Экспериментальная лингвистика и искусственный интеллект

2023/2024

Учебный год

RUS

Обучение ведется на русском языке

6

Кредиты

Кто читает:

Школа лингвистики

Статус:

Курс обязательный

Когда читается:

2-й курс, 1, 2 модуль

Преподаватель

Журавлева Анна Алексеевна

Программа дисциплины

Аннотация

Курс освещает вопросы применения методов искусственного интеллекта для решения задач экспериментальной (психо-/нейро-/клинической) лингвистики. Слушатели узнают, какие практические проблемы стоят перед современной экспериментальной лингвистикой: диагностика речевых расстройств и нарушений чтения, предсказание потенциала восстановления речи после инсульта, генерация речи на основе электрической активности мозга и т.д. Далее, будет дан обзор основных подходов к машинному обучению, используемых для решения этих проблем. Наконец, слушатели получат возможность применить указанные методы к реальным экспериментальным данным, собранным в Центре языка и мозга НИУ ВШЭ.

Цель освоения дисциплины

• Знакомство с предметной областью психо- и нейролингвистики
• Понимание особенностей моделирования психо- и нейролингвистических исследований, сбора данных и проверки гипотез
• Знание основных методов для сбора поведенческих и нейровизуляционных данных
• Знание основных теорий о нейрональных основах речевых патологий
• Понимание принципов разработки метрик для оценки речевых функций и нейроанатомических изменений, а также связи между ними
• Знание основных инструментов дескриптивной статистики, линейных моделей и моделей машинного обучения, применяемых в психо- и нейролингвистических исследованиях

Планируемые результаты обучения

• Знать нейрональные основы языковых/речевых процессов в мозге, функции языковых/речевых регионов, их анатомию.
• Имеет представление о предметных областях психо- и нейролингвистики
• Понимает основные принципы проведения психо- и нейролингвистических исследований
• Умеет критически оценивать возможности и ограничения применяемых методов
• Понимает основные принципы постановки цели, задач и гипотезы исследования.
• Имеет представление о методах разработки парадигмы и сбора данных
• Умеет определять цели, задачи, гипотезу и методы исследования при чтении литературы
• Уметь сравнивать и оценивать необходимость применения различных инструментов дескриптивной статистики для анализа экспериментальных данных
• Уметь интерпретировать полученные результаты на основе применяемых метрик.
• Уметь проводить анализ межгрупповых различий и корреляционный анализ, а также интерпретировать полученные результаты
• Иметь представление, как могут применяться линейные модели в психо- и нейролингвистических исследованиях с учетом используемых поведенческих и нейровизуляционных метрик
• Уметь ставить гипотезу, определять зависимую и независимую переменные, интерпретировать результаты моделей, получить опыт использования линейных моделей на практике
• Знать основные принципы построения модели функциональной активности мозга методом фМРТ
• Иметь представление о возможностях, достоинствах и ограничениях индивидуальных и групповых функциональных карт активации
• Получить практический опыт обработки данных фМРТ и построения индивидуальных карт
• Знать основные этапы получения МРТ-изображений серого и белого вещества и их использования в исследованиях
• Знать основные виды артефактов трактографии
• Знать классификацию атласов и наиболее используемые атласы серого и белого вещества
• Понимать, как извлекаются метрики на основе атласов и уметь их интерпретировать
• Иметь представление об афазии как о специфическом нарушении речевой функции, возникающем вследствие структурных изменений
• Знать типы афазий и причины их возникновения
• Уметь в Python строить модели регрессии и понимать основные различия с моделью регрессии
• На основе полученных данных получить результат для моделей регрессии
• Получить и закрепить опыт применения моделей регрессии и классификации на материале данных нейролингвистического исследования
• Повторить и закрепить данные, полученные по итогам курса

Содержание учебной дисциплины

• Введение в психо- и нейролингвистику
• Моделирование эксперимента
• Предварительный анализ данных с применением описательной статистики при проведении исследования
• Статистика для сравнения групп и состояний. Корреляционный анализ
• Использование линейных моделей в психо- и нейролингвистических исследованиях
• Нейрональная основа языковых/речевых процессов в мозге человека: критически важные регионы и взаимодействие между ними
• Методы нейровизуализации и их различия - использование функциональной магнитно-резонансной томографии
• Методы нейровизуализации и их различия – использование трактографии и структурных изображений
• Атласы серого и белого вещества – их использование для извлечения анализа
• Афазия и связь речевых функций со структурными изменениями
• Построение моделей регрессии в машинном обучении
• Интерпретация результатов применения инструментов машинного обучения в психо- и нейролингвистических исследованиях

Элементы контроля

• Самостоятельные работы
  В первом модуле проводится до 4 самостоятельных работ по пройденным темам, во втором модуле - до 2 самостоятельных работ. Самостоятельные работы будут включать в себя как тестовые задания с выбором ответа или кратким ответом, так и практические задания на решение задач. Общая оценка за самостоятельные работы вычисляется как среднее арифметическое оценок за отдельные самостоятельные работы.
• Домашние задания
  В первом модуле домашние задания будут включать в себя (1) задания на чтение статей и подготовку мини-докладов и (2) практические задания. Во втором модуле домашние задания будут включать в себя практические задания.
• Контрольные работы
  В модуле проводится 2 контрольные работы по пройденному материалу. Задания будут включать в себя задания с выбором ответа, задания с кратким ответом.
• Экзамен
• Практикум
  Для присутствующих - оценивается работа на занятии, для отсутствующих по уважительной причине - оценивается выполненное задание практикума в течение двух недель после занятия. Общая оценка за практические работы вычисляется как среднее арифметическое оценок за отдельные практические работы

Промежуточная аттестация

• 2023/2024 учебный год 2 модуль
  0.3 * Домашние задания + 0.1 * Контрольные работы + 0.1 * Практикум + 0.2 * Самостоятельные работы + 0.3 * Экзамен

Список литературы

Рекомендуемая основная литература

• Aphasia and related neurogenic language disorders, , 2011
• Introduction to psycholinguistics : understanding language science, Traxler, M. J., 2012

Рекомендуемая дополнительная литература

• Atlas of human brain connections, Catani, M., 2015
• Poldrack, R. A., Mumford, J. A., & Nichols, T. E. (2011). Handbook of Functional MRI Data Analysis. New York: Cambridge University Press. Retrieved from http://search.ebscohost.com/login.aspx?direct=true&site=eds-live&db=edsebk&AN=399310
• The Oxford handbook of neurolinguistics, , 2019