中日-日中雙語(yǔ)被試在第二外語(yǔ)語(yǔ)義處理時(shí)腦活動(dòng)差異的fMRI研究

李修軍，郭啟勇，吳景龍

（1.長(zhǎng)春理工大學(xué) 計(jì)算機(jī)科學(xué)技術(shù)學(xué)院，長(zhǎng)春 130022；2.中國(guó)醫(yī)科大學(xué)附屬盛京醫(yī)院 放射科，沈陽(yáng) 110004；3.日本岡山大學(xué) 自然科學(xué)研究生院，岡山 700-8530）

語(yǔ)言是人腦特有的高級(jí)功能，是人類信息傳遞的主要工具。不僅能夠在正常情況下順利地掌握和使用母語(yǔ)，而且在一定條件下還能夠?qū)W會(huì)兩種甚至多種語(yǔ)言。目前，應(yīng)用功能磁共振研究語(yǔ)言加工腦機(jī)制一直是應(yīng)用語(yǔ)言學(xué)和認(rèn)知神經(jīng)科學(xué)的熱點(diǎn)問(wèn)題和前沿研究。尤其像是對(duì)漢語(yǔ)-英語(yǔ)第二外語(yǔ)的研究已經(jīng)取得了部分成果［1-3］。

功能磁共振成像技術(shù)能對(duì)大腦的結(jié)構(gòu)和活動(dòng)狀態(tài)進(jìn)行成像，進(jìn)而輔助醫(yī)療診斷的設(shè)備，和其他手段相比，比如腦電（ERP，Event-Related Potentials）等，具有高空間解像度的優(yōu)勢(shì)，能達(dá)到毫秒級(jí)。本實(shí)驗(yàn)采用功能磁共振成像技術(shù)探討中日和日中第二外語(yǔ)語(yǔ)義加工腦機(jī)制之間的差異。

如果一個(gè)人能熟練地掌握或使用兩種或兩種以上的語(yǔ)言，稱為雙語(yǔ)者或者多語(yǔ)者。本研究使用的被試均為雙語(yǔ)者，一種是學(xué)過(guò)日語(yǔ)的中國(guó)人（中日雙語(yǔ)），另一種是學(xué)習(xí)過(guò)漢語(yǔ)的日本人被試（日中雙語(yǔ)）。根據(jù)不同語(yǔ)言的特性，不同語(yǔ)言有不同的表現(xiàn)形式，比如漢語(yǔ)是象形文字，表現(xiàn)為圖形，英語(yǔ)為字符文字，表現(xiàn)為字母。日語(yǔ)和漢語(yǔ)類似，和漢語(yǔ)屬于同一語(yǔ)系，認(rèn)為會(huì)有相同的大腦激活。但雙語(yǔ)者兩種語(yǔ)言形式具體有哪些大腦激活以及他們之間怎樣相互轉(zhuǎn)換的問(wèn)題是認(rèn)知心理學(xué)和認(rèn)知神經(jīng)科學(xué)有關(guān)雙語(yǔ)研究的熱門課題。由此，近年來(lái)國(guó)內(nèi)外眾多研究者圍繞著這一科研課題進(jìn)行了大量的行為學(xué)實(shí)驗(yàn)和腦神經(jīng)影像學(xué)的研究［4-7］，得到了一些科研成果。

Tan等人用第二外語(yǔ)是英語(yǔ)的大學(xué)生和母語(yǔ)為英語(yǔ)的被試研究了母語(yǔ)和第二外語(yǔ)腦功能的差異并確定了部分第二外語(yǔ)的特有腦區(qū)［1］。但是英語(yǔ)為字符語(yǔ)言，漢字為象形文字，二者之間形態(tài)上存在很大的差異，為不同的語(yǔ)系。日語(yǔ)和漢語(yǔ)是比較接近的兩種語(yǔ)言系統(tǒng)，均為方塊字結(jié)構(gòu)，作為第二外語(yǔ)它們之間在進(jìn)行語(yǔ)義判斷時(shí)腦活動(dòng)是否存在差異，本實(shí)驗(yàn)將利用中日雙語(yǔ)和日中雙語(yǔ)兩種被試，使用中文語(yǔ)義判斷任務(wù)和日文語(yǔ)義判斷任務(wù)對(duì)此內(nèi)容做深入的研究。

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 被試

中日雙語(yǔ)被試15人，均為沈陽(yáng)中國(guó)醫(yī)科大學(xué)七年制學(xué)生；日中雙語(yǔ)被試15人，均為在沈陽(yáng)中國(guó)醫(yī)科大學(xué)的日本籍留學(xué)生。所有被試均進(jìn)行過(guò)漢語(yǔ)水平測(cè)試，身體健康，經(jīng)常使用右利手，經(jīng)過(guò)測(cè)試視力聽(tīng)力正常。所有被試在實(shí)驗(yàn)前均簽署了由中國(guó)醫(yī)科大學(xué)制定的《知情同意書(shū)》。

1.2 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

本實(shí)驗(yàn)采用2×2的兩因素混合實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)。第一個(gè)因素：被試組間變量，一個(gè)是中日雙語(yǔ)被試組，另一個(gè)是日中雙語(yǔ)被試組；第二個(gè)因素：材料組內(nèi)變量，一個(gè)是中文語(yǔ)義判斷，另一個(gè)是日文語(yǔ)義判斷。數(shù)據(jù)分析時(shí)，由組內(nèi)變量之間做差，然后再比較組間變量之間的差異，進(jìn)而得到兩組被試之間的差異。

1.3 實(shí)驗(yàn)材料

實(shí)驗(yàn)刺激分為兩種：中文語(yǔ)義相關(guān)刺激和日文語(yǔ)義相關(guān)刺激，如圖1中給出了日文刺激，中文刺激類似。兩種刺激分別根據(jù)語(yǔ)義配對(duì)成相同組和不同組，各24對(duì)，如高興-快樂(lè)為相同組，高興-悲傷為不同組。共組成48張圖片，圖片像素為245×245，顯示器分辨率為1024×768，實(shí)驗(yàn)中使用8度為視角。兩個(gè)單詞之間用一個(gè)“+”作為固視點(diǎn)，漢字以黑底白圖的形式呈現(xiàn)在屏幕上。

圖1 實(shí)驗(yàn)刺激

1.4 實(shí)驗(yàn)任務(wù)

在功能性核磁共振實(shí)驗(yàn)時(shí)，實(shí)驗(yàn)刺激通過(guò)反光鏡折射至被試眼部。在進(jìn)行序列掃描時(shí)要求被試對(duì)屏幕中同時(shí)出現(xiàn)的兩個(gè)漢語(yǔ)單詞或日語(yǔ)單詞的語(yǔ)義是否相同進(jìn)行辨別，相同時(shí)用左手拇指按鍵，不同時(shí)用右手拇指按鍵。刺激均隨機(jī)出現(xiàn)。刺激呈現(xiàn)時(shí)間均為2.5s，間隔時(shí)間為1.5s。間隔的時(shí)候只提示注視點(diǎn)“+”。一共48個(gè)刺激，大約6分鐘，如圖2所示，圖中只給出了日文部分，中文部分類似。然后加掃了3D和T1圖像。

圖2 實(shí)驗(yàn)序列。T：任務(wù)（Task）；F：固視點(diǎn)（Fixation）

1.5 數(shù)據(jù)采集與分析

本實(shí)驗(yàn)采用中國(guó)醫(yī)科大學(xué)附屬盛京醫(yī)院的Philips Intera Achieva 3.0T超導(dǎo)型MR掃描系統(tǒng)，應(yīng)用8通道SENSE頭線圈，層厚為3.5mm，TR為2s，TE為30ms。在數(shù)據(jù)分析的時(shí)候，首先將原始數(shù)據(jù)的Dicom文件使用MRIcro軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換為MATLAB能夠識(shí)別的格式。然后使用基于MATLAB7.5的SPM5軟件（www.fil.ion.ucl.ac.uk）進(jìn)行圖像后期處理。為了減少由于個(gè)體差異以及機(jī)器本身等原因造成的誤差及進(jìn)一步的統(tǒng)計(jì)分析，首先要對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行前處理，具體過(guò)程如下：（1）頭動(dòng)校正和圖像的配準(zhǔn)（Realign）。主要是查看被試實(shí)驗(yàn)過(guò)程中頭動(dòng)是否過(guò)大，超過(guò)1.5毫米的被試為不合格被試，如果有應(yīng)該剔除，本實(shí)驗(yàn)采用被試均為合格被試。（2）空間標(biāo)準(zhǔn)化（Normalize）。主要是從x，y，z軸三個(gè)方向使個(gè)人腦與標(biāo)準(zhǔn)腦進(jìn)行對(duì)齊。（3）空間平滑和時(shí)間平滑（Smoothing）。主要是使得到的圖像更加完美。（4）去線性漂移。這部分主要是去除一些額外因素的干擾，得到更好的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。在預(yù)處理過(guò)程完成后進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析處理。首先在個(gè)體水平，采用一般線性模型（General Linear Model，Y＝βX+E），將漢字語(yǔ)義辨別和日語(yǔ)語(yǔ)義辨別的反應(yīng)與baseline做比較，p＜0.001（uncorrected），得出對(duì)比圖像（結(jié)果后面有詳細(xì)說(shuō)明）。然后采用隨機(jī)效應(yīng)模型（Random Effects Models），對(duì)組內(nèi)和組間數(shù)據(jù)分別進(jìn)行單樣本和雙樣本t檢驗(yàn)分析，閾值采用p ＜0.001（uncorrected）。

1.6 結(jié)果

fMRI腦成像結(jié)果如圖3，圖4所示，中日雙語(yǔ)被試組與日中雙語(yǔ)被試組進(jìn)行語(yǔ)義加工任務(wù)時(shí)，均激活了一個(gè)由多個(gè)腦區(qū)參與構(gòu)成的漢字語(yǔ)義加工處理的腦神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，主要包括：視覺(jué)區(qū)（BA17/18/19/37），是負(fù)責(zé)視覺(jué)處理的腦區(qū)；顳下回（BA20/21/38），是多感覺(jué)處理區(qū)；頂上及頂下小葉（BA7/40），其主要負(fù)責(zé)時(shí)間及空間判斷；額葉下回（BA44/45），其主要負(fù)責(zé)語(yǔ)義詞匯等信息的處理；額葉（BA9/46），其主要功能是認(rèn)知處理及角回（BA39/40）（P＜0.001，圖3（a，b），圖4（a，b））。

對(duì)于中日雙語(yǔ)被試，日文語(yǔ)義判斷任務(wù)和中文語(yǔ)義判斷任務(wù)相減，得到了二者差異性腦區(qū)。其中主要包括：右側(cè)額葉下回（BA44/45），左側(cè)紡錘狀回（BA37），左側(cè)顳葉（BA39）（P＜0.001，圖3（c））。

對(duì)于日中雙語(yǔ)被試，中文語(yǔ)義判斷任務(wù)和日文語(yǔ)義判斷任務(wù)相減，得到了二者差異性腦區(qū)。其中主要包括：左側(cè)顳下回（BA38），左側(cè)頂上及頂下小葉（BA7），左側(cè)顳葉（BA21/22）（P＜0.001，圖4（c））。

圖3 中日雙語(yǔ)被試語(yǔ)義和字號(hào)判斷時(shí)的腦激活情況。

圖4 日中雙語(yǔ)被試語(yǔ)義和字號(hào)判斷時(shí)的腦激活情況

2 討論

本研究中中日雙語(yǔ)被試組和日中雙語(yǔ)被試組進(jìn)行語(yǔ)義加工任務(wù)時(shí)，均激活了由多個(gè)腦區(qū)構(gòu)成的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，如圖4和圖5所示。中日雙語(yǔ)被試語(yǔ)義判斷時(shí)腦神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)：主要激活腦區(qū)為右側(cè)額葉下回（BA44/45），左側(cè)紡錘狀回（BA37）以及左側(cè)顳葉（BA39）。其中右側(cè)額葉下回（BA44/45）為Broca腦區(qū)，和Wernicke區(qū)一樣是公認(rèn)的語(yǔ)言處理腦區(qū)。左側(cè)紡錘狀回（BA37）是紡錘狀回，這個(gè)腦區(qū)是形狀處理腦區(qū)，可能和漢字形態(tài)處理相關(guān)。左側(cè)顳葉（BA39）的激活表明其在語(yǔ)義加工過(guò)程中具有理解看到的符號(hào)和文字意義的機(jī)能［10］。

日中雙語(yǔ)被試語(yǔ)義判斷時(shí)腦神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)：主要激活腦區(qū)為左側(cè)顳下回（BA38），左側(cè)頂上及頂下小葉（BA7）以及左側(cè)顳葉（BA21/22）。其中左側(cè)顳下回（BA38）的激活表明其在語(yǔ)音加工中具有理解聽(tīng)到的語(yǔ)音信息和文字語(yǔ)義相結(jié)合的功能，本實(shí)驗(yàn)中主要是此腦區(qū)參與了語(yǔ)義分析功能。左側(cè)顳葉（BA21/22）是多感覺(jué)聯(lián)合區(qū)，這里的激活主要是漢字語(yǔ)音到語(yǔ)義的轉(zhuǎn)換加工［11］。

以上結(jié)果顯示中日雙語(yǔ)被試組和日中雙語(yǔ)被試組進(jìn)行語(yǔ)義判斷時(shí)腦功能存在差異。研究者還發(fā)現(xiàn)對(duì)同一語(yǔ)言而言，第二語(yǔ)言者對(duì)其的加工過(guò)程與母語(yǔ)者對(duì)其的加工過(guò)程存在差異［2］。比如中國(guó)人雖然熟練的學(xué)習(xí)了英語(yǔ)，但是和美國(guó)人相比其在加工英語(yǔ)時(shí)，并沒(méi)有激活美國(guó)人加工英語(yǔ)時(shí)負(fù)責(zé)字母—聲音轉(zhuǎn)換的某些特定的大腦區(qū)域。本實(shí)驗(yàn)證明即使是同一語(yǔ)系的漢語(yǔ)和日語(yǔ)也是一樣。

由此可見(jiàn)，語(yǔ)言類型及語(yǔ)系與雙語(yǔ)的腦機(jī)制之間存在復(fù)雜的關(guān)系，比如本研究中的漢語(yǔ)和日語(yǔ)。雖然屬于同一語(yǔ)系，在進(jìn)行第二外語(yǔ)測(cè)試時(shí)還是有不同的大腦激活結(jié)果。漢語(yǔ)和英語(yǔ)的結(jié)果更是有不同的差異。因此本文認(rèn)為母語(yǔ)和第二外語(yǔ)之間在進(jìn)行語(yǔ)義處理時(shí)具有不同的處理系統(tǒng)。

3 結(jié)論

結(jié)果表明，中日雙語(yǔ)和日中雙語(yǔ)被試在語(yǔ)義處理時(shí)腦活動(dòng)之間存在差異：中日雙語(yǔ)被試語(yǔ)義判斷時(shí)腦神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)為為右側(cè)額葉下回（BA44/45），左側(cè)紡錘狀回（BA37）以及左側(cè)顳葉（BA39）；日中雙語(yǔ)被試語(yǔ)義判斷時(shí)腦神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)為左側(cè)顳下回（BA38），左側(cè)頂上及頂下小葉（BA7）以及左側(cè)顳葉（BA21/22）。

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