations soient utilisées en production et compréhension et donc que les mêmes régions cérébrales soient activées (Pulvermüller, 1999 ; Strijkers et al. 2017). Dans le cadre d’une étude préenregistrée qui est en cours, Fairs et al. (Fairs et al., 2020) visent à adresser cette question en testant si des aires spécifiques du cerveau connues pour être activées dans le traitement de certaines catégories sémantiques sont actives aussi bien en production qu’en compréhension. Cette étude a le potentiel pour réellement démontrer combien la production et la compréhension du langage sont interconnectées. En lien avec notre troisième approche, nous décrivons un ensemble d’expériences en double-tâche qui ont testé si la production et la compréhension du langage pouvaient être mises en œuvre simultanément, et/ou dans quelle mesure elles interféraient l’une avec l’autre. Fargier et Laganaro (Fargier & Laganaro, 2016 ; 2019) ont montré une interférence lorsque les participants écoutent des syllabes en même temps qu’ils produisent des mots, et notamment souligné que l’étape de l’encodage de la forme sonore des mots était partagée entre production et compréhension. Fairs et collègues (Fairs, 2019) ont observé un plus large chevauchement du traitement entre production et compréhension suggérant que non seulement l’étage d’encodage de la forme du mot, mais d’autres niveaux linguistiques sont partagés entre les deux activités langagières. D’autres études ont cependant suggéré que le système linguistique peut s’adapter de façon flexible de telle sorte que la question n’est plus s’il y a un chevauchement entre les représentations, mais quand ce chevauchement intervient. Dans la section finale de l’article, nous encourageons les approches paradigmatiques actuelles qui visent à étudier les mots en contexte et soulignons quelques-unes des questions qu’il reste à aborder.Les mots sont à la base de nos conversations, et comprendre comment nous créons et maintenons des conversations reste l’un des objectifs ultimes de la recherche en psycholinguistique. Les recherches actuelles dans le domaine de la conversation suggèrent qu’il y a un large chevauchement des processus de production et compréhension chez une personne (Menenti et al., 2011) et entre personnes (Silbert et al., 2014). Néanmoins, il nous apparaît évident que seule davantage de recherches sur les fondations du langage – les mots – nous permettra de savoir comment la production et la compréhension du langage fonctionnent, et combien les représentations et processus impliqués sont partagés entre ces deux activités.