Serial Processing in Reading Aloud: Evidence from Dual-Route Theory and Computational Models

Reading aloud is a complex process that involves converting visual stimuli (letters) into phonological representations (sounds). According to dual-route theories, this process occurs through two mechanisms: a lexical route (which directly accesses the meaning of familiar words) and a sublexical route (which sequentially converts graphemes into phonemes, operating from left to right) (Coltheart, Rastle, Perry, Langdon, & Ziegler, 2001). These models attribute phenomena such as the masked onset priming effect (MOPE) and the phonological Stroop effect (PSE) to the serial operation of the sublexical route. However, it has been proposed that these effects could arise during speech planning, another sequential process.

The Debate on the Origin of MOPE

The masked onset priming effect (MOPE) is evident when the reading aloud of a word or pseudoword is faster if it is preceded by a masked stimulus that shares its first phoneme (e.g., "save-SINK") compared to unrelated stimuli (e.g., "farm-SINK"). Traditionally, this effect has been linked to the sublexical route, which processes stimuli in a serial and directional manner (Mousikou, Rastle, Besner, & Coltheart, 2015). However, given that speech planning also involves sequentiality, the hypothesis was raised that MOPE could originate at this stage.

To resolve this debate, Mousikou et al. (2015) conducted three experiments comparing the predictions of both theories. The results showed that MOPE cannot be explained by speech planning, but rather arises during orthography-to-phonology conversion, thus supporting the existence of a serial sublexical mechanism. In addition, simulations with the computational models DRC and CDP++ (implementations of the dual-route theory) replicated the empirical data, consolidating the validity of this theoretical framework.

The Strictly Serial Nature of MOPE

A subsequent study (Mousikou & Coltheart, 2014) explored whether MOPE depends exclusively on the overlap of the first phoneme or whether any phonemic match (initial, medial, or final) facilitates reading. Using pseudowords, three conditions were compared:

• Initial overlap (e.g., "blip-BEST").
• Final overlap (e.g., "flat-BEST").
• No overlap (e.g., "junk-BEST").

The results revealed that only initial overlap produced facilitation, which confirms that MOPE depends on strictly serial and left-to-right processing. This finding is inconsistent with computational models such as DRC1.2.1, CDP+, and CDP++, which predict that any phonemic overlap could generate facilitation by activating holistic representations. Thus, the study underscores the need to revise existing models to incorporate the evidence on the strict sequentiality of the sublexical mechanism.

The DRC Model: A Pillar of Dual-Route Theory

The Dual-Route Cascaded (DRC) Model, proposed by Coltheart et al. (2001), is the most successful computational implementation of the dual-route theory. This model simulates two central tasks in reading research: lexical decision (recognizing whether a string of letters is a real word) and reading aloud. The DRC replicates key effects such as MOPE and PSE, showing how the sublexical route operates serially to convert graphemes into phonemes, while the lexical route directly accesses words stored in the lexicon.

A critical advantage of the DRC is its ability to simulate a wide range of experimental phenomena without requiring ad hoc adjustments. For example, it explains why irregular words (e.g., "yacht") are read more slowly than regular ones, and why pseudowords (e.g., "flirp") depend exclusively on the sublexical route. In addition, the model predicts that damage to the lexical route would cause surface dyslexia (difficulty with irregular words), while damage to the sublexical route would cause phonological dyslexia (inability to decode new words), which coincides with clinical observations.

The experimental and computational evidence supports the dual-route theory, particularly with regard to serial processing during orthography-to-phonology conversion. MOPE not only confirms the existence of a sublexical mechanism that operates from left to right, but also challenges computational models to incorporate stricter constraints on sequentiality. The DRC model, as a pioneering tool, remains fundamental to understanding reading aloud, although it requires updates to reflect recent findings. Together, these studies underscore the complexity of reading and the need for theoretical approaches that integrate behavioral, neuropsychological, and computational evidence.

Below are the main practical implications:

1. Focus on Strengthening the Sublexical Route
• Phonological-based interventions: Since the MOPE and other effects depend on serial grapheme-to-phoneme conversion, it is crucial to design therapies that reinforce phonological awareness and orthographic mapping rules. Examples include:
• Structured phonics teaching programs (e.g., Orton-Gillingham method) that train segmentation and blending of sounds.
• Sequential decoding exercises (left to right) for unfamiliar words or pseudowords.
• Training in serial processing: Activities that emphasize the sequential order of letters (e.g., reconstructing words letter by letter) to strengthen the sublexical route in children with phonological dyslexia.
2. Differentiated Diagnosis of Dyslexia Subtypes
• Phonological vs. surface dyslexia: The dual-route model allows for identifying whether the difficulty lies in the sublexical route (inability to decode new words) or the lexical route (problems recognizing irregular words). This guides personalized interventions:
• Phonological dyslexia: Prioritize grapheme-to-phoneme conversion exercises.
• Surface dyslexia: Emphasize global recognition of high-frequency words.
3. Attention to Speech Planning in Cases of Comorbidity
• Although the MOPE arises in orthography-to-phonology conversion, some children with language disorders (e.g., Language Development Disorder or TDL) may present concurrent deficits in articulatory planning. In these cases, it is recommended:
• Integrated therapy: Combine reading training with motor speech programming exercises (e.g., repetition of complex syllables).
4. Importance of Prevention and Early Detection
• Behavioral biomarkers: The MOPE can be used as an early indicator of difficulties in the sublexical route. For example, the absence of this effect in pre-readers could predict a risk of dyslexia.
• Early intervention: Phonological stimulation programs in preschoolers (e.g., games with rhymes and alliteration) to prevent decoding failures.
5. Adaptation to Orthographic Transparency
• Transparent languages (e.g., Spanish): The sublexical route is more efficient, so interventions can focus on simple conversion rules.
• Opaque languages (e.g., English): Greater emphasis is required on memorizing irregular words and orthographic exceptions.
6. Multisensory Approach
• Integration of modalities: Methods like LEK combine visual, auditory, tactile, and kinesthetic stimuli to reinforce the orthography-phonology connection.

 

REFERENCES

• Coltheart, M., Rastle, K., Perry, C., Langdon, R., & Ziegler, J. (2001). DRC: A dual route cascaded model of visual word recognition and reading aloud. Psychological Review, 108(1), 204-256.
• Mousikou, P., Rastle, K., Besner, D., & Coltheart, M. (2015). The locus of serial processing in reading aloud: Orthography-to-phonology computation or speech planning? Journal of Experimental Psychology: Learning, Memory, and Cognition, 41(4), 1076-1099.
• Mousikou, P., & Coltheart, M. (2014). The serial nature of the masked onset priming effect revisited. Quarterly Journal of Experimental Psychology, 67(11), 2239-2246.

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La lectura en voz alta es un proceso complejo que implica convertir estímulos visuales (letras) en representaciones fonológicas (sonidos). Según las teorías de doble ruta, este proceso se realiza mediante dos mecanismos: una ruta léxica (que accede directamente al significado de palabras familiares) y una ruta subléxica (que convierte secuencialmente grafemas en fonemas, operando de izquierda a derecha) (Coltheart, Rastle, Perry, Langdon, & Ziegler, 2001). Estos modelos atribuyen fenómenos como el efecto de priming de inicio enmascarado (MOPE) y el efecto Stroop fonológico (PSE) a la operación serial de la ruta subléxica. Sin embargo, se ha propuesto que dichos efectos podrían surgir durante la planificación del habla, otro proceso secuencial.

El Debate sobre el Origen del MOPE

El efecto de priming de inicio enmascarado (MOPE) se manifiesta cuando la lectura en voz alta de una palabra o pseudopalabra es más rápida si está precedida por un estímulo enmascarado que comparte su primer fonema (ejemplo: "save-SINK") frente a estímulos no relacionados (ejemplo: "farm-SINK"). Tradicionalmente, este efecto se ha vinculado a la ruta subléxica, que procesa los estímulos de manera serial y direccional (Mousikou, Rastle, Besner, & Coltheart, 2015). No obstante, dado que la planificación del habla también implica secuencialidad, se planteó la hipótesis de que el MOPE podría originarse en esta etapa.

Para resolver este debate, Mousikou et al. (2015) realizaron tres experimentos comparando las predicciones de ambas teorías. Los resultados mostraron que el MOPE no puede explicarse por la planificación del habla, sino que surge durante la conversión ortografía-fonología, respaldando así la existencia de un mecanismo subléxico serial. Además, simulaciones con los modelos computacionales DRC y CDP++ (implementaciones de la teoría de doble ruta) replicaron los datos empíricos, consolidando la validez de este marco teórico.

La Naturaleza Estrictamente Serial del MOPE

Un estudio posterior (Mousikou & Coltheart, 2014) exploró si el MOPE depende exclusivamente del solapamiento del primer fonema o si cualquier coincidencia fonémica (inicial, media o final) facilita la lectura. Utilizando pseudopalabras, se compararon tres condiciones:

1. Solapamiento inicial (ejemplo: "blip-BEST").
2. Solapamiento final (ejemplo: "flat-BEST").
3. Sin solapamiento (ejemplo: "junk-BEST").

Los resultados revelaron que solo el solapamiento inicial producía facilitación, lo que confirma que el MOPE depende de un procesamiento estrictamente serial y de izquierda a derecha. Este hallazgo es inconsistente con modelos computacionales como el DRC1.2.1, CDP+ y CDP++, los cuales predicen que cualquier solapamiento fonémico podría generar facilitación al activar representaciones holísticas. Así, el estudio subraya la necesidad de revisar los modelos existentes para incorporar la evidencia sobre la secuencialidad estricta del mecanismo subléxico.

El Modelo DRC: Un Pilar de la Teoría de Doble Ruta

El Modelo de Ruta Dual en Cascada (DRC), propuesto por Coltheart et al. (2001), es la implementación computacional más exitosa de la teoría de doble ruta. Este modelo simula dos tareas centrales en la investigación de la lectura: decisión léxica (reconocer si una cadena de letras es una palabra real) y lectura en voz alta. El DRC replica efectos clave como el MOPE y el PSE, mostrando cómo la ruta subléxica opera de manera serial para convertir grafemas en fonemas, mientras la ruta léxica accede directamente a palabras almacenadas en el léxico.

Una ventaja crítica del DRC es su capacidad para simular una amplia gama de fenómenos experimentales sin requerir ajustes ad hoc. Por ejemplo, explica por qué las palabras irregulares (ejemplo: "yacht") se leen más lentamente que las regulares, y por qué las pseudopalabras (ejemplo: "flirp") dependen exclusivamente de la ruta subléxica. Además, el modelo predice que daños en la ruta léxica provocarían dislexia superficial (dificultad con palabras irregulares), mientras que daños en la ruta subléxica causarían dislexia fonológica (incapacidad para decodificar palabras nuevas), lo que coincide con observaciones clínicas.

La evidencia experimental respalda la teoría de doble ruta, particularmente en lo que respecta al procesamiento serial durante la conversión ortografía-fonología. El MOPE no solo confirma la existencia de un mecanismo subléxico que opera de izquierda a derecha, sino que también desafía a los modelos computacionales a incorporar restricciones más estrictas sobre la secuencialidad. El modelo DRC, como herramienta pionera, sigue siendo fundamental para entender la lectura en voz alta, aunque requiere actualizaciones para reflejar hallazgos recientes. En conjunto, estos estudios subrayan la complejidad de la lectura y la necesidad de enfoques teóricos que integren evidencia conductual, neuropsicológica y computacional.

A continuación, se detallan las principales implicaciones prácticas:

1. Enfoque en el Fortalecimiento de la Ruta Subléxica

• Intervenciones basadas en fonología: Dado que el MOPE y otros efectos dependen de la conversión serial grafema-fonema, es crucial diseñar terapias que refuercen la conciencia fonológica y las reglas de correspondencia ortográfica. Ejemplos incluyen:
• Programas estructurados de enseñanza fónica (ej: método Orton-Gillingham) que entrenan la segmentación y combinación de sonidos.
• Ejercicios de decodificación secuencial (izquierda a derecha) para palabras desconocidas o pseudopalabras.
• Entrenamiento en procesamiento serial: Actividades que enfaticen el orden secuencial de las letras (ej: reconstruir palabras letra por letra) para fortalecer la ruta subléxica en niños con dislexia fonológica.

2. Diagnóstico Diferenciado de Subtipos de Dislexia

• Dislexia fonológica vs. superficial: El modelo de doble ruta permite identificar si la dificultad radica en la ruta subléxica (incapacidad para decodificar palabras nuevas) o léxica (problemas para reconocer palabras irregulares). Esto guía intervenciones personalizadas:
• Dislexia fonológica: Priorizar ejercicios de conversión grafema-fonema.
• Dislexia superficial: Enfatizar el reconocimiento global de palabras de alta frecuencia.

3. Atención a la Planificación del Habla en Casos de Comorbilidad

Aunque el MOPE surge en la conversión ortografía-fonología, algunos niños con trastornos del lenguaje (ej: El trastorno del desarrollo del lenguaje o TDL pueden presentar déficits concurrentes en la planificación articulatoria. En estos casos, se recomienda:

• Terapia integrada: Combinar entrenamiento en lectura con ejercicios de programación motora del habla (ej: repetición de sílabas complejas).

4. Importancia de la Prevención y la Detección Temprana

• Biomarcadores comportamentales: El MOPE puede usarse como indicador temprano de dificultades en la ruta subléxica. Por ejemplo, la ausencia de este efecto en prelectores podría predecir riesgo de dislexia.
• Intervención precoz: Programas de estimulación fonológica en preescolares (ej: juegos con rimas y aliteraciones) para prevenir fallos en la decodificación.

5. Adaptación a la Transparencia Ortográfica

• Lenguas transparentes (ej: español): La ruta subléxica es más eficiente, por lo que las intervenciones pueden centrarse en reglas simples de conversión.
• Lenguas opacas (ej: inglés): Se requiere mayor énfasis en la memorización de palabras irregulares y excepciones ortográficas.

6. Enfoque Multisensorial

• Integración de modalidades: Métodos como LEK combinan estímulos visuales, auditivos, táctiles y cinestésicos para reforzar la conexión ortografía-fonología.

 

REFERENCIAS

 

Mousikou P, Rastle K, Besner D, Coltheart M. The locus of serial processing in reading aloud: orthography-to-phonology computation or speech planning? J Exp Psychol Learn Mem Cogn. 2015 Jul;41(4):1076-99. doi: 10.1037/xlm0000090. Epub 2014 Dec 22. PMID: 25528095.

Mousikou P, Rastle K, Besner D, Coltheart M. The locus of serial processing in reading aloud: orthography-to-phonology computation or speech planning? J Exp Psychol Learn Mem Cogn. 2015 Jul;41(4):1076-99. doi: 10.1037/xlm0000090. Epub 2014 Dec 22. PMID: 25528095.

Coltheart M, Rastle K, Perry C, Langdon R, Ziegler J. DRC: a dual route cascaded model of visual word recognition and reading aloud. Psychol Rev. 2001 Jan;108(1):204-56. doi: 10.1037/0033-295x.108.1.204. PMID: 11212628.