• A
  • A
  • A
  • ABC
  • ABC
  • ABC
  • А
  • А
  • А
  • А
  • А
Regular version of the site
Advanced search
Center for Language and Brain
For visually-impaired
Advanced search
Menu
HSE University

Center for Language and Brain

Effects of familial handedness on language lateralization in the brain

Description of the study

Establishing the neural basis of language is the primary task of contemporary neurolinguistics. One aspect of this question is investigating language lateralization, i.e. the distribution of language function between the left and right hemisphere. It is known that language lateralization is not universal and shows high individual variability. Traditionally lateralization patterns have been associated with a person’s handedness: the greater is an individual's right-hand preference, the lower is the involvement of the right hemisphere in language processing (Fitch&Braccini, 2013; Knechtetal., 2000). However, a number of clinical studies and experimental data suggests that such connection does not universally account for language lateralization patterns. Recently it was proposed that genetic predisposition to left-handedness, rather than the dominant hand is more crucial for left vs. right hemisphere distribution of the language function (Hancock, Bever, 2013). The current project aims to further test this hypothesis.

In 2015, the project team focused on researching the theoretical background, mathematical modelling of genetic predisposition to left-handedness index and developing and piloting the experimental design.

  • Firstly, 2000 Russian native speakers, born and raised in Russia, completed two questionnaires designed to assess their familial and individual handedness.These data were used for mathematical modelling of genetic predisposition to left-handedness. The index was calculated based on the number and type of non-right-handed relatives. These individual indices were used in neuroimaging data analysis at a later stage of research.
  • Secondly, we designed an fMRI paradigm for localization of language function. Participants were asked to read and complete presented (control condition used sequences of syllables instead of sentences). In total, subjects read 120 experimental stimuli while their brains were scanned in a 3T MRI scanner (Siemens Magnetom Verio). In order to record participants’ answers in a noisy environment, sparse sampling was used. In addition, we designed and tested several MRI protocols to collect supplementary data on anatomical and functional connections in the brain (DTI and resting state fMRI).
  • Thirdly, with all MRI protocols were piloted, we collected data of 50 healthy Russian-speaking participants. Data analysis allowed to detect middle temporal and inferior frontal activation associated with the experimental language task. Moreover, subjects with different handedness displayed variability of language lateralization (Figure 1). In addition, three bilateral language resting-state networks related to speech processing were reconstructed for these 50 participants (Figure 2). DTI data were analyzed to reconstruct arcuate fasciculi.  

All three measures – localization of functional activation, the volume of arcuate fasciculi, and resting-state functional network related to language – demonstrated the individual variability of lateralization. These results confirm the high quality of the obtained data and adequacy of the experimental and analysis methods. This will allow further analysis of data from an extended group of participants – with a various genetic predisposition to left-handedness. 

Figure 1. Activations maps obtained with the language localize (R1 – right-handed, A2 - ambidexter, L1 – left-handed)Figure 2. Bilateral language networks in the resting state of 50 participants
Figure 3. Reconstructed tracts in the left hemisphere in a healthy participant (on the left) and in a patient after a stroke (on the right)


In 2017, DTI data of 50 participants were analyzed to reconstruct the basic association tracts in both hemispheres and the main commisure - Corpus callosum - for each participant (Figure 3). For all three types of neuroimaging data (localization of functional activation, resting-state functional network related to language and DTI) the lateralization indices were calculated for each participant and analyzed in order to find the correlation between the lateralization indices and individual degree of hand preference and between lateralization indices and genetic predisposition to left-handedness. The same analysis was performed in the group of 22 patients with a lesion in the left hemisphere with concominant aphasia of varying severity to reveal factors that contribute to a better preservation of language function after a stroke.

For the moment, the main obtained results are: 1) the degree of handedness - is the result of accumulation of predisposition to left-handedness through many generations and poorly predicted on the basis of data of only the closest generations; 2) hand preference but not familial sinistrality is the reliable predictor of language lateralization in the brain (according to fMRI data): the greater is an individual's right-hand preference, the higher is the involvement of the left hemisphere in language processing - this is true for healthy participants and for patients with brain lesions; 3) resting-state functional network related to language is independent and even opposite, that is why the use of resting-state fMRI for language lateralization is not reasonable; 4) the degree of arcuate fasciculus preservation in the right hemisphere is positively connected with the degree of language preservation in patients with aphasia after a stroke in the left-hemisphere, thus the right arcuate fasciculus may be a part of successful language reorganization in the brain after a stroke.

Publications

  1. Больгина Т. А., Малютина С. А., Завьялова В. В., Игнатьев Г. А., Ушаков В. Л., Акинина Ю.С., Иванова М. В., Драгой О. В. (2016). Парадигма для определения латерализации языка в мозге: естественнонаучный метод на службе лингвистики // Вестник Российского Фонда Фундаментальной Науки. Москва: Российский Фонд Фундаментальной Науки. № 3. С. 83-91.            Vestnik_RFFI2016.pdf
  2. Игнатьев Г.А., Драгой О.В. (2015). Влияние семейного левшества на языковую обработку // Вестник ВГУ. Серия: Лингвистика и межкультурная коммуникация. № 4. С. 57-61.   Vestnik_VGU.pdf
  3. Больгина Т.А., Малютина С. А., Зинченко В.В., Г.А. Игнатьев Г. А., Ушаков В. Л., Акинина Ю.С., Иванова М. В., Драгой О. В. (2017). Связь объёма мозолистого тела с латерализацией речи в мозге // Когнитивная наука в Москве: новые исследования. Материалы конференции 2017. Под ред. Е.В. Печенковой, М.В. Фаликман. М.: БукиВеди, ИППиП. С. 44-47.   Bolgina_CogSci2017.pdf
  4. Игнатьев Г.А., Власова Р.М., Акинина Ю.С., Завьялова В.В., Ушаков В.Л., Иванова М.В., Драгой О.В. (2015). ФМРТ-исследование чтения предложений: эффект контрольного условия // Когнитивная наука в Москве: новые исследования (16 июня 2015 г.). Под общ. ред. Е. В. Печенкова, М. В. Фаликман. М.: БукиВеди. С. 158-164.   Ignatyev_et al CogSci2015.pdf
  5. Больгина Т. А., Малютина С. А., Завьялова В. В., Игнатьев Г. А., Власова Р. М., Ушаков В. Л., Иванова М. В., Драгой О. В. (2016). Русскоязычная фМРТ-парадигма для локализации речевых зон в мозге» // В кн.: Седьмая международная конференция по когнитивной науке: Тезисы докладов. Светлогорск, 20–24 июня 2016 г. Москва: Институт психологии РАН. С. 163-164.   Bolgina_Svetlogorsk2016.pdf
  6. Игнатьев Г.А., Власова Р.М, Акинина Ю.С., Иванова М.В., Драгой О.В. (2016). Латерализация речевой обработки у правшей и левшей: фМРТ исследование // V Международная научная конференция «Психология индивидуальности»: сборник материалов. Москва: Литературное агентство «Университетская книга». С. 376.    Ignatyevetal2015lateralization.pdf
  7. Больгина Т. А., Завьялова В. В. (2016). Влияние степени рукости на локализацию речевых зон в мозге // Материалы Международного молодежного научного форума «ЛОМОНОСОВ-2016» / Отв. ред. И.А. Алешковский, А.В. Андриянов, Е.А. Антипов. [Электронный ресурс]. Москва: МАКС Пресс.   Bolgina_Lomonosov2016.pdf
  8. Игнатьев Г.А., Власова Р.М. (2015). Подбор контрольного условия для локализации и латерализации функциональных языковых зон мозга с использованием фМРТ // I Студенческая конференция Института лингвистики (СКИЛ). Тезисы. http://il.rsuh.ru/binary/2633916_89.1426769660.40838.pdf   СКИЛ_тезисы.pdf
  9. Ignatyev G., Vlasova R., Akinina Yu., Ivanova M., Dragoy O. (2015). Language lateralization in right- and left-handed individuals: an fMRI study // Society for Neurobiology of Language 2015. Abstracts.  http://www.neurolang.org/programs/SNL2015_Abstracts.pdf

Conference talks

  1. Игнатьев Г.А., Власова Р.М., Акинина Ю.С., Завьялова В.В., Ушаков В.Л., Иванова М.В., Драгой О.В. (2015). Постерный доклад «ФМРТ исследование чтения предложений: эффект контрольного условия». Конференция «Когнитивная наука в Москве: новые исследования», Москва, Россия, 16 июня 2015 г. 
  2. Игнатьев Г.А., Власова Р.М, Акинина Ю.С., Иванова М.В., Драгой О.В. Устный доклад «Латерализация речевой обработки у правшей и левшей: фМРТ исследование». V международная конференция «Психология индивидуальности», Москва, Россия, 9–11 декабря 2015 г. 
  3. Игнатьев Г.А., Власова Р.М. Устный доклад «Подбор контрольного условия для локализации и латерализации функциональных языковых зон мозга с использованием фМРТ». I Студенческая конференция Института лингвистики (СКИЛ), Москва, Россия, 2-3 апреля 2015 г. 
  4. Ignatyev G., Vlasova R., Akinina Yu., Ivanova M., Dragoy O. Постерныйдоклад «Language lateralization in right- and left-handed individuals: an fMRI study». Конференция «Society for Neurobiology of Language», Чикаго, США, 15-17 октября 2015 г.
  5. Больгина Т. А., Малютина С.А., Завьялова В.В., Игнатьев Г.А., Власова Р.М., Ушаков В.Л., Иванова М.В., Драгой О.В. Постерныйдоклад «Русскоязычная фМРТ-парадигмадлялокализацииречевыхзон в мозге». Седьмая международная конференция по когнитивной науке, Светлогорск, Россия, 20-24 июня 2016 г.
  6. Больгина Т.А., Завьялова В.В. Устный доклад «Влияние степени рукости на локализацию речевых зон в мозге». Международный молодежный научный форум «ЛОМОНОСОВ-2016», Москва, Россия, 11-15 апреля 2016 г.
  7. Больгина Т. А., Малютина С.А., Завьялова В.В., Игнатьев Г.А., Власова Р.М., Ушаков В.Л., Иванова М.В., Драгой О.В. Устный доклад «Влияние семейного левшества на латерализацию речевой функции». Пятая конференция-школа «Проблемы языка: взгляд молодых ученых», Москва, Россия, 16-17 февраля 2017 г.
  8. Больгина Т.А., Малютина С. А., Зинченко В.В., Г.А. Игнатьев Г. А., Ушаков В. Л., Акинина Ю.С., Иванова М. В., Драгой О. В. Постерный доклад «Связь объёма мозолистого тела с латерализацией речи в мозге". Четвертая конференция «Когнитивная наука в Москве: новые исследования», Москва, Россия, 15 июня 2017 г.
  9. Bolgina T., Malyutina S., Zinchenko V., Ignatyev G., Ushakov V., Akinina Yu., Ivanova M., Dragoy O. Постерный доклад «The  relation between the metrics of corpus callosum and language lateralization in the brain». 4-я Летняя нейролингвистическая школа, Москва, Россия, 22-24 июня 2017 г. 

The project is supported by RFBR grant №15-06-08516а (2015 - 2017), principal investigator - Olga Dragoy

 

Have you spotted a typo?
Highlight it, click Ctrl+Enter and send us a message. Thank you for your help!
To be used only for spelling or punctuation mistakes.

HSE University → Research Departments → Center for Language and Brain → Effects of familial handedness on language lateralization in the brain
Edit
© HSE University 1993–2024  Contacts  Copyright  Privacy Policy  Site Map 

HSE Sans and HSE Slab fonts developed by the HSE Art and Design School