The role of prediction during language processing

Tong, Jing; Koch, Iring; Kuhlen, Anna Katharina

doi:10.18154/RWTH-2026-03672

The role of prediction during language processing

Tong, Jing^RWTH*

2025 & 2026

Verantwortlichkeitsangabevorgelegt von Jing Tong M. Ed.

ImpressumAachen : RWTH Aachen University 2025

Umfang1 Online-Ressource : Illustrationen

Dissertation, Rheinisch-Westfälische Technische Hochschule Aachen, 2025

Veröffentlicht auf dem Publikationsserver der RWTH Aachen University 2026

Genehmigende Fakultät
Fak07

Hauptberichter/Gutachter
Koch, Iring (Thesis advisor)^RWTH* ; Kuhlen, Anna Katharina (Thesis advisor)^RWTH*

Tag der mündlichen Prüfung/Habilitation
2025-12-05

Online
DOI: 10.18154/RWTH-2026-03672
URL: https://publications.rwth-aachen.de/record/1032641/files/1032641.pdf

Einrichtungen

Lehrstuhl und Institut für Psychologie (721110)

Thematische Einordnung (Klassifikation)
DDC: 150

Kurzfassung
Das Gehirn gilt als informationsverarbeitendes System zur Wahrnehmung und Transformation von Informationen (Greenwood, 2015; Wickens, 2021). Durch das Erlernen der statistischen Regelmäßigkeiten eingehender Informationen entwickelt das Gehirn allmählich einen Vorhersagemechanismus, der dem Einzelnen hilft, sich in der realen Welt effektiver zurechtzufinden (Rao et al., 1999). Hinweise auf solche Vorhersagen lassen sich auch im Bereich der Sprachverarbeitung beobachten (Ryskin & Nieuwland, 2023). Obwohl immer mehr Studien zeigen, dass Vorhersagen die Sprachverarbeitung erleichtern, gibt es weniger Studien, die die Rolle von Vorhersagen bei der zweisprachigen Sprachverarbeitung, insbesondere mit Schwerpunkt auf Sprachwechsel, untersuchen. In der vorliegenden Dissertation möchte ich daher die Rolle von Vorhersagen bei der Sprachverarbeitung untersuchen, einschließlich der Sprachproduktion und des Sprachverständnisses sowohl innerhalb einer Sprache als auch in sprachübergreifenden Kontexten. Studie 1 dieser Dissertation untersuchte, ob Vorhersagen die Sprachkontrolle beim Sprachwechsel modulieren. Den Teilnehmern wurde zunächst ein Klassifikator (z. B. ein Tropfen) präsentiert und sie wurden dann angewiesen, ein Bild zu benennen, das semantisch zum Klassifikator passt (z. B. Wasser) oder nicht (z. B. Buch). Die Sprache des Klassifikators und die Antwortsprache waren immer gleich. Darüber hinaus blieb die Antwortsprache in Experiment 1 in allen Versuchen gleich, während die Antwortsprache in Experiment 2 und 3 zwischen zwei aufeinanderfolgenden Versuchen entweder gleich bleiben oder sich unterscheiden konnte. In Experiment 1 mit monolingual englischen Personen wurde bei semantisch kongruenten Versuchen (ein Tropfen Wasser) eine bessere Leistung beobachtet als bei semantisch inkongruenten Versuchen (ein Tropfen Buch)). In Experiment 2 und 3 mit Chinesisch-Englisch Bilingualen wurde dieser Kongruenzeffekt des semantischen Klassifikators repliziert, aber der Effekt war je nach Sprache unterschiedlich groß (größer für L1 als für L2). Zusätzlich wurde die zweisprachige Sprachkontrolle beeinflusst, da die Kosten des Sprachwechsels in kongruenten Durchgängen geringer waren als in inkongruenten. Diese Ergebnisse legen nahe, dass Vorhersagen sowohl die L1- als auch die L2-Sprachproduktion beeinflussen und dass diese Erleichterung der Sprachproduktion durch Vorhersagen weitere Auswirkungen auf die Sprachkontrolle beim Sprachwechsel hatte. Während Studie 1 durch die Manipulation der Klassifikator-Nominalphrase innerhalb einer Sprache (innersprachlicher Kontext) durchgeführt wurde, untersuchte Studie 2, ob die Vorhersage die nachfolgende innersprachliche und sprachübergreifende Produktion beeinflusst. Das experimentelle Verfahren war ähnlich wie in Studie 1, mit der Ausnahme, dass die Klassifikatorsprache und die Antwortsprache in jedem Versuch gleich oder unterschiedlich sein konnten. In Experiment 1 variierten sowohl die Klassifikatorsprache als auch die Antwortsprache, während die Klassifikatorsprache in Experiment 2 innerhalb der Blöcke konstant gehalten wurde (aber zwischen den Blöcken manipuliert wurde). In beiden Experimenten wurde unter semantisch kongruenten Bedingungen eine bessere Leistung beobachtet als unter semantisch inkongruenten Bedingungen, was wie in Studie 1 einen semantischen Klassifikatorkongruenzeffekt zeigt. Dieser Effekt wurde jedoch nur festgestellt, wenn die Klassifikator- und Antwortsprache gleich waren, während er bei unterschiedlichen Sprachen nicht auftrat oder sich sogar umkehrte. Diese Erkenntnisse legen nahe, dass die Vorhersage die nachfolgende innersprachliche Produktion erleichtert und die sprachübergreifende Produktion behindert. Die Ergebnisse von Studie 2, die keinen Vorhersageeffekt in sprachübergreifenden Kontexten zeigten, warfen die Frage auf, ob (und unter welchen Bedingungen) die Verarbeitung eines Klassifikators die Vorhersage für nachfolgende Sprachinformation auslöst. Um diese Frage zu beantworten, wurden in Studie 3 zwei Blickbewegungsexperimente durchgeführt, von denen eines einen innersprachlichen Kontext und das andere einen sprachübergreifenden Kontext untersuchte. Während der Experimente hörten die Teilnehmer eine Klassifikator-Nomen-Phrase (z. B. ein Tropfen Wasser) und klickten auf eines von drei Bildern auf dem Bildschirm, das dem Nomen entsprach. In allen Versuchen konnte das Nomen kongruent (z. B. ein Tropfen Wasser) oder inkongruent (z. B. ein Tropfen Buch) zum Klassifikator sein. In diesem experimentellen Setting untersuchte Studie 3 zusätzlich, wie Vorhersagen verarbeitet wurden, wenn sie nicht durch die folgende Eingabe bestätigt wurden (d. h. wenn eine Klassifikator-Nomen-Phrase mit einem semantisch inkongruenten Nomen endete). Von den drei auf dem Bildschirm angezeigten Bildern konnte eins, zwei oder keines mit dem Klassifikator übereinstimmen. Während in Experiment 1 für Klassifikator und Nomen dieselbe Sprache verwendet wurde (Chinesisch, L1 der Teilnehmer) wurden in Experiment 2 unterschiedliche Sprachen verwendet (Chinesisch für den Klassifikator; aber Englisch, L2 der Teilnehmer, für das Nomen). Die Ergebnisse zeigten, dass die Teilnehmer während und nach dem Hören eines Klassifikators kongruente Bilder stärker betrachteten als inkongruente Bilder. Zudem erregten kongruente Nicht-Zielbilder in der innersprachlichen Bedingung (Experiment 1) mehr Aufmerksamkeit als in der sprachübergreifenden Bedingung (Experiment 2). Diese Befunde legen nahe, dass die Verarbeitung eines Klassifikators die Vorhersage für nachfolgende Sprachinformation auslöst. Zudem ist die Hemmung eines kürzlich aktivierten (d. h. kongruenten) Zielbildes in sprachübergreifenden Bedingungen (d. h. L2 nach L1) stärker ausgeprägt als in innersprachlichen Bedingungen (d. h. L1 nach L1). Zusammen genommen deuten diese Ergebnisse darauf hin, dass Prädiktion die Sprachkontrolle beim Sprachwechsel beeinflusst. Darüber hinaus unterscheidet sich die Prädiktion in sprachinternen und sprachübergreifenden Situationen während der Sprachproduktion und des Sprachverständnisses. Diese Ergebnisse unterstreichen die wichtige Rolle der Prädiktion bei der Sprachverarbeitung in unterschiedlichen Kontexten.

The brain has been considered an information-processing system that perceives and transforms information (Greenwood, 2015; Wickens, 2021). By learning the statistical regularities of incoming information, the brain gradually develops a predictive mechanism to help individuals navigate more effectively in the real world (Rao et al., 1999). Evidence of prediction can also be observed in the field of language processing (Ryskin & Nieuwland, 2023). Although accumulating studies have shown that prediction facilitates language processing, fewer studies have explored the role of prediction in bilingual language processing, particularly with an emphasis on language switching. In the present dissertation, I therefore aim to investigate the role of prediction in language processing, including language production and comprehension in both within-language and cross-language contexts. Study 1 of this dissertation explored whether prediction modulates language control during language switching. Participants were presented with a classifier first (e.g., a drop of) and were then instructed to name a picture, which could be congruent (e.g., water) or incongruent (e.g., book) with the classifier. The classifier language and response language were always the same. In addition, in Experiment 1, the response language remained consistent across all trials, whereas in Experiments 2 and 3, the response language could either remain the same or differ between two consecutive trials. In Experiment 1 with English monolinguals, better performance was observed in semantically congruent trials (a grain of wheat) than in semantically incongruent trials (a grain of book). In Experiments 2 and 3 with Chinese–English bilinguals, this semantic classifier congruency effect was replicated, but the effect differed in size as a function of language (larger for L1 than for L2). Additionally, bilingual language control was influenced, as the language-switching cost was smaller in congruent than in incongruent trials. These findings suggest that prediction influences both L1 and L2 language production and that this facilitation of language production through prediction further impacts language control during language switching. While Study 1 was conducted by manipulating the classifier–noun phrase within a language (within-language context), Study 2 assessed whether prediction influences subsequent within- and cross-language production. The experimental procedure was similar to that of Study 1, except that the classifier language and response language could be the same or different within each trial. In Experiment 1, both classifier language and response language varied, whereas classifier language was kept constant within blocks (but manipulated across blocks) in Experiment 2. In both experiments, better performance was observed in semantically congruent conditions than in semantically incongruent conditions, showing a semantic classifier congruency effect as in Study 1. However, this effect was found only when the classifier and response language were the same; it was absent or even reversed when they were different. These findings suggest that prediction facilitates subsequent within-language production but hinders cross-language production. The findings of Study 2, which indicated no prediction effect in cross-language contexts, raised the question of whether (and under which conditions) processing a classifier triggers prediction for the following input. To address this question, Study 3 conducted two visual world eye-tracking experiments, one examining a within-language context and the other a cross-language context. During the experiments, participants heard a classifier–noun phrase (e.g., a drop of water) and clicked on one picture corresponding to the noun from a set of three displayed on the screen. Across trials, the noun could be congruent (e.g., a drop of water) or incongruent (e.g., a drop of books) with the classifier. With this experimental setting, Study 3 additionally investigated how prediction was processed when it was not confirmed by the following input (i.e., when a classifier–noun phrase ended with a semantically incongruent noun). Regarding the three pictures shown on the screen, one, two, or none of the pictures could be congruent with the classifier. While Experiment 1 used the same language (participants’ L1, Chinese) for the classifier and noun, Experiment 2 used different languages (Chinese for the classifier and participants’ L2, English, for the noun). Results showed that participants looked more at congruent pictures than at incongruent pictures while and after hearing a classifier. Additionally, congruent non-target pictures attracted more attention in the within-language (Experiment 1) than in the cross-language (Experiment 2) condition. These findings suggest that processing a classifier triggers prediction for the following input. In addition, inhibition of a recently activated (i.e., congruent) target picture is more pronounced in cross-language situations (i.e., L2 comprehension following L1) than in within-language situations (i.e., L1 comprehension following L1). Together, these findings suggest that prediction influences language control during language switching. In addition, prediction differs between within-language and cross-language situations during language production and comprehension. These findings highlight the important role of prediction in language processing across diverse contexts.

OpenAccess:
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