Abstract Neuronal populations code similar concepts by similar activity patterns across the human brain’s networks supporting language comprehension. However, it is unclear to what extent such meaning-to-symbol mapping reflects statistical distributions of symbol meanings in language use, as quantified by word co-occurrence frequencies, or, rather, experiential information thought to be necessary for grounding symbols in sensorimotor knowledge. Here we asked whether integrating distributional semantics with human judgments of grounded sensorimotor semantics better approximates the representational similarity of conceptual categories in the brain, as compared with each of these methods used separately. We examined the similarity structure of activation patterns elicited by action- and object-related concepts using multivariate representational similarity analysis (RSA) of fMRI data. The results suggested that a semantic vector integrating both sensorimotor and distributional information yields best category discrimination on the cognitive-linguistic level, and explains the corresponding activation patterns in left posterior inferior temporal cortex. In turn, semantic vectors based on detailed visual and motor information uncovered category-specific similarity patterns in fusiform and angular gyrus for object-related concepts, and in motor cortex, left inferior frontal cortex (BA 44), and supramarginal gyrus for action-related concepts.

When understanding language semantically related to actions, the motor cortex is active and may be sensitive to semantic information, for example about the body-part-relationship of displayed action-related words. Conversely, movements of the hands or feet can impair memory performance for arm- and leg-related action words respectively, suggesting that the role of motor systems extends to verbal working memory. Here, we studied brain correlates of verbal memory load for action-related words using event-related fMRI during the encoding and memory maintenance of word lists. Seventeen participants saw either four identical or four different words from the same category, semantically related to actions typically performed either with the arms or with the legs. After a variable delay of 4-14 seconds, they performed a nonmatching-to-sample task. Hemodynamic activity related to the information load of words at presentation was most prominent in left temporo-occipital and bilateral posterior-parietal areas. In contrast, larger demand on verbal memory maintenance produced greater activation in left premotor and supplementary motor cortex, along with posterior-parietal areas, indicating that verbal memory circuits for action-related words include the cortical action system. Somatotopic memory load effects of arm- and leg-related words were not present at the typical precentral loci where earlier studies had found such word-category differences in reading tasks, although traces of somatotopic semantic mappings were observed at more anterior cortical regions. These results support a neurocomputational model of distributed action-perception circuits (APCs), according to which language understanding is manifest as full ignition of APCs, whereas working memory is realized as reverberant activity gradually receding to multimodal prefrontal and lateral temporal areas.