Domain-general perspectives on the neurocognitive specialization of language

Abstract

This dissertation proposes that the frontotemporal network involved in the neural substrate of language processing is as a subset of a domain-general system mediated by predictive processing mechanisms. Instead of attributing independent functions to each of its patterns of activity, it redescribes them as deriving from differences in the performance of this system when attempting integrations. In particular, it proposes that dorsal-ventral interactions are behind all linguistic and cognitive functions, representing as a single stream the exchange of feedforward (prediction error) and feedback (prediction) information under differing degrees of estimated certainty. This exchange is in turn manifested across a rostrocaudal hierarchy ending in pars triangularis, which connects the current processing context with retrieved task sets for its more efficient, proactive processing, and is generally involved in cognitive control. The proposed domain-general system produces different cross-network interactivity patterns based on the ongoing levels of expected and unexpected uncertainty, sustaining language and cognition. Evidence for these is gathered from event-related potentials, oscillatory activity, neurochemistry, network neuroscience, and a broad range of cognitive neuroscience studies. The last part of the dissertation studies the related problem of how language and speech could evolve simultaneously as a result of continuous, quantitative changes taking place in the aforementioned domain-general system. This section proposes a new framework to study the evolution of vocal learning abilities in connection with domain- general cognition, based on primate neural scaling rules and connectivity enhancements, and argues against comparative perspectives that only focus on animal vocalizations in order to explain human specificity.

Esta disertación propone que la red frontotemporal involucrada en el sustrato neuronal del procesamiento del lenguaje es una parte de un sistema de dominio general mediado por mecanismos de codificación predictiva. En lugar de atribuir funciones independientes a cada patrón de actividad, estos son redescritos como derivados de diferencias de rendimiento en este sistema a la hora de realizar integraciones. En particular, se propone que las interacciones dorsales y ventrales sustentan todas las funciones lingüísticas y cognitivas, representando como una única corriente un intercambio de información de tipo feedback (error predictivo) y feedforward (predicción) bajo distintos grados de certidumbre estimada. Este intercambio a su vez se manifiesta a lo largo de una jerarquía rostrocaudal, generalmente involucrada en el control cognitivo, que termina en pars triangularis, la cual conecta el contexto de procesamiento actual con grupos de tareas recordados con el fin de su procesamiento más eficiente y proactivo. Este sistema de dominio general propuesto produce diferentes patrones de interacción entre redes funcionales basados en los actuales niveles de incertidumbre esperada e inesperada, sustentando el lenguaje y la cognición. También se busca evidencia para este modelo en estudios sobre potenciales evocados, actividad oscilatoria, neuroquímica, neurociencia de redes, y múltiples estudios de neurociencia cognitiva. La última parte de esta disertación estudia el problema relacionado de cómo el lenguaje y el habla pudieron haber evolucionado simultáneamente como resultado de cambios continuos y cuantitativos en este sistema de dominio general. Esta sección propone un nuevo marco para estudiar la evolución del aprendizaje vocal en conexión con la cognición de dominio general, basado en reglas de escalado neuronal en primates y mejoras de conectividad. También se argumenta en contra de perspectivas comparativas que solo se basa en la vocalización animal para explicar la especificidad humana.