BASES CEREBRAIS DA PERCEPÇÃO DE FONEMAS NO BEBÊ

Ghislaine Deahene-Lambertz (22.10.1999)

Tradução: Pedro Lourenço Gomes

Resumo. No adulto, a fMRI evidenciou as redes especializadas no tratamento de diferentes características acústicas, como a frequência, a intensidade ou a duração de um som, e mais recentemente as redes especializadas na codificação fonológica. Esta especialização cerebral está presente desde a mais tenra idade ou é consequência da aprendizagem? Ela é baseada nas assimetrias funcionais entre os hemisférios direito e esquerdo? Nós registramos os potenciais evocados cartográficos em bebês de três meses em tarefas de discriminação fonética e acústica. Três tipos de contrastes foram estudados: em primeiro lugar, uma modificação no timbre de dois tons contínuos foi oposta a uma mudança de fonema (/ba/ vs /ga/), em segundo lugar, uma mudança de voz (mulher vs homem) a uma mudança de fonema, e em terceiro lugar uma mudança de fonema no interior de uma categoria fonética (/ba/1 vs /ba/2) a uma modificação que atravessava uma fronteira fonética (/da/ vs /ba/2). Todas as cartografias das respostas de discriminação sugerem geradores temporários. Apesar disso, diferenças significativas na distribuição da voltagem no escalpo sugerem que redes neuronais diferentes são ativadas segundo a natureza da modificação. Por exemplo, os dipolos eram mais dorsais e posteriores para uma modificação fonética (/da/ vs /ba/2) do que para uma modificação acústica similar mas sem valor linguístico (/ba/1 vs /ba/2). As voltagens registradas eram mais elevadas sob o hemisfério esquerdo do que sob o direito, qualquer que fosse a natureza do estímulo (tons ou sílabas), ou a natureza da modificação (acústica ou linguística). Existe então no bebê, como no adulto, uma organização em redes especializadas para o tratamento de estímulos auditivos. Ainda permanece a ser estudado como as lesões cerebrais precoces modificam essa organização funcional e se é possível examinar essas técnicas na prática clínica.

1 Introdução

No adulto, ainda que a maioria dos sons seja percebida de maneira contínua, a percepção dos fonemas é categorial: uma mesma diferença física entre dois fonemas é mais bem percebida se os dois fonemas estiverem de um lado e de outro de uma fronteira fonética do que se os dois fonemas pertencerem à mesma categoria. Os exemplares de uma categoria, portanto, não são similares, e existem os bons e os maus representantes da categoria. Essa estrutura interna das categoria fonéticas está na origem do "efeito de imã" : um representante da categoria é mais difícil de ser discriminado se for comparado ao protótipo da categoria do que se for comparado a um exemplar não protótipo (Kuhl, 1991).

A percepção fonética do bebê apresenta características similares às daquelas encontradas no adulto. Ela é, como no adulto, categorial (Eimas, Siqueland, Jusczyk, e Vigorito, 1971), e as categorias fonéticas são estruturadas (Miller e Eimas, 1996). Mas ao contrário dos adultos, eles são capazes de discriminar contrastes fonéticos não utilizados na língua materna. Por exemplo, os adultos japoneses percebem muito mal a diferença entre /r/ e /l/ (Miyawaki e colegas, 1975). Mas os bebês japoneses distinguem sem dificuldade esse contraste (Tsushima e colegas, 1994), assim como os bebês anglófonos discriminam os contrastes do hindi não percebidos por seus pais (Werker & Tees, 1984). Essa capacidade de discriminação de contrastes não utilizados na língua materna desaparece entre os 8 e 12 meses, como mostraram Werke e Lalonde (1988). O ambiente linguístico afeta mais depressa ainda a percepção das vogais: a partir dos 6 meses, as categorias vocálicas da língua materna se estabelecem (Kuhl, Williams, Lacerda, Steves & Lindblom, 1992). Duas hipóteses diferentes foram propostas para explicar a influência determinante da língua materna sobre a percepção de fonemas. Segundo a primeira hipótese, a exposição a um subgrupo de fonemas, aqueles presentes no ambiente linguístico, estruturaria o espaço fonético em torno de protótipos, e então ocasionaria uma reorganização radical em nível sensorial (Kuhl e colegas, 1992). Segundo a outra, as etapas precoces da percepção dos fonemas permaneceriam não mudadas e portanto universais, mas a aquisição da língua materna levaria à instalação de filtros atencionais em um estado posterior do tratamento.

Para se estudarem as bases cerebrais da percepção de fonemas, escolhemos utilizar os potenciais evocados. Vindos das técnicas eletroencefalográficas, os potenciais evocados consistem no registro da atividade elétrica do cérebro no nível do escalpo, após uma ocorrência sensorial. A modificação do sinal elétrico a partir das apresentações sucessivas do estímulo permite extrair da atividade cerebral de fundo a sequência de ocorrências elétricas ligada ao tratamento do estímulo. É então teoricamente possível deduzir daí os procedimentos de tratamento do estímulo e eventualmente as regiões cerebrais implicadas em cada uma dessas etapas. Numerosas experiências que utilizaram os potenciais evocados mostraram que a introdução de um novo som em uma série de sons repetidos era a origem de uma composição precoce, a mismatch negativity (NT - negatividade de descombinação, de incompatibilidade) (MMN) (Näätänen, 1990). Essa ocorrência elétrica é gerada a partir da detecção da diferença, ou mismatch, entre as características do estímulo diferente e o traço de memória do estímulo padrão. Giard, Lavikainen, Reinikainen, Perrin, e colegas (1995) mostraram que a modificação de diferentes parâmetros (duração, frequência ou intensidade) ocasionava diferentes MMNs, que eram geradas por diferentes redes neuronais do plano temporal. A possibilidade de uma codificação das características fonéticas a partir desse nível já foram discutidas (Aaltonen e colegas, 1992); (Aaltonen e colegas, 1993; Kraus e colegas, 1995).

2 Influência da língua materna sobre a percepção dos fonemas no adulto

Nessa experiência com o adulto, nós escolhemos opor mudanças acústicas que têm ou não valor linguístico, que sejam utilizadas ou não na língua materna dos sujeitos. A partir de sílabas sintetizadas ao longo de um continuum existente sobre o local de articulação, dois contrastes fonéticos foram estudados. Um deles, /ba/ /da/, está presente no francês, e o outro, /da/ /dza/, é um contraste hindu, ausente no francês. As sílabas foram apresentadas em blocos de quatro. As três primeiras sílabas eram idênticas entre elas e forneciam o contexto. A última sílaba dos blocos era mantida constante por um contraste fonético dado. Ela era ou fisicamente idêntica às três sílabas precedentes (controle), ou pertencia à mesma categoria fonética (modificação intra-categoria), ou pertencia a uma categoria diferente (modificação inter-categorias). A utilização de sílabas sintéticas permitiu que nos assegurássemos de que a modificação acústica ao longo do continuum fosse similar para as modificações intra-categorias e para as modificações inter-categorias. A modificação foi percebida pelos adultos franceses em 81% das modificações inter-categorias na fronteira /ba/ /da/, e somente entre 13 e 19% para as outras modificações.

A utilização de uma rede geodésica de 129 eletrodos permitiu afinar a resolução espacial dos potenciais evocados. Como a sílaba teste era idêntica nas três condições (controle, modificação intra e inter categorias) a cada fronteira fonética, as diferenças das respostas evocadas entre as diferentes condições só podiam estar ligadas à representação do contexto mantido na memória sensorial e à diferença entre a sílaba e esse contexto. Com 200 ms apareceu uma resposta para a única modificação que tinha valor linguístico na língua materna dos sujeitos, quer dizer, para a modificação inter-categorias na fronteira /ba/ /da/. Uma grande MMN foi registrada em seguida para essa condição lá pelos 280 ms, ainda que fosse menos ampla com referência à modificação intra-categorias nessa mesma fronteira /ba/ /da/, e totalmente ausente com referência às modificações intra- e inter- categorias na fronteira do hindu /da/ /dza/. Essa experiência demonstra que a MMN não responde apenas às características acústicas dos fonemas, porque nesse caso a resposta elétrica teria sido idêntica em todos os casos de modificação (Dehaene-Lambertz, 1997). Ao contrário, ela sugere que a representação de um fonema mantido na memória sensorial comporta igualmente um código fonêmico ao qual o fonema desviante é comparado. A topografia da MMN em nossa experiência é similar àquela descrita na literatura, e os dipolos geradores dessa onda são habitualmente localizados no planum temporale.Enfim, existia uma assimetria direita-esquerda mais importante no caso de uma mudança linguisticamente pertinente para os sujeitos. Näätänen, Lehtovoski e colegas (Näätänen e colegas, 1997) obtiveram resultados similares com sujeitos finlandeses, que entendiam sílabas finlandesas ou estonianas. Eles localizaram com a magnetoencefalografia a representação fonêmica no córtex auditivo do hemisfério esquerdo. Essas experiências permitem descartar-se a hipótese de filtros tardios para se explicar a influência da língua materna, e favorecem uma reorganização das categorias fonéticas no interior do sistema auditivo.

Em resumo, existe no adulto uma resposta elétrica precoce e específica para uma modificação fonética linguisticamente pertinente na linguagem do sujeito. A informação fonética é então rapidamente extraída e representada na memória sensorial. Essa resposta implica redes neuronais situadas no planum temporale, provavelmente principalmente no hemisfério esquerdo. Como se constrói essa resposta dependente da língua materna? Será que a língua materna modela um sistema acústico geral ou age selecionando entre as representações linguísticas universais?

3 Bases cerebrais da discriminação de estímulos auditivos (fonemas) no bebê

Antes de se examinar a influência da língua materna, é necessário estudar-se primeiro como o sistema auditivo do bebê é estruturado, e caracterizar a resposta a um estímulo desviante introduzida em uma sequência de estímulos repetidos. Por exemplo, qual é a resposta à introdução de uma nova sílaba /ba/ depois de diversos /ga/?

O mesmo paradigma experimental que foi utilizado com os adultos: séries de quatro sílabas sendo apresentadas, e a última da série sendo ou não similar às três precedentes. A análise da evolução temporal e da distribuição topográfica da atividade elétrica nos bebês de dois meses permitiu decompor a capacidade de discriminação silábica em uma sucessão de três etapas cujas função, cronologia e localização cerebral puderam ser precisadas (Dehaene-Lambertz & Dehaene S., 1994). As duas primeiras etapas se superpõe em duas regiões temporais diferentes e correspondem a uma análise acústica progressivamente afinada da sílaba: a 220 ms, a análise acústica efetuada não permite separar as duas sílabas que são idênticas em duração, intensidade e frequência fundamental. A 400 ms(pique 2) , a informação fonética é tratada, e permite discriminar-se entre as duas sílabas.

Esses resultados demonstram igualmente que uma só apresentação é suficiente para que os bebês reconheçam se uma sílaba é nova ou não, já que com os métodos comportamentais utilizados classicamente eram necessárias muitas apresentações do estímulo antes que se observasse uma modificação do comportamento. Enfim, essas duas primeiras etapas mostram uma assimetria em favor do hemisfério esquerdo.

Uma terceira etapa frontal (Negative Component, ou Nc) sobrevém a partir dos 700 ms depois da introdução da nova sílaba, e corresponde à ativação de um sistema anterior supra-modal de orientação para a novidade. Esses dois acontecimentos sensíveis à modificação (pique 2 e Nc) sugerem uma organização funcional no bebê muito próxima à do adulto, onde a detecção consciente do desvio de um estímulo se efetua em dois tempos (Näätänen, 1990): uma primeira etapa temporal específica da modalidade, automática (MMN no adulto ou pique 2 no recém nascido) será seguida por uma segunda etapa amodal e que depende da atenção (P300 no adulto ou Nc no recém-nascido). Para se obter a detecção consciente de uma modificação no adulto são necessárias essas duas etapas. A existência de procedimentos comparáveis no adulto e no bebê para a detecção da novidade põe em evidência a existência nos jovens recém-nascidos de mecanismos cognitivos de alto nível.

4 Organização funcional do tratamento auditivo no bebê: Especialização hemisférica precoce?

A experiência precedente com os bebês permitiu que fossem descritas as etapas cerebrais da discriminação de duas sílabas. Mas ela não permite precisar se essas etapas são específicas de um tratamento linguístico, ou se são mais geralmente as etapas de discriminação de dois sons, sejam quais forem. Além disso, as voltagens eram muito importantes, por sobre o hemisfério esquerdo. Será isso devido a uma vantagem precoce do hemisfério esquerdo para o tratamento de estímulos linguísticos? Para responder a essas perguntas, retomamos o mesmo paradigma de antes nas tarefas de discriminação fonética e acústica. Foram estudados dois tipos de contrastes: primeiramente, uma modificação de timbre de dois tons contínuos foi oposta a uma modificação de fonema (/ba/ vs /ga/), e em seguida uma modificação de voz (homem vs mulher) foi oposta a uma modificação de fonema.

Como antes, a resposta de discriminação após o estímulo desviante se situa no nível do pique 2, e as cartografias das respostas de discriminação sugerem, em todos os casos, geradores temporais. Entretanto, a presença de diferenças significativas na distribuição da voltagem sobre o escalpo segundo a natureza da modificação sugere que, como no adulto, redes neuronais diferentes codificam as diferentes características do som. Em compensação, não surgiu qualquer evidência em favor de uma implicação mais importante do hemisfério esquerdo no tratamento linguístico com relação a um tratamento acústico. Ao contrário, as voltagens registradas eram sempre mais elevadas por sobre o hemisfério esquerdo do que sobre o hemisfério direito, qualquer que fosse a natureza do estímulo (tons ou sílabas) ou a natureza da modificação (acústica ou linguística). Isso é provavelmente consequência de assimetrias anatômicas interferindo com a medida dos potenciais evocados (inclinação diferente das fissuras silvianas da direita e da esquerda, planum temporale maior à esquerda, sincronização ou direção dos eixos neuronais mais homogêneos à esquerda do que à direita) ou (consequência) de uma real assimetria funcional ligada, por exemplo, à rapidez do amadurecimento. O estudo de uma tal assimetria com uma outra técnica, como a espectrografia aproximada por infravermelho (NIRS) permitiria uma separação entre essas hipóteses. Com efeito, se uma medição metabólica, como a NIRS, confirmasse uma medição elétrica, como nos potenciais evocados, deveria ser reconsiderado como uma tal assimetria do tratamento auditivo no momento em que o bebê aprende a fonologia de sua língua poderia ser um fator da especialização esquerda para a linguagem, no adulto.

Em resumo, existe então no bebê e no adulto uma organização em redes especializadas para o tratamento de estímulos auditivos. Entretanto, os potenciais evocados de alta densidade não permitiram que se colocasse em evidência uma implicação mais importante do hemisfério esquerdo no tratamento linguístico em ligação a um tratamento puramente acústico. Ao contrário, as voltagens registradas eram sempre mais elevadas sobre o hemisfério esquerdo do que sobre o direito, qualquer que fosse a natureza do estímulo (tons ou sílabas) ou a natureza da modificação (acústica ou linguística).

5 Percepção categorial no bebê: evidências de um tratamento linguístico específico precoce

Ainda que as experiências precedentes tenham permitido colocar em evidência a organização do sistema auditivo dos bebês em redes específicas que codificam as diferentes propriedades acústicas de um estímulo sonoro, elas não permitem que se afirme a existência de uma rede neuronal especificamente dedicada ao tratamento linguístico. De fato, os detectores de transições rápidas poderiam ser ativados no caso de modificações de fonemas estudadas nas experiências precedentes, sem que seja necessário postular um tratamento linguístico. Isso porque, na experiência seguinte, nós retomamos as sílabas sintéticas testadas no adulto (continuum /ba/ /da/) e opusemos duas modificações acústicas equivalentes com ou sem valor linguístico, quer dizer, uma modificação de fonema intra-categoria (/ba/1 vs /ba/2) e inter-categoria (/da/ vs /ba/2).

Existe uma resposta de discriminação para os dois tipos de modificação. Entretanto, a resposta é mais ampla e mais difusa para a modificação inter-categoria do que para a modificação intra-categoria. A topografia é igualmente diferente, com diferenças significativas entre esses dois tipos de modificação sobre os eletrodos frontais. Essas diferenças de topografia sugerem que não são as mesmas regiões que se ativam nesses dois tipos de modificação. Mesmo se a diferença entre as duas condições é significativa sob as regiões frontais, isso não significa que a ativação cerebral no caso de uma modificação linguística seja de origem frontal. De fato, a modelização dos geradores na origem do pique 2 coloca os dipolos de origem simétrica no córtex temporal direito e esquerdo com uma assimetria do fio do dipolo em favor da esquerda em todas as condições experimentais. Os dipolos estão mais atrás e mais acima para a modificação fonética (portanto na direção da região de Wernicke) do que para a modificação acústica (Dehaene-Lambertz, 1998).

Concluindo: como o adulto, os bebês de três meses apresentam uma resposta particular a uma modificação acústica que possui um valor linguístico com relação a uma modificação acústica equivalente sem valor linguístico. Isso demonstra a presença de redes neuronais especificamente engajadas em um tratamento linguístico, desde a mais tenra idade. O ambiente linguístico age então sobre um sistema auditivo estruturado, comportando redes neuronais dedicadas ao tratamento linguístico. Atualmente estamos a caminho de realizar experiências para seguir as modificações ligadas à influência da língua materna durante o primeiro ano de vida. A modificação profunda durante o primeiro ano de vida das respostas à palavra em função da língua materna é um argumento suplementar para a detecção e aparelhamento precoce da surdez. Além disso, pareceria importante estudar na criança surda aparelhada como se efetua essa reorganização cerebral.