Este documento resume los principales efectos del bilingüismo en el cerebro y el procesamiento del lenguaje. En 3 oraciones: El aprendizaje y uso de dos lenguas tiene efectos en la actividad cerebral durante el procesamiento del lenguaje y en la estructura de ciertas áreas cerebrales. Los bilingües muestran diferencias en la organización cortical de sus lenguas en comparación con los monolingües, y el bilingüismo puede inducir plasticidad estructural en el cerebro. El deterioro causado por la enfermedad de Alzheimer a

1. ¿Com el Bilingüisme esculpeix el
cervell?
Albert Costa
Center for Brain & Cognition -Universitat Pompeu Fabra
Institució Catalana de Recerca i Estudis Avançats

2. Hospital de la Santa Creu i Sant Pau
Servei de Neurologia, Unitat de Memòria
Rafael Blesa, Alberto Lleó, Isabel Sala
Servei de Neurologia, Trastorns Moviment
Alexandre Gironell
Hospital Universitari de Bellvitge
Servei de Neurologia, Unitat de Diagnòstic i Tractament de Demències
Ramon Reñé, Jordi Gascón-Bayarri , Lucía Romero-Pinel , Montserrat Juncadella
Servei de Neurologia, Unitat de Diagnòstic i Tractament de Demències
Lidia Ugas, Jordi Ortiz-Gil
Hospital General de Granollers
Salud Gonzalez, Adela Martín Lopez, Ricard Buitrago, Anna Soler
Fundació Mutuam

3. CATALAN
Bilinguals are exposed to two languages
continuously, … at least in some contexts
SPANISH

4. An increasing research interest
WEB OF SCIENCE DATABASE
Published Items in Each Year: ti = bilingualism or ts = bilingualism

5. El bilingüismo esculpe el cerebro
El aprendizaje y uso continuo de dos lenguas tiene
efectos tanto en la actividad cerebral durante el
procesamiento del lenguaje como en la estructura de
ciertas áreas cerebrales.
Costa & Sebastian-Galles (2014). Nature Neuroscience

6. ¿Cuáles son las consecuencias cognitivas y
cerebrales de esta exposición bilingüe?
¿Existen ciertos inconvenientes del bilingüismo cuando hablamos?
¿Actúa el bilingüismo con una gimnasia mental?
¿Retrasa el bilingüismo la aparición de los síntomas de la demencia?

7. The Bilingual Case
El conflicto lingüístico…..
cadira taula banc silla mesa banco
Costa, Caramazza & Sebastián (2000). Journal of Experimental Psychology
Costa, Miozzo & Caramazza (1999). Journal of Memory and Language

8. Sin embargo….hay casos de falta de control
Resonancia magnética (Enero 2011) de una paciente con esclerosis múltiple
Calabria, M., Marne P., Romero-Pinel L., Juncadella M., & Costa A. (in prep)
… Múltiples lesiones en áreas de la sustancia blanca… se observa una
afectación sobretodo de la parte posterior del núcleo caudado izquierdo.

10. Qué es esto?
Instrumento utilizado por los marineros para
orientarse a través de las estrellas.

12. “TIP OF THE TONGUE”: Hebrew-English bilinguals
8
10
12
14
16
18
%puntasdelalengua
“Punta de la Lengua”
Bilinguals
Monolinguals
Gollan & Silverberg (2001). Bilingualism: Language and Cognition
0
2
4
6
8
Jóvenes Mayores
%puntasdelalengua
Grupo de Edad

13. Why a linguistic cost?El bilingüismo afecta a la velocidad
Bilinguals in L2
Bilinguals in L1
Monolinguals
Naminglatencies(ms)
640
660
680
700
Denominacion de dibujos –coche-
430
450
Articulatorydurations(ms)Ivanova, I. & Costa, A. (2008)
Acta Psychologica
Repetitions
Naminglatencies(ms)
540
560
580
600
620
1 2 3 4 5
390
410
1 2 3 4
Repetitions
Articulatorydurations(ms)

14. Más allá de frases simples
Runquist, Gollan, Costa & Ferreira (2013) Cognition

15. Más allá de frases simples
Runquist, Gollan, Costa & Ferreira (2013) Cognition

16. Registrando la actividad elétrica cerebral

17. Diferencias tempranas L1 vs. L2
Strijkers, Costa, Thierry, Cerebral Cortex, 2010

18. …A semester in Tenerife…(viva la vida loca)
Arrival testing
period
Departure
testing period
Efectos a corto plazo de la immersión
19 Spanish
monolinguals
50 German
immersed
1 5
Picture Naming
task
September 2010
1 5
Picture Naming
taskTAPAS TIME
Baus, C., Costa, A., Carreiras, M. (2013) Acta Psychologica.

19. Efectos de la inmersión en la denominación
Decline in L1 naming latencies after 4 months of immersion in a foreign country
Arrival Departure Arrival Departure
840
860
880
Naminglatencies(ms)
Monolinguals Bilinguals immersed (L1)
760
780
800
820
840
Naminglatencies(ms)
Baus, C., Costa, A., Carreiras, M. (2013) Acta Psychologica.

20. La Organización Cortical de las dos lenguas
• L1 tiene una distribución cortical más localizada que la L2
• La variabilidad en la localización de la L1 es menor que la de la L2
• La proficiencia afecta al solapamiento entre lenguas
• No existe evidencia que lenguas más similares estén localizadas más• No existe evidencia que lenguas más similares estén localizadas más
solapadamente
Estos resultados sugieren que las dos lenguas de los
hablantes bilingües están representadas por (casi) los
mismos circuitos cerebrales…..
Y sin embargo……

21. Multilingüismo
(Mezcla de colores muestra
solapamiento entre lenguas)
Italiano
Alemán
Inglés
Italiano
Ciertas áreas cerebrales reclutadas solo en la producción de
la lengua menos dominante.
Abutalebi, Costa et al. (2012). Brain and Language
Abutalebi, Della Rosa, Ding, Weekes, Costa, Green (2013) Cortex

22. Y sin embargo…
http://blogs.tv3.cat/quequicom.php?query=Conesa&amount=0&blogid=583
(from minute 17: 08/17:55)

23. Evidencia desde la Estimulación cortical
Conesa et al.

24. ¿Se organizan las lenguas bajo los mismos principios?
Areas Cerebrales que se activan
más en el procesamiento de verbos
que de nombres.
Willms, ..Costa & Caramazza (2011), Neuroimage

25. ¿Se organizan las lenguas bajo los mismos principios?
Áreas Cerebrales que se activan
más en el procesamiento de verbos
que de nombres.
Willms, ..Costa & Caramazza (2011), Neuroimage

26. Tal vez por eso econtramos patrones afásicos similares
Rendimiento en una tarea de Denominación de
un paciente con Enfermedad de Alzheimer
Hernandez, Costa, Sebastián-Gallés, et al., Journal of Neurolinguistics (2007).
Hernandez, Caño, Costa, Sebastián-Gallés, et al., Brain and Language (2008).

27. Denominar en L1 (Castellano) Denominar en L2 (Catalán)
Paciente con Afasia Progresiva Primaria
Hernandez, Caño, Costa, Sebastián-Gallés, et al. (2008). Brain and Language

28. Per matar a les persones. (Com se diu?) Una... ai... Ara, si
en acabat estés mitja horeta miran-t’ho, llavors em surt.
Per fumar. Un fumador.
... per, per... hi ha una d’això dintre per tenir so, so, ai sol...
(Per què serveix?) Per veure-hi, per veure.
Estados Anómicos
Paciente de 74 años con enfermedad de Alzheimer incipiente
Això és per posar aigua i tirar-la per aquí, però... ai, a les
plantes... una botella, ai una botella...
Això és per fer pà torrat. (Com se diu?) És que és això, és que
mira t’ho juro que quan penso això hasta em posaria a
plorar i tot.
Això és per planxar, que avui jo ho he fet. Una planxadora
és? O què és això?

29. The bilingual vs. monolingual brain
Some language-related brain areas are more activated when bilinguals
produce language in their L1 as compared with Monolinguals
Parker-Jones et al., (2012). Cerebral Cortex

30. Structural Plasticity due to Phonological Processing
Increased grey matter density in the left putamen of multilinguals compared to
monolinguals.
These findings highlight that the multilingual brain handles a complex articulatory repertoire
(i.e., dealing with multiple languages) by inducing structural plasticity in the left putamen.
Abutalebi, Costa et al. (2012). Brain and Language
Abutalebi, Della Rosa, Ding, Weekes, Costa, Green (2013) Cortex

31. MCI Leve AD Moderado AD
n=24 n=23 n=24
Media SD Media SD Media SD
Edad (años) 75.7 5.0 76.7 6.7 79.8 5.8
Estudio con 71 bilingües del Castellano-Cataán
El deterioro de las dos lenguas….
Educa (años) 12.7 4.4 10.4 4.9 10.8 5.8
MMSE 26.6 1.6 22.3 0.9 17.6 2.4
Costa et al., (2012) Neuropsychologia
See also Gollan et al. NPYSCH.

32. Picture Naming
70
80
90
100
%CorrectResponses
MCI
Mild AD
Moderate AD
El deterioro de las dos lenguas….
Denominación de dibujos
50
60
70
Dominant Language Non-dominant Language
%CorrectResponses
Costa et al., (2012) Neuropsychologia
Lengua Dominante Lengua No-Dominante

33. Picture Naming
70
80
90
100
%CorrectResponses
MCI
Mild AD
Moderate AD
El deterioro de las dos lenguas….
Denominación de dibujos
50
60
70
Dominant Language Non-dominant Language
%CorrectResponses
Costa et al., (2012) Neuropsychologia
La enfermedad de Alzheimer parece afectar a las dos lenguas de manera similar.
Lengua Dominante Lengua No-Dominante

34. Picture Naming
70
80
90
100
%CorrectResponses
MCI
Mild AD
Moderate AD
Word Translation
70
80
90
100
%CorrectResponses
MCI
Mild AD
Moderate AD
El deterioro de las dos lenguas….
Denominación de dibujos Traducción de palabras
50
60
70
Dominant Language Non-dominant Language
%CorrectResponses
50
60
70
into Dominant Language into Non-dominant Language
%CorrectResponses
La enfermedad de Alzheimer parece afectar a las dos lenguas de manera similar.
Costa et al., (2012) Neuropsychologia
Lengua Dominante Lengua No-Dominante Lengua Dominante Lengua No-Dominante

35. El deterioro de las dos lenguas….
Picture Naming - Accuracy
Dominant and non-dominant Language
80
90
100
CorrectResponses(%)
Costa et al., (2012) Neuropsychologia
40
50
60
70
80
10 15 20 25 30
MMSE score
CorrectResponses(%)
Dominant Language (r= 0.70)
Non-dominant Language (r=0.67)
Más afectación Menos afectación

36. Picture Naming - Accuracy
Dominant and non-dominant Language
80
90
100
CorrectResponses(%)
El deterioro de las dos lenguas….
Denominación de dibujos
40
50
60
70
80
10 15 20 25 30
MMSE score
CorrectResponses(%)
Dominant Language (r= 0.70)
Non-dominant Language (r=0.67)
Costa et al., (2012) Neuropsychologia
Más afectación Menos afectación

37. 8
10
12
languageerrors
Picture Naming - Cross-language errors
Dominant and non-dominant Language
Dominant Language (r= - 0.39)
Non-dominant Language (r= - 0.30)
El deterioro de las dos lenguas….
Costa et al., (2012) Neuropsychologia
0
2
4
6
8
10 15 20 25 30
No.ofcross-languageerrors
MMSE score
More impaired Less Impaired

38. 8
10
12
languageerrors
Picture Naming - Cross-language errors
Dominant and non-dominant Language
Dominant Language (r= - 0.39)
Non-dominant Language (r= - 0.30)
El deterioro de las dos lenguas….
Denominación de dibujos/ Intrusiones de la otra lengua
Costa et al., (2012) Neuropsychologia
0
2
4
6
8
10 15 20 25 30
No.ofcross-languageerrors
MMSE score
More impaired Less Impaired

39. A special case of Executive Control (EC)
Prefrontal
Cortex
Anterior Cingulate
Cortex
Basal
Ganglia
ACC
GGBB
PFC
working memory inhibition
switching mindsetsmonitoring
Collection of cognitive processes which allows goal-directed behavior while
avoiding interference from irrelevant stimulispeaking on the phonespeaking on the phone
making coffeemaking coffeespeaking in one languagespeaking in one language
preventing interference from the unintended onepreventing interference from the unintended one
Abutalebi & Green (2007), JNL
Inferior Parietal
Cortex
IPC
monitoring
attentionflexibility
planning
…

40. Patients with EC deficits
??
EC bLC
Parkinson’s disease patients
EC bLC??
a. EC deficits
b. Lesions: Basal ganglia and
Fronto-striatal connections
Language switching (Luk et al., 2012)
- Temporal areas
- Frontal areas
- Subcortical areas: left and right caudates

41. Patients with EC deficits
SINGLE BLOCKS
only one naming language
MIXED BLOCK
two naming languages
 Repeat trial
 Switch trial
all Single trials
1. Mixing cost: RTs (Repeat trials) - RTs(Single trials)
2. Switch cost: RTs (Switch trials) -
RTs(Repeat trials)
Local/Transient control
Global/Sustained
control
Two different types of control
(Braver, Reynolds & Donaldson, 2003)
Cattaneo, G., Calabria M., Marne P., Gironell A., Abutalebi J., & Costa A. (2015 ) Neuropsychologia.

42. Switch and mixing costs in Parkinson’s disease patients (n=28)
50
150
250
linguisticSWITCHcost
r= .05, ns
50
150
250
linguisticMIXINGcost
r= .64, p< .001
SWITCH COST MIXING COST
-150
-50
50
-150 -50 50 150 250
Non-linguisticSWITCHcost
Linguistic SWITCH cost
-150
-50
50
-150 -50 50 150 250 350
Non-linguisticMIXINGcost
Linguistic MIXING cost
The overlap between the bLC and the EC system is for the abilities of
the sustained control (mixing cost) but not for those of the transient
control

43. A special case of Executive Control (EC)
Does bilingual language control affect in
any significant manner domain-general
cognitive processes?

44. Simon Task
You will see red and green circles.
If red raise your left handIf red raise your left hand
If green raise your right hand

45. **

46. **

47. **

48. **

49. **

50. **

51. **

52. **

53. **

54. **

55. **

56. **

57. **

58. **

59. **

60. **

61. **

62. **

63. **

64. **

65. Conflict Resolution
Simon task
GREEN circle, press right; RED circle, press LEFT
L R
Response button
Congruent Trials Incongruent Trials
RL
Response buttonResponse button
Response button
L R
Response button
L R
Response button

66. Simon task
GREEN circle, press right; RED circle, press LEFT
L R
Response button
Congruent Trials Incongruent Trials
RL
Response button
+ +
Congruent Trials
To indicate the direction (right, left) of the central arrow
Incongruent Trials
Flanker task
Conflict Resolution
Response button
Response button
L R
Response button
L R
Response button
How many items are there?
1
1
Incongruent Trials
3
3
3
Congruent Trials
A
A
Neutral Trials
Numerical Stroop

67. Bilingualism affects EC in youthyouth
+
Congruent Trials
To indicate the direction (right, left) of the central arrow
+
Incongruent Trials
Flanker task
520
570
620
670
720
Congruent Incongruent
Type of Trial
RTs(ms)
100 Catalan-Spanish Bil
100 Spanish Mon
90
95
100
105
110
115
120
125
100 Catalan-Spanish Bil 100 Spanish Mon
Incongruent-Congruent(ms)
Costa, Hernández & Sebastián-Gallés (2008, 2009). Cognition
• Bilinguals overall faster
• Reduced conflict effect for bilinguals
Hernández, Fuentes, Vivas & Costa (2011). Bilingualism: Language and Cognition

68. Magnitude of Conflict effect
Bilinguals VS Monolinguals recruit to a different extent the same brain area, the ACC.
Bilingualism tunes Anterior Cingulate
Abutalebi, Della Rosa, Green, Hernández, Scifo, Keim, Cappa & Costa (2012). Cerebral Cortex

69. Magnitude of Conflict effect
Bilinguals VS Monolinguals recruit to a different extent the same brain area, the ACC.
Bilingualism tunes Anterior Cingulate
Abutalebi, Della Rosa, Green, Hernández, Scifo, Keim, Cappa & Costa (2012). Cerebral Cortex

70. Magnitude of Conflict effect
Bilinguals VS Monolinguals recruit to a different extent the same brain area, the ACC.
Grey matter differences in ACC
Abutalebi, Della Rosa, Green, Hernández, Scifo, Keim, Cappa & Costa (2012). Cerebral Cortex

71. Bilinguals Vs Monolinguals recruit language-related brain areas (L IFG) whereas
Monolinguals don’t (R IFG/insula).
Further evidence from task switching
Garbin, Sanjuan, Forn, Bustamante, Rodriguez-Pujadas, Belloch, Hernandez, Costa, Ávila (2010) Neuroimage.
Rodríguez-Pujadas, Sanjuán, Ventura-Campos, Román, Martin, Barceló, Costa, Ávila (2013) Plos one
Bilinguals
Monolinguals

72. ¿Cuando aparecen estos efectos beneficiosos?

73. Aprendiendo de la mirada de los bebés

74. Resultados de bebés de 7 meses
Antes del Cambio
PNAS

75. Resultados de bebés de 7 meses
Después del Cambio

76. ¿Cómo afecta el bilingüismo a nuestro
cerebro?
El aprendizaje y uso de dos lenguas tiene consecuencias
cognitivas y cerebrales tanto por lo que respecta a las redes
neuronales como a la estructura cerebral.
Aunque el bilingüismo parece incurrir en ciertos costes a la
hora de procesar el lenguaje, también parecen existir
beneficios en la flexibilidad cognitiva, que podrían actuar como
reserva cognitiva retrasando la aparición de los síntomas
relacionados con el envejecimiento.

77. Nunca es tarde ….
Para estimular nuestro cerebro aprendiendo y usando una
segunda lengua…
Si todavía no están convencidos….siempre pueden encontrar
otros motivos.otros motivos.

78. Bilingualism aids white matter integrity in aging
Bilinguals show a larger white matter integrity in certain tracts
Mayor integridad de las fibras de materia blanca en bilingües.
Luk et al., (2011). Journal of Neuroscience.

79. Bilingualism aiding Cognitive Reserve

80. Bilingualism and Cognitive Reserve
Bialystok, Craik and Friedman, 2004, Neuropsychologia
Craik, Bialystok and Friedman, 2010, Neurology

81. Bilingualism and Cognitive Reserve
Alladi et al. (2013) Neurology

82. Bilingualism and Cognitive Reserve
Schweizer et al., 2012 Cortex
Bilingual patients with AD exhibited substantially greater amounts of brain atrophy than monolingual
patients in areas traditionally used to distinguish AD patients from healthy controls, specifically, the
radial width of the temporal horn and the temporal horn ratio.
Bilingualism appears to contribute to increased CR, thereby delaying the onset of AD and requiring
the presence of greater amounts of neuropathology before the disease is manifest.

83. But….not so clear
Chertkow et al., 2010. Alzheimer’s Disease

84. But….not so clear
Laura B. Zahodne, Peter W. Schofield, Meagan T. Farrell,
Yaakov Stern, and Jennifer J. Manly. Neuropsychology. 2014

85. Bilingualism and Cognitive Control
Bilingualism helps the development of executive control
abilities….
However, we know little about
Which cognitive abilities ?
What is the origin of the effect ?
How reliable ?
How much experience with two languages is necessary ?
Etc…
Costa & Sebastian-Galles (2014). Nature Neuroscience

86. So we should be careful….
Costa & Sebastian-Galles (2014). Nature Reviews Neuroscience

87. Thank you for your attentionThanks for your attention
MINISTERIO DE CIENCIA E INNOVACIÓN (PSI2008-01191/ PSI2009)
CONSOLIDER-INGENIO 2010 (CSD2007-00012)
Grup Consolidat – GENERALITAT DE CATALUNYA (2009SGR1521)
7th Framework Progr. Cooperation Social Sciences and Humanities.

88. http://www.spb.upf.edu/
..
http://www.spb.upf.edu/
http://www.youtube.com/watch?v=wfH3BtWR-tA