The contribution of the hippocampus to language processing

Abstract

Humans display distinct unlimited capacity to produce expressions in language and use them flexibly in language processing. This characteristic of human language allows speakers to use novel, flexible, and complex structures during communication. Neurobiologically, however, it is not fully understood how the rapid process of language production and language comprehension occurs, including word generation, interpretations and common representations that facilitate the process of real-time language processing. The classical theories and approaches have limited the language network to perisylvian cortical regions, namely the Broca’s and Wernicke’s areas. This thesis proposes that the language network goes beyond the cortical regions indicated by traditional views. In doing so, this thesis puts forward a hypothesis that subcortical structures are not only fundamental to memory but also to language, in which online language processing receives a major contribution from the hippocampal declarative memory, which allows speakers and listeners to use language flexibly. The mechanism of such a contribution by the hippocampal declarative memory system during online language processing is via relational binding in which hippocampal declarative memory rapidly retrieves a network of relative, stored information to serve in the particular context.

To support the hypothesis of hippocampal implications in language processing, several pathologies that affect the hippocampus have been reviewed, including Alzheimer’s disease, Down syndrome, Williams’ syndrome, schizophrenia, depression and bipolar disorder. The review evaluated hippocampal neurobiological alterations in each pathology, and determined cognitive and language profiles. Findings from previous pathologies indicate that the hippocampus affects language at two levels. First, in the general delay in language acquisition and other cognitive aspects, and second, in the disturbed use of language during online communication; short lag interaction is seen to occur when the hippocampal formation is lesioned. It appears that hippocampal lesions suppress the flexible use of stored information within certain contexts in communication, as it does in flexible navigation in animal models. This thesis concludes that the hippocampus is a multi-cognitive operator that is implicated in several cognitive areas including the flexible use of language during real-time processing, and therefore it should be taken into account in the language network in the human brain.

Los seres humanos ponen en juego distintas e ilimitadas capacidades para producir expresiones verbales y usarlas de forma flexible durante el procesamiento del lenguaje. Esta característica del lenguaje humano permite al hablante usar estructuras nuevas, flexibles y complejas durante la comunicación. Desde un punto de vista neurobiológico, no se conoce completamente cómo se generan los rápidos procesos de la producción y de la comprensión del lenguaje, incluyendo la generación de palabras, las interpretaciones y las representaciones comunes que facilitan el procesamiento del lenguaje en tiempo real. Las teorías clásicas se han limitado a la red lingüística en las regiones de la corteza perisilviana, es decir, en las áreas de Broca y de Wernicke. La propuesta de esta tesis sugiere que la red lingüística debe ir más allá de las regiones corticales señaladas por las visiones tradicionales. Para hacer esto, la tesis propone la hipótesis de que las estructuras subcorticales no son solo fundamentales para la memoria sino también para el lenguaje, de manera que el procesamiento verbal online recibe una significativa controbución de la memoria declarativa hipocampal que permite a los hablantes y a los oyentes utitlizar flexiblemente el lenguaje. El mecanismo de esta contribución del sistema mnésico declarativo hipocampal durante el procesamiento del lenguaje on-line es a través de la vinculación relacional en la cual la memoria declarativa hipocampal recupera rápidamente una red de información relativa almacenada para ser utilizada en un cierto contexto.

Para apoyar la hipótesis de las implicaciones hipocampales en el procesamiento verbal, se han revisado diversas patologías que afectan el hipocampo, incluyendo la enfermedad de Alzheimer, el síndrome de Down, el síndrome de Williams, la esquizofrenia, la depresión y el trastorno bipolar. La revisión ha tenido como objetivo evaluar las alteraciones neurobiológicas hipocampales en cada patología, así como los perfiles cognitivo y lingüístico. Algunos descrubrimientos de patologías previas indican que el hipocampo afecta al lenguaje en dos niveles. Primero, en el retraso general en la adquisición del lenguaje y en otras aspectos cognitivos, y, segundo, en la observación, cuando la formación hipocampal está dañada, del uso alterado del lenguaje durante la comunicación on-line y de la interacción con lapsos cortos. Se observa que las lesiones hipocampales suprimen el uso flexible de información almacenada dentro de un cierto contexto comunicativo, como se ha validado en la navegación flexible en modelos animales. La tesis concluye que el hipocampo es un operador multi-cognitivo que implica a diversas áreas cognitivas que están implicadas en el uso flexible del lenguaje durante el procesamiento en tiempo real, lo que debería tenerse en cuenta en la red del lenguaje en el cerebro humano.