讀音和語(yǔ)義處理中雙語(yǔ)被試腦功能的差異研究

李修軍，楊菁菁，吳景龍，佟丹

（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.日本岡山大學(xué)自然科學(xué)研究生院，岡山700-8530；3.吉林大學(xué)第一醫(yī)院放射科，長(zhǎng)春 130022）

讀音和語(yǔ)義處理中雙語(yǔ)被試腦功能的差異研究

李修軍1，楊菁菁1，吳景龍2，佟丹3

（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.日本岡山大學(xué)自然科學(xué)研究生院，岡山700-8530；3.吉林大學(xué)第一醫(yī)院放射科，長(zhǎng)春 130022）

利用功能性磁共振成像（fMRI）技術(shù)探討雙語(yǔ)被試語(yǔ)義和讀音處理時(shí)腦活動(dòng)的差異。實(shí)驗(yàn)使用漢語(yǔ)和日語(yǔ)中語(yǔ)義和讀音處理相關(guān)實(shí)驗(yàn)刺激任務(wù)，通過(guò)兩組被試各自判斷任務(wù)中不同的腦激活情況探討中日雙語(yǔ)和日本人被試在語(yǔ)義和讀音處理時(shí)腦活動(dòng)的差異。結(jié)果表明對(duì)于中日雙語(yǔ)被試，中文語(yǔ)義判斷任務(wù)和中文讀音判斷任務(wù)相減，沒(méi)有得到差異性腦區(qū)，而日文語(yǔ)義判斷任務(wù)和日文讀音判斷任務(wù)相減得到了二者差異性腦區(qū)，主要表現(xiàn)在：右側(cè)額葉前回（BA8/9），左側(cè)紡錘狀回（BA37）以及右側(cè)顳葉（BA22/38）；對(duì)于日本人被試，日文語(yǔ)義判斷任務(wù)和日文讀音判斷任務(wù)相減得到二者差異性腦區(qū)，主要表現(xiàn)在：左側(cè)顳上回（BA40）和左側(cè)顳葉（BA22）。

雙語(yǔ)；語(yǔ)義；讀音；功能性核磁共振

語(yǔ)言處理是大腦的高級(jí)處理過(guò)程，研究大腦的高級(jí)處理機(jī)制有助于推進(jìn)人類(lèi)由機(jī)械化到自動(dòng)化以及智能化的發(fā)展。目前語(yǔ)言加工腦機(jī)制研究也逐漸的展開(kāi)，近年來(lái)應(yīng)用行為學(xué)及功能性核磁共振技術(shù)做了多次關(guān)于漢語(yǔ)字形，讀音和語(yǔ)義方面的研究，也得到了一些有意義的結(jié)果［1-3］。

現(xiàn)實(shí)中有大量的雙語(yǔ)者存在，其中中英雙語(yǔ)者居多，還有中日雙語(yǔ)，中俄雙語(yǔ)等，那么如何學(xué)習(xí)好第二外語(yǔ)就成為了一個(gè)比較重要的問(wèn)題，比如小孩在很小的時(shí)候就要參加各種外語(yǔ)的學(xué)習(xí)班，但是成績(jī)卻不盡相同，這也讓不少家長(zhǎng)產(chǎn)生煩惱。那么如何讓孩子在短時(shí)間內(nèi)學(xué)好第二外語(yǔ)成為當(dāng)務(wù)之急，因此有必要開(kāi)發(fā)相應(yīng)的學(xué)習(xí)工具或?qū)W習(xí)軟件提高學(xué)生的第二外語(yǔ)學(xué)習(xí)成績(jī)，也是本研究的意義所在。

根據(jù)漢語(yǔ)語(yǔ)音和語(yǔ)義的特性以及日語(yǔ)語(yǔ)音和語(yǔ)義的特性，能否發(fā)現(xiàn)中日雙語(yǔ)被試和日本人被試在進(jìn)行語(yǔ)音及語(yǔ)義判斷時(shí)二者腦功能的差異是近期研究的熱門(mén)課題。這不但能促進(jìn)基礎(chǔ)腦科學(xué)研究的進(jìn)步，還能探索人類(lèi)語(yǔ)言加工機(jī)制的特殊性和普遍性，并進(jìn)一步為語(yǔ)言障礙類(lèi)疾病語(yǔ)言功能恢復(fù)機(jī)制和康復(fù)治療效果的評(píng)估提供理論基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

圍繞以上這些問(wèn)題，近年來(lái)諸多國(guó)內(nèi)外語(yǔ)言方面的研究者進(jìn)行了大量的行為學(xué)和認(rèn)知神經(jīng)心理學(xué)實(shí)驗(yàn)［4-7］。得到了一些有意義的結(jié)果，隨著認(rèn)知神經(jīng)科學(xué)的發(fā)展，近幾年來(lái)腦電與腦功能成像技術(shù)越來(lái)越多地用于雙語(yǔ)實(shí)驗(yàn)的研究。這些技術(shù)可以使研究者直接觀察到人在完成語(yǔ)言作業(yè)時(shí)（語(yǔ)音語(yǔ)義判斷）大腦的活動(dòng)狀態(tài)，包括大腦的時(shí)空間的活動(dòng)狀態(tài)。本文使用漢語(yǔ)和日語(yǔ)中語(yǔ)義和讀音處理相關(guān)實(shí)驗(yàn)刺激任務(wù)，通過(guò)兩組被試各自判斷任務(wù)中不同的腦激活情況探討中日雙語(yǔ)和日本人被試在語(yǔ)義和讀音處理時(shí)腦活動(dòng)的差異。在進(jìn)行數(shù)據(jù)分析的時(shí)候，雖然近期有很多用于核磁共振數(shù)據(jù)分析的軟件出現(xiàn)，但還是采用比較穩(wěn)定的基于MATLAB7.0的SPM5進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。本實(shí)驗(yàn)的創(chuàng)新之處是發(fā)現(xiàn)了中國(guó)人和日本人處理語(yǔ)義信息時(shí)腦功能的差異。

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 被試

本實(shí)驗(yàn)被試分為中日雙語(yǔ)被試和母語(yǔ)為日語(yǔ)的被試各15人，中日雙語(yǔ)被試為沈陽(yáng)中國(guó)醫(yī)科大學(xué)七年制學(xué)生，年齡19-23歲；母語(yǔ)為日語(yǔ)的被試選取了在沈陽(yáng)中國(guó)醫(yī)科大學(xué)的日本籍留學(xué)生，年齡20-25歲。所有被試視力聽(tīng)力正常，均為健康被試。

1.2 實(shí)驗(yàn)刺激與任務(wù)

實(shí)驗(yàn)刺激：實(shí)驗(yàn)刺激包括兩個(gè)部分，分別是語(yǔ)義判斷（比如高興+愉快）和讀音判斷（展開(kāi)+打開(kāi)）相關(guān)刺激（圖1，只給出了中文刺激，日文刺激與其類(lèi)似）。實(shí)驗(yàn)中中日雙語(yǔ)被試做中文和日文兩種刺激任務(wù)，日本人被試只做日文刺激任務(wù)。語(yǔ)義和讀音刺激各24對(duì)。共有48張圖片，兩個(gè)單詞之間用一個(gè)“+”作為固視點(diǎn)。本實(shí)驗(yàn)采用Block實(shí)驗(yàn)序列，每個(gè)Block里8個(gè)刺激，都是相近的刺激，要么是語(yǔ)義刺激要么是讀音刺激，每個(gè)刺激提示時(shí)間是2.5秒，間隔是1.5秒，即一個(gè)Block的時(shí)間是32秒，Block間隔時(shí)間為32秒，每個(gè)Block前會(huì)有一個(gè)Cue刺激用來(lái)提示被試接下來(lái)要做的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容（語(yǔ)義判斷或者讀音判斷）以提高被試的回答正確率，如圖2所示，實(shí)驗(yàn)證明有Cue刺激要比沒(méi)有Cue刺激的回答正確率高。

圖1 實(shí)驗(yàn)刺激

實(shí)驗(yàn)任務(wù)：在功能性核磁共振實(shí)驗(yàn)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)義或者讀音是否相同進(jìn)行辨別，而且要求被試要在最短的時(shí)間內(nèi)盡量花最少的時(shí)間去判斷，實(shí)驗(yàn)中記錄被試的反應(yīng)時(shí)間和正確率兩項(xiàng)指標(biāo)。相同時(shí)用左手拇指按1鍵，不同時(shí)用右手拇指按2鍵。一個(gè)session持續(xù)時(shí)間大約6分鐘。加上3D和T1圖像總共需要20分鐘左右。本次實(shí)驗(yàn)做了2個(gè)session。

圖2 實(shí)驗(yàn)程序示意圖

1.3 數(shù)據(jù)采集與分析

數(shù)據(jù)采集：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掃描儀，應(yīng)用8通道SENSE頭線圈，視聽(tīng)覺(jué)刺激提示系統(tǒng)為深圳美德公司的SA9900，層厚為3.5mm，TR為2s，TE為30ms。

數(shù)據(jù)分析：采用基于MATLAB7.0的SPM5進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，在SPM解析過(guò)程中，閾值采用了Uncorrected，P＜0.001。

1.4 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

本實(shí)驗(yàn)的fMRI腦成像結(jié)果如圖3所示，中日雙語(yǔ)被試組與日本人被試組進(jìn)行語(yǔ)義和讀音加工判斷任務(wù)時(shí)，均激活了一個(gè)由多個(gè)腦區(qū)組成的漢字語(yǔ)音語(yǔ)義加工處理的腦激活網(wǎng)絡(luò)，數(shù)據(jù)分析時(shí)將語(yǔ)義和讀音任務(wù)相減得到差異性腦區(qū)。

對(duì)于中日雙語(yǔ)被試，中文語(yǔ)義判斷任務(wù)和中文讀音判斷任務(wù)相減，沒(méi)有得到差異性腦區(qū)說(shuō)明二者沒(méi)有差異，即在進(jìn)行中文判斷時(shí)因?yàn)槭悄刚Z(yǔ)二者沒(méi)有顯著性差異；而日文語(yǔ)義判斷任務(wù)和日文讀音判斷任務(wù)相減卻得到了二者差異性腦區(qū)。其中主要包括：右側(cè)額葉前回（BA8，（29，41，23），體積為220voxels）和（BA9，（31，32，26），體積為289voxels），左側(cè)紡錘狀回（BA37，（-22，-58，-17），體積為583voxels），右側(cè)顳葉（BA22，（45，6，-3），體積為136voxels）（BA38，（45，6，-5），體積為556voxels）（P＜0.001，Uncorrected），這也是本研究的關(guān)鍵結(jié)果，說(shuō)明二者存在顯著性差異。

對(duì)于日本人被試，日文語(yǔ)義判斷任務(wù)和日文讀音判斷任務(wù)相減得到了二者差異性腦區(qū)。其中主要包括：左側(cè)顳上回（BA40，（-38，-32，35），體積為758voxels），左側(cè)顳葉（BA22，（-42，-21，30），體積為758voxels）（P＜0.001，Uncorrected）。

圖3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果中日雙語(yǔ)及日本人被試語(yǔ)義和讀音判斷時(shí)的腦激活的差異情況

2 討論

對(duì)于中國(guó)人來(lái)說(shuō)日語(yǔ)作為第二外語(yǔ)比較容易學(xué)習(xí)已經(jīng)成為共識(shí)，主要是因?yàn)槿照Z(yǔ)有著和漢語(yǔ)相似的地方，即同為象形文字，本研究中中日雙語(yǔ)被試組和日本人被試組進(jìn)行語(yǔ)義和讀音加工判斷任務(wù)時(shí)，激活的相應(yīng)腦區(qū)和預(yù)想結(jié)果相似，與以往對(duì)第二外語(yǔ)（中英文以及中日文）的功能性核磁共振成像研究結(jié)果均相近［6-9］，也證明了語(yǔ)言處理有著特殊的大腦神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。

中日雙語(yǔ)被試中文語(yǔ)義和讀音判斷任務(wù)相減時(shí)沒(méi)有差異性腦區(qū)，說(shuō)明母語(yǔ)判斷過(guò)程中沒(méi)有發(fā)現(xiàn)差異性腦區(qū)。中日雙語(yǔ)被試在進(jìn)行日文語(yǔ)義和讀音判斷任務(wù)相減時(shí)卻產(chǎn)生了顯著性的差異，主要激活腦區(qū)為：右側(cè)額葉前回（BA8/9），左側(cè)紡錘狀回（BA37）以及右側(cè)顳葉（BA22/38）。其中右側(cè)額葉前回（BA8/9）為認(rèn)知功能腦區(qū)，本實(shí)驗(yàn)主要認(rèn)為是基礎(chǔ)認(rèn)知中的語(yǔ)義處理腦區(qū)，主要是執(zhí)行了語(yǔ)義判斷任務(wù)，因此具有很強(qiáng)的激活。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)，本實(shí)驗(yàn)中可以認(rèn)為在進(jìn)行語(yǔ)義及讀音判斷過(guò)程中也激活了漢字的字形處理腦區(qū)。右側(cè)顳葉（BA22/38）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)和文字意義的功能，具體應(yīng)該是在語(yǔ)義判斷和讀音判斷任務(wù)相減時(shí)二者有顯著性差異，這幾個(gè)腦區(qū)合并一起為Wernicke區(qū)，Wernicke區(qū)一樣是公認(rèn)的語(yǔ)音語(yǔ)義處理腦區(qū)［10，13］。

母語(yǔ)為日語(yǔ)的日本人被試進(jìn)行語(yǔ)義和讀音判斷任務(wù)時(shí)，激活的腦神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)為：左側(cè)顳上回（BA40）以及左側(cè)顳葉（BA22）。其中BA40是后頂葉腦區(qū)，頂葉腦區(qū)的主要功能是視覺(jué)以及沖突的判斷，尤其是關(guān)于語(yǔ)言的判斷，本實(shí)驗(yàn)主要是語(yǔ)義判斷和讀音判斷，二者任務(wù)相減后得到了此腦區(qū)的激活說(shuō)明語(yǔ)義判斷時(shí)此腦區(qū)有較強(qiáng)的激活。BA22也叫威爾尼克區(qū)，威爾尼克區(qū)是一個(gè)語(yǔ)言聽(tīng)覺(jué)中樞，如果該腦區(qū)造成損傷將會(huì)引起聽(tīng)覺(jué)失語(yǔ)癥。這是一種語(yǔ)言失認(rèn)癥。主要出現(xiàn)語(yǔ)音辨別喪失，導(dǎo)致感覺(jué)性失語(yǔ)癥和聽(tīng)覺(jué)記憶的喪失。說(shuō)話時(shí)，語(yǔ)音與語(yǔ)法均正常，不能分辨語(yǔ)音和理解語(yǔ)義［11-16］，臨床上經(jīng)?？梢?jiàn)。母語(yǔ)為日語(yǔ)的日本人被試在進(jìn)行語(yǔ)義和讀音判斷時(shí)激活以上兩個(gè)腦區(qū)與以往的研究相符。

結(jié)果說(shuō)明中日雙語(yǔ)被試組和母語(yǔ)為日語(yǔ)的日本人被試組進(jìn)行語(yǔ)義和讀音判斷時(shí)腦功能存在明顯的差異。由此可見(jiàn)，語(yǔ)言類(lèi)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，假想結(jié)果是二者不存在差異，但是在進(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，在語(yǔ)義和讀音判斷時(shí)都存在不同的腦活動(dòng)的激活。這些基礎(chǔ)性的研究結(jié)果能為語(yǔ)言障礙類(lèi)疾病語(yǔ)言功能恢復(fù)機(jī)制和康復(fù)治療效果的評(píng)估提供理論基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

3 結(jié)論

結(jié)果表明，對(duì)于中日雙語(yǔ)被試，中文語(yǔ)義判斷任務(wù)和中文讀音判斷任務(wù)相減，沒(méi)有得到差異性腦區(qū)，而日文語(yǔ)義判斷任務(wù)和日文讀音判斷任務(wù)相減得到了二者差異性腦區(qū)：右側(cè)額葉前回（BA8/9），左側(cè)紡錘狀回（BA37）以及右側(cè)顳葉（BA22/38）；對(duì)于日本人被試，日文語(yǔ)義判斷任務(wù)和日文讀音判斷任務(wù)相減得到二者差異性腦區(qū)：左側(cè)顳上回（BA40）和左側(cè)顳葉（BA22）。

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Differences in Brain Function Between Bilingual Subjects in the Phonological and Semantic Processing

LI Xiujun1，YANG Jingjing1，WU Jinglong2，TONG Dan3
（1.School of Computer Science and Technology，Changchun University of Science and Technology，Changchun 130022；2.The Graduate School of Natural Science and Technology，Okayama University，Okayama 700-8530；3.Department of Radiology，No.1 Hospital of Jilin University，Changchun 130022）

Using functional magnetic resonance imaging（fMRI），much knowledge has been gained in understanding how the brain is activated during controlled experiments of language tasks in Chinese-Japanese bilinguals and Japanese subjects.In this study，we used fMRI to investigate the difference in bilingual by Chinese-Japanese bilingual and Japanese subjects in the semantic and phonological processing of brain activity.Study on the use of Chinese-Japanese bilingual and Japanese subjects，using Chinese or Japanese semantic or phonological judgment task，through the two groups of subjects their judgment task，discussion of bilingual Chinese and Japanese subjects differences between brain activity in semantic and phonological processing.Results show that no significant different brain area between Chinese semantic judgment task and Chinese phonological judgment task with Chinese-Japanese bilingual subjects，and Japanese semantic judgment task and Japanese phonological judgment task by subtracting the differences between the brain regions：the right frontal lobes（BA8/9），the left fusiform gyrus（BA37），the right temporal lobe（BA22/38）；For the Japanese subjects，Japanese semantic judgment task and Japanese phonological judgment task is presupposed differences between the two brain regions：the left superior temporal gyrus（BA40）and the left temporal lobe（BA22）.

bilingual；semantic；phonological；fMRI

Q983+.5

A

1672-9870（2016）06-0115-04

2016-09-26

李修軍（1978-），男，博士，講師，E-mail：lixiujun@cust.edu.cn