Grounding body ownership and language in action: evidence from healthy and damaged brains

Abstract

Contrary to the classical theory of mind, largely inspired by dualism, the theoretical framework of embodiment emphasizes the constitutive role of the body in the process of cognition. This view also referred to as the sensorimotor approach has been supported by a number of clinical and empirical studies suggesting that at the basis of both lower-level processes and higher-level functions is the coupling between the body, brain, and environment through action. Critically, these results challenge the traditional theories which view both the experience of the body and the conceptualization of the world through language as isolated and decoupled from action. These two abilities, in turn, seem functionally grounded in experience and essential to successfully act in the world by defining the boundaries of an embodied self, on the one hand, and enabling verbal communication, on the other. In an interdisciplinary effort which integrates methods such as bodily illusions and clinical trials, this dissertation comprises a series of experiments which aim at advancing our knowledge about the principles of body ownership and language (re)learning grounded in sensorimotor interactions of an individual with the world. In the first part of the dissertation, we present a set of four behavioral experiments that extend the classical multisensory theory of body ownership (i.e., based on the Rubber Hand Illusion). This approach indeed only accounts for externally-generated stimuli (i.e., tactile strokes) and neglects the integration of the efferent signals which are necessarily present during goal-oriented behavior. To bridge this gap, we asked whether body ownership is coupled to the motor system such that it depends on the congruency of sensory consequences of goal-oriented actions. Our results suggest that the mechanisms which underlie body ownership go beyond the mere integration of passively received multi-sensory signals and support the role of action, goals, and environment in building the minimal representation of the embodied self. In the second part of the dissertation, we tested the premises of the embodiment thesis in the context of language (re)learning. In particular, we designed a virtual reality-based contextualized multimodal therapy for the rehabilitation of language in post-stroke patients with nonfluent aphasia which capitalizes on the sensory-motor grounding of linguistic functions predicted by the empirical framework of embodiment. We tested, in a longitudinal clinical trial, the benefits of this approach compared to the standard therapy and showed that behaviorally relevant training of language in the context of action indeed promotes the recovery and retention of linguistic functions. Moreover, we demonstrated that the sensorimotor cueing embedded in our approach facilitates word retrieval. Altogether, the results of this dissertation contribute to the understanding of how both lower- and higher-level cognitive functions, such as body-ownership and language, are tightly coupled to the motor system, goals at hand, and the dynamics of the surrounding environment. These findings can contribute to the basic research as well as applied sciences with an emphasis on learning and rehabilitation.

Contràriament a la teoria clàssica de la ment fonamentalment inspirada pel dualisme, el marc teòric d'"embodiment" emfatitza el rol constitutiu del cos en els processos cognitius. Aquesta perspectiva, també referida com a aproximació sensoriomotora, ha rebut suport per part de nombrosos estudis empírics, suggerint que a la base dels processos cognitius tant de baix com d'alt nivell s'hi situa la interacció entre el cos, el cervell i l'entorn, mitjançant l'acció. Críticament, aquests resultats desafien les teories tradicionals sobre la mateixa experiència del cos com a procés de baix nivell, així com les aproximacions a l'adquisició del llenguatge com a procés d'alt nivell. Ambdues funcions, alhora, semblen essencials per, d'una banda, poder actuar al món satisfactòriament, definint el mínim sentit de "self", i d'altra banda, per habilitar la comunicació verbal. En un esforç interdisciplinari que integra mètodes tals com il·lusions corporals i assajos clínics aleatoritzats, aquesta dissertació es presenta com a una sèrie d'experiments amb l'objectiu de millorar el nostre coneixement sobre els principis de "body ownership" i del (re)aprenentatge del llenguatge basats en les interaccions sensoriomotores d'un invididu amb el món. Amb aquesta finalitat, en un conjunt de quatre experiments de comportament amb persones sanes, hem intentat estendre la teoria clàssica multisensorial de "body ownership", la qual es basa en paradigmes que no tenen en compte la integració de cap senyal eferent. Específicament, hem provat si el "body ownership" interacciona amb el sistema motor en el sentit de si depèn de senyals sensorials (incloent-hi les externes al cos) pertanyents a una tasca orientada a objectius. En un estudi posterior, vam posar a prova les nocions de connectivitat, espai peripersonal, i plausibilitat física com a condicions necessàries per "body ownership" en el context de l'acció. Finalment, ens vam preguntar quin és el rol del model intern que tenim de l'entorn en l'experiència del "self". Paral·lelament, inspirats per descobriments recents, vam posar a prova les premisses de la tesi d'"embodiment" en el context de (re)aprenentatge del llenguatge. En particular, vam dissenyar una teràpia comportamental, orientada a objectius, i multimodal, per pacients amb afàsia no fluent. Vam provar si aquesta aproximació és beneficiosa per a la recuperació i retenció de les funcions de llenguatge, en comparació amb la teràpia estàndard basada en la visió proposicional. Conjuntament, els nostres resultats contribueixen a l'enteniment de com processos de baix nivell, com l'experiència que el cos ens pertany, i les funcions cognitives de baix nivell, com el (re)aprenentatge del llenguatge, estan íntimament lligats al sistema motor, els objectius, i les dinàmiques de l'entorn. Més enllà de la seva rellevància per a la recerca en neurociència, aquests resultats poden tenir aplicacions en l'àmbit de la rehabilitació de desordres del "body-self" i del llenguatge.