Exploring the ventral language pathways of the brain through bilingualism: a Tractography study

The focus of the present PhD thesis is to compare the brain correlates associated to bimodal bilingualism with respect to unimodal bilingualism. The overarching aim is to identify which are the common neuronal substrates between signed and spoken languages, with respect to the neural substrates that are specific for each linguistic modality, i.e., signed versus spoken. This is a relevant issue as it allows to better explore (i) to what extent and for which function the two language modalities might interact; (ii) for which function they might interfere, and (iii) whether the two language modalities are supported by independent neuronal systems. In addition, this project explores the organization of the bilingual brain in a broader view, assessing whether the neural structures underlying the first language (L1) can be separated from structures mainly devoted at handling the second language (L2). Measures of diffusion magnetic resonance imaging tractography will be assessed in a group of unimodal bilinguals of Italian (L1) and English (L2) and in a group of bimodal bilinguals of Italian (L1) and Italian Sign Language (L2), with variable level of proficiency in the second language. Together with the tract-specific measures, both demographical and behavioral data will be collected in order to assess the level of performance for both L1 and L2. Tract-specific data will be correlated with behavioral data, revealing how the degree of expertise with signed or spoken language and the relative modality are capable of shaping the neural circuitry at the service of specific linguistic functions.

Il lavoro svolto durante i miei tre anni di Dottorato, si propone di individuare possibili somiglianze e differenze, a livello neuroanatomico, in Bilingui Unimodali Italiano-Inglese e Bilingui Bimodali Italiano-lingua italiana dei segni (LIS). La particolarità di queste due popolazioni sta nella diversa modalità di processare la seconda lingua. Se per i bilingui unimodali entrambe le lingue sono processate dagli stessi sistemi sensoriali di input e di output (apparato uditivo e vocalico), nei bilingui bimodali le due lingue si appoggiano su due sistemi sensoriali differenti: un canale uditivo-vocalico delle lingue verbali e un canale visivo-motorio (le vista e le mani) per la lingua segnata. Nonostante stiano crescendo in letteratura studi che confrontano queste due popolazioni, sia a livello puramente comportamentale sia a livello funzionale e strutturale, non ci sono, ad oggi, lavori che indaghino quali strutture cerebrali siano comuni o differiscono tra i due tipi di bilingui. Quindi, come la differente modalità linguistica influenzi lo sviluppo di specifiche connessioni cerebrali, in termini di direzionalità dei tratti di materia bianca, numerosità di connessioni tra le aree, volume dei fasci di fibre, etc., è ancora da approfondire. La trattografia è una tecnica avanzata che, partendo da dati di diffusione, “ricostruisce” indirettamente in vivo, le connessioni di materia bianca nel cervello, permettendo di rappresentare specifici tratti di interesse che potranno poi essere analizzati in congiunzione a dati comportamentali. In una prima sessione, 24 bilingui bimodali e 25 bilingui unimodali, con diversi livelli di competenza nella seconda lingua, sono stati sottoposti ad una sessione di risonanza magnetica della durata di 40 minuti circa, presso l’Istituto di Radiologia dell’Università di Padova. In una seconda sessione, tutti i partecipanti hanno svolto una serie di compiti comportamentali, per valutare il livello di comprensione e di produzione, prima in italiano e poi nella rispettiva seconda lingua (Inglese-LIS). Nello specifico, i compiti utilizzati sono stati: un compito di fluenza verbale (sia semantica che fonologica), un compito di picture naming e uno di comprensione di frasi. Questa seconda sessione ha avuto luogo all’interno dei laboratori interdipartimentali dell’Università di Psicologia. I tratti che abbiamo deciso di approfondire, formano la via ventrale del sistema linguistico e sono stati identificati in Fascicolo Fronto-Occipitale Inferiore (IFOF), Fascicolo Uncinato (UF) e Fascicolo Longitudinale Inferiore (ILF). Un volta estratti i tratti di materia bianca in entrambi gli emisferi, indici qualitativi e quantitativi (HMOA e Volume) sono stati correlati con le prestazioni ottenute nei compiti linguistici, sia in L1 che in L2. In questo modo è stato possibile indagare come il grado di esperienza con una lingua verbale e/o una lingua segnata può modellare i circuiti neurali al servizio di specifiche funzioni linguistiche. I risultati sembrano essere coerenti con l'ipotesi che la via ventrale sia coinvolta nel recupero di significato come proposto nella letteratura disponibile. Inoltre, i risultati suggeriscono una forte interazione tra il sistema linguistico e il sistema sensoriale coinvolto nella produzione e nella comprensione, facendo emergere dati molto interessanti relativi ad un effetto della modalità linguistica utilizzata.