Cortical representations for phonological quantity

Different languages use temporal speech cues in different linguistic functions. In Finnish, speech-sound duration is used as the primary cue for the phonological quantity distinction ― i.e., a distinction between short and long phonemes. For the second-language (L2) learners of Finnish, quantity is often difficult to master if speech-sound duration plays a less important role in the phonology of their native language (L1). The present studies aimed to investigate the cortical representations for phonological quantity in native speakers and L2 users of Finnish by using behavioral and electrophysiological methods. Since long-term memory representations for different speech units have been previously shown to participate in the elicitation of the mismatch negativity (MMN) brain response, MMN was used to compare the neural representation for quantity between native speakers and L2 users of Finnish. The results of the studies suggested that native Finnish speakers' MMN response to quantity was determined by the activation of native-language phonetic prototypes rather than by phoneme boundaries. In addition, native speakers seemed to process phoneme quantity and quality independently from each other by separate brain representations. The cross-linguistic MMN studies revealed that, in native speakers of Finnish, the MMN response to duration or quantity-degree changes was enhanced in amplitude selectively in speech sounds, whereas this pattern was not observed in L2 users. Native speakers' MMN enhancement is suggested to be due to the pre-attentive activation of L1 prototypes for quantity. In L2 users, the activation of L2 prototypes or other L2 learning effects were not reflected in the MMN, with one exception. Even though L2 users failed to show native-like brain responses to duration changes in a vowel that was similar in L1 and L2, their duration MMN response was native-like for an L2 vowel with no counterpart in L1. Thus, the pre-attentive activation of L2 users' representations was determined by the degree of similarity of L2 sounds to L1 sounds. In addition, behavioral experiments suggested that the establishment of representations for L2 quantity may require several years of language exposure.

Eri kielet käyttävät äänteiden kestovihjeitä erilaisissa kielellisissä tehtävissä. Suomessa äänteen kesto on kvantiteetin eli lyhyiden ja pitkien foneemien erottamisen tärkein vihje. Suomea toisena kielenä puhuvien on usein vaikea oppia kvantiteetti, jos äänteen kestolla on vähäisempi merkitys heidän äidinkielessään. Tämän väitöskirjan tutkimuksissa tarkasteltiin aivovastemittausten ja foneettisten testien avulla kvantiteettikategorioiden muistijälkiä äidinkieleltään suomenkielisten ja suomea toisena kielenä puhuvien aivokuorella. Koska äänteiden pitkäkestoisten muistijälkien on aiemmin todettu osallistuvan MMN-aivovasteen (engl. mismatch negativity) syntymiseen, sitä käytettiin selvittämään, miten äidinkieleltään suomenkielisten ja suomea toisena kielenä puhvien kvantiteettikategorioiden muistijäljet poikkeavat toisistaan. Tulosten mukaan äidinkieleltään suomenkielisten MMN-vasteen voimakkuus määräytyi äidinkielen foneettisten prototyyppien mukaan eikä foneemien rajojen mukaan. Lisäksi suomenkieliset näyttivät käsittelevän foneemin laadun ja kvantiteetin toisistaan riippumattomasti, eri kategorioiden kautta. Kieliryhmiä vertailevat MMN-tutkimukset puolestaan osoittivat, että äidinkieleltään suomenkielisillä MMN-vaste keston muutokselle oli nimenomaan puheäänteiden kohdalla voimakkaampi kuin toisen kielen oppijoilla. Tämä saattaa johtua foneettisten prototyyppien esitietoisesta aktivoitumisesta äidinkieleltään suomenkielisten aivokuorella. Toisen kielen oppijoilla toisen kielen prototyyppien aktivoituminen tai kielenoppiminen ylipäänsä eivät näkyneet MMN-vasteessa yhtä poikkeusta lukuun ottamatta. Vaikka suomea toisena kielenä puhuvien aivovasteiden voimakkuus äänteen keston muutokselle ei saavuttanut äidinkielisten tasoa vokaalissa, joka oli samankaltainen heidän äidinkielessään ja toisessa kielessään, he saavuttivat suomenkielisten tason vokaalissa, jolla ei ollut vastinetta heidän äidinkielessään. Näin ollen äidinkielen ja toisen kielen äänteiden samankaltaisuus näyttäisi vaikuttavan suomea toisena kielenä puhuvien muistijälkien esitietoiseen aktivoitumiseen. Tutkimuksen foneettisten kokeiden mukaan kategorioiden syntyminen toisen kielen kvantiteetille saattaa vaatia useiden vuosien altistusta toiselle kielelle.