본 논문의 목표는 언어커뮤니케이션에 대한 학제 간 연구를 통해 한국어 문장 이해 과정에서 실시간 의미 통합이 어떠한 인지신경기제에 기반하는지를 밝히는 데 있다. 이를 위해 인지신경과학의 전기생리학적 측정기법인 뇌파전위기록술(EEG)을 이용하는 세 가지 인지신경반응 실험, 그리고 문장의 의미적합도 판단과제와 문장 완성과제로 구성된 두 가지 행동반응실험을 각각 실시하고 그 결과를 분석하였다.
커뮤니케이션학의 대표적인 분과 영역에 속하는 언어 커뮤니케이션학에서는 언어를 매개로 이루어지는 의사소통 과정을 다각도로 연구하는데, 인간의 언어 사용이 매우 복잡한 인지적 처리를 요구하는 고도로 정교한 과정이라는 측면에서 언어학, 심리학, 인지신경과학 등을 연계하는 학제 간 연구방법을 적극적으로 활용해야 할 필요성이 크다. 최근 이러한 흐름을 주도하고 있는 EEG 연구는 시간의 흐름에 따라 변화하는 뇌파를 기록하는 방법으로, 특히 언어자극에 대한 반응으로서의 뇌파가 어떤 유형의 사건관련전위(ERP)로 나타나는지를 경험적으로 확인함으로써 언어처리에 관련된 뇌 인지기제의 특성을 밝힐 수 있다. 이러한 맥락에서 지금까지 진행된 유관 선행연구들은 언어처리의 인지신경기제가 N400, P600, 그리고 (E)LAN이라는 세 가지 ERP 성분, 또는 이 성분들의 조합으로 발현된다는 증거들을 축적해 왔는데, N400은 의미처리, P600과 (E)LAN은 통사처리가 진행됨을 나타내는 지표로 간주된다. 그런데 이 연구들은 주로 영어, 독일어, 네덜란드어 등과 같은 인도유럽어를 대상으로 진행되었기 때문에 언어처리의 인지신경기제에 대한 보다 보편성 높은 이론을 발전시킬 수 있기 위해서는 한국어와 같은 언어유형론적으로 상이한 언어에 대한 EEG 연구가 필수적이다.
이상과 같은 필요성에 의해 먼저 본 연구는 한국어 실시간 문장 이해 과정에서 문장 성분들 간의 의미 통합에 관련되는 뇌 반응을 측정하는 세 건의 ERP 실험을 실시하였다. “주어-형용사-명사-동사”로 이루어진 한국어의 단순평서문 구조에서 명사구 내의 국지적 의미 통합(형용사+명사)과 동사구 층위에서의 전역적 의미 통합(명사구+동사)을 위반패러다임을 이용해 측정한 실험 1에서는 국지적 의미 위반 조건에서 N400의 부재가 두드러졌고, 전역적 의미 위반 조건 및 이중 위반조건(국지적 위반 조건 + 전역적 위반)에서는 N400과 P600이 조합된 이항적(biphasic) ERP 패턴이 확인되었다. 한편 의미 통합 과정에서 동사의 위치가 담당하는 역할을 밝히기 위해 실험 1의 문장들을 동사가 목적어에 선행하는 관계절 구조로 변환하여 실시한 실험 2에서는 국지적, 전역적, 이중적 위반 조건 모두에서 N400과 P600이 조합된 이항적(biphasic) ERP 패턴이 뚜렷하게 나타났다. 끝으로 의미 통합과정에서 명사구 확장 가능성의 영향을 밝히기 위해 실험 2 문장들의 명사구 격조사(을/를)를 주제표지자(은/는)로 바꾸어 실시한 실험 3에서도 실험 2에서와 동일하게 모든 위반조건에서 N400과 P600이 조합된 이항적(biphasic) ERP 패턴을 확인할 수 있었다.
이상의 인지신경반응 증거와 별도의 두 가지 행동반응실험 증거를 종합적으로 분석한 결과는 (i) 한국어의 경우 단순평서문 및 관계절 모두에서 예측처리와 통합처리에 의한 의미 통합이 진행될 수 있으며 (ii) 이 때 어휘적 예측 가능성의 차이는 N400 성분의 차이로, 구조적, 표상적 의미 통합상의 어려움은 LPC(P600) 성분으로 반영 된다는 것, 그리고 (iii) 서로 다른 위계 구조의 상호작용은 어휘적 예측 가능성을 반영하는 N400 성분이 아닌 구조적/표상적 통합 처리를 반영하는 LPC(P600)에서 확인할 수 있다는 것을 시사한다.

The present study investigates the neurocognitive mechanism underlying on-line semantic integration in Korean sentence comprehension. For this purpose, three electrophysiological experiments were conducted using the event-related brain potentials(ERP) recording, which is widely adopted in many recent psycholinguistic studies on language processing. In addition, two off-line behavioral tests, i.e. semantic acceptability rating and sentence completion task, were carried out in order to supplement the results of on-line experiments. The ultimate goal of the study is to contribute to a deeper understanding of human communication in general, by way of an interdisciplinary approach to language understanding.
Studies on language communication focus on the communication process mediated by language from various viewpoints. Since human language usage relies on highly sophisticated processes which take advantage of a considerably complex cognitive mechanism, interdisciplinary approaches combining research paradigms of linguistics, psychology, and cognitive neuroscience appear to be inevitable for a scrutiny of language communication. A case in point is the ERP investigation of language, by which neural substrates of on-line language processing, particularly its time-course, is identified as different ERP components with milliseconds accuracy. For instance, previous ERP studies on language processing discovered three main language related components, i.e. N400 P600, and (E)LAN: The N400 is taken to be an index of semantic processing, whereas P600 and (E)LAN are generally regarded as indices of syntactic processing. However, given that the relevant studies mainly focused on Indo-European languages such as English, German, or Dutch, additional ERP studies on typologically different languages such as Korean are necessary, in order to develop a universal theory of language communication.
In this research context, the present study investigates neural substrates underlying semantic integration in on-line sentence processing of Korean, conducting three ERP experiments using the violation paradigm. ERP responses of Korean speakers were recorded while they read sentences including semantic incongruence between adjective (A) and noun (N) and/or between object noun (N) and verb (V), and were compared with those for control sentences. In Experiment 1 using the verb-final ‘…[A-N]-V’ string of simple declarative sentence, the semantic incongruence between A and N yielded no N400 effect, whereas that between N and V elicited the biphasic N400/P600 ERP pattern. In Experiment 2 using the verb-initial ‘…V-[A-N]…’ string of object relative clause, in contrast, the biphasic N400/P600 pattern was commonly observed in all of the incongruence conditions. This evidence indicates the crucial role of V position in predicting the upcoming word for incremental semantic integration in Korean. That is, the lack of N400 effect is due to the absence of any solid prediction to be (dis)confirmed (in ‘A-N’-V), whereas the N400/P600 ERP pattern reflects the disconfirmation of prediction, provided either by the case suffix of N (in A-‘N-V’), or by the preceding verb (in ‘V-A-N’). The N400/P600 ERP pattern was also observed in Experiment 3, for which materials of Experiment 2 were modified such that accusative case markers of object nouns were replaced by topic markers. This result indicates that the lack of N400 in the local incongruence condition of Experiment 1 cannot be attributed to the possibility of noun phrase extension in Korean.
Based on the ERP evidence and the results of behavioral data, it is concluded that the semantic integration in Korean is considerably affected by the prediction depending on verb position (in verb-initial word order) or case morphology (in verb-final word order). As for the functional interpretation of ERP components, the results of the present study suggest that (i) the N400 component reflects the disconfirmation of the prediction by an incoming word, and (ii) the P600 component reflects the integration difficulties for constructing the ultimate meaning representation at the final stage of sentence processing.