功能性磁共振技術(shù)及其在語言理解中的應(yīng)用

吳　軍，李　瑩

（鄭州大學　教育系，河南　鄭州　450001）

功能性磁共振技術(shù)及其在語言理解中的應(yīng)用

吳軍，李瑩

（鄭州大學教育系，河南鄭州450001）

本文從語言心理學的角度出發(fā)介紹了功能性磁共振成像技術(shù)（fMRI）.從fMRI技術(shù)成像原理，fMRI技術(shù)的優(yōu)缺點以及fMRI技術(shù)在語言理解中的應(yīng)用做出了較為全面的闡述，并展望了其發(fā)展前景.

fMRI；語言理解；認知

功能性磁共振成像技術(shù)（fMRI）使得在認知任務(wù)過程中大腦的活動情況被直觀、形象地觀測到，并以其高空間分辨率和精確度被認知神經(jīng)研究學者廣泛青睞，由此推動了神經(jīng)認知科學的發(fā)展.近年來，在語言理解方面的研究日漸成熟，因此本文將對fMRI的成像原理及其在語言理解中的應(yīng)用進行闡述，并做出進一步的展望.

1　fMRI技術(shù)成像原理

功能性磁共振成像技術(shù)是通過一定的刺激使大腦皮質(zhì)各功能區(qū)在磁共振設(shè)備上成像的方法. fMRI是一種有效的定位人腦各部位功能的方法，它通過采集解剖、影像和功能三方面的因素，以及人體的生物物理變化所采集到的人體組織結(jié)構(gòu)圖像進行功能.利用功能性磁共振成像技（fMRI）考察人們的認知加工過程一個重要的前提是，當人處于不同的功能狀態(tài)時人的大腦各個區(qū)域的參與部位是不同的.fMRI是在磁共振成像（MRI）基礎(chǔ)上發(fā)展起來的.人體中含有的氫原子核是具有磁性的自旋體系，當處于一個外加的均勻磁場時就會產(chǎn)生一定的磁性運動，當從外部得到一定頻率的射頻脈沖時，磁能級之間就會發(fā)生共振即稱為核磁共振.由于人體中不同組織具有不同的氫核密度，在產(chǎn)生磁共振時的運動時間有差異，因此就可利用這些參數(shù)獲得體內(nèi)組織的靜態(tài)結(jié)構(gòu)圖像，從而形成傳統(tǒng)的MRI［1］.

從時空分辯率、無侵入性和實用性等方面考慮，目前應(yīng)用最廣泛的成像技術(shù)是BOLD效應(yīng)fMRI，也就是通常人們所了解的fMRI，也是狹義上的fMRI，即功能活動（task activation）MRI，認知研究中普遍所采用的功能性磁共振成像最基本的成像原理也是相同的，但相比傳統(tǒng)磁共振成像只能獲得靜態(tài)圖像，功能磁共振的最大優(yōu)點在于可以追蹤到大腦神經(jīng)活動的動態(tài)變化.

2　fMRI技術(shù)的優(yōu)缺點

腦功能磁共振成像技術(shù)與早期同樣是利用大腦生物組織變化成像的PET和SPECT技術(shù)相比的明顯優(yōu)點是無創(chuàng)性、不需要注射對比劑，并且具有很高的空間分辨率和精確度，且可對個體不同狀態(tài)進行統(tǒng)計學處理.而PET和SPECT常需要對群體的不同狀態(tài)進行統(tǒng)計.雖然與ERP在時間上的高精確性相比，fMRI技術(shù)的時間精確度只能達到幾秒，但其空間定位的精細度則非常高，能夠探測到大腦約3-4mm3體素的激活變化.因此，腦功能磁共振成像技術(shù)一經(jīng)出現(xiàn)便迅速在各種認知科學領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用.最重要的是，腦功能性磁共振成像能夠直觀、形象地觀測認知任務(wù)過程中大腦活動情況，為人們直接觀察和分析人腦功能活動提供了較直觀的手段［2］.fMRI的不足之處除了在時間分辨率上低于腦電圖和腦磁圖外，它的系統(tǒng)造價高，掃描過程中產(chǎn)生的巨大噪音妨礙了它在聽覺研究上的應(yīng)用，且它的實驗環(huán)境不適于幽閉恐怖癥患者.

3　fMRI技術(shù)在語言理解中的發(fā)現(xiàn)

作為一種將形態(tài)與功能結(jié)合的手段，fMRI主要用于確定語言活動過程中人腦皮層中樞的精確定位.研究普遍發(fā)現(xiàn)，右利手者及大部分左利手者語言區(qū)均在左側(cè)半球區(qū)即大腦左半球是語言理解的優(yōu)勢半球，尤其是左半球額葉、顳葉及丘腦內(nèi)囊區(qū)，并且無性別差異.并且在語言加工的不同階段如語音和語義、句法和句義以及語調(diào)和語氣既有共同的腦區(qū)激活模式，也有其獨特性.額葉主要與運動性語言有關(guān)，顳葉和頂葉則與感覺性語言有關(guān).其中聽感覺語言區(qū)中樞位于顳上回BA21和BA22區(qū)后部，運動性語言中樞則位于BA44和BA45區(qū).書寫語言中樞位于大腦左半球顳葉顳上回處，閱讀語言中樞位于角回.除此之外，梭狀回（BA37）、舌回、輔助運動區(qū)等在語言加工中也往往會有激活.這些相關(guān)區(qū)域幾乎在各種語言形式下都得到了重復驗證，并不隨語種和言語水平而改變.由于漢語具有許多與西方拼音文字不同的特點，漢語加工和表征的fMRI研究也引起了相當關(guān)注［1、2］.本文從以下三方面來闡述fMRI在語言理解中的研究發(fā)現(xiàn):

漢語的加工與西方文字的加工有顯著的差異，原因在于漢語是一種象形表意文字，圖形特征比較明顯，因此其突出不同表現(xiàn)在形、音、義三個方面.彭聃齡等研究了漢語字詞加工時相應(yīng)激活的腦區(qū)域，發(fā)現(xiàn)語音任務(wù)激活了右側(cè)枕下回、左側(cè)枕中回、左側(cè)頂葉下部和顳上回，以及中央前回，而語義任務(wù)激活區(qū)域有所不同，分別是有左側(cè)頂下小葉和左側(cè)顳上回，左側(cè)額下回、右側(cè)額中回和額上回，以及左側(cè)額中回［3］.該結(jié)論表示，在加工語義任務(wù)的同時，語音的相關(guān)腦區(qū)被激活，而在加工語音任務(wù)的同時，語義加工相關(guān)的腦區(qū)域并沒有被激活.

黎元等采用功能性磁共振成像技術(shù)對有意義的漢字詞組加工的任務(wù)進行了腦區(qū)域激活的定位辨研究.閱讀和識別加工漢語字詞時，左側(cè)額上回（BA6）、左側(cè)顳中回、左腦島 （BA47）和左側(cè)島葉（BA32）、右側(cè)扣帶回（BA32）、右側(cè)額中回、兩側(cè)丘腦（BA18）、兩側(cè)額下回（BA44）和兩側(cè)頂上、下回這些腦區(qū)都有激活，但激活的程度都不同.并且發(fā)現(xiàn)，在漢語字詞的識別分辨任務(wù)中，有多個皮層腦區(qū)和腦區(qū)的皮層結(jié)構(gòu)的激活［4］.

郝晶等使用ERP和fMRI兩項技術(shù)來研究語義判斷任務(wù)的大腦認知神經(jīng)機制，在時間精度上和空間精度上都達到了良好的控制.結(jié)果表示，語義選擇的相關(guān)腦區(qū)包括左側(cè)額上回（BA6區(qū)）、右側(cè)扣帶回、左側(cè)額中回（BA9區(qū)）、雙側(cè)運動區(qū)和運動前區(qū)、左側(cè)頂下小葉，負責語義判斷抑制功能的腦區(qū)主要有右側(cè)額中回和左側(cè)額下回.并且隨著任務(wù)難度的不同，激活區(qū)域也相應(yīng)的發(fā)生變化，任務(wù)難度越大，前扣帶回被激活的程度越大，而且由原來的右半球激活為主轉(zhuǎn)換到了左半球激活為主［5］.

伍建林等對漢語字形和英文字形加工的不同進行了研究，發(fā)現(xiàn)在識別不同字形的過程中，不同的大腦區(qū)域被激活.對沒有意義的漢字和英文假字的加工只引起少量腦區(qū)域的激活.有意義的漢字真字刺激在左額葉、中央前回（BA6）及枕葉（BA18）顯著激活，左頂葉、中央后回（BA3）、右額下回（BA9）及雙側(cè)顳葉少量激活.有意義的英文真字刺激時左額中回、中央前回、左額下回顯著激活，左顳梭狀回（BA37）、右枕語言回（BA18）及左頂葉（BA40）也有激活.并且在兩種語言文字加工的時候，都是左半球的激活程度明顯大于右半球；兩種語言加工的激活部分也有所差異，漢字的加工在枕葉上的激活區(qū)域較英文大，而英文則是在額、顳及頂葉的激活較漢字加工激活的體積大.因此，得出的結(jié)果是，漢英兩種語言加工的激活半球都是左半球，驗證了左半球是語言加工的優(yōu)勢區(qū).并且發(fā)現(xiàn)，如果被試是第一語言為漢語的雙語者，在其加工第二語言英文的時候，會調(diào)動更多的腦區(qū)來共同完成語言的加工［6］.

3.2句子理解的功能性磁共振成像

句子理解是比較復雜的任務(wù)，包括了兩方面的內(nèi)容:一方面是特定的加工語言的部分，另一個方面儲存在長時記憶中的較為普遍的認知資源.大部分的前人研究表示，語言中樞主要位于人腦的左半球，右腦只是部分語言功能的載體.Timothy發(fā)現(xiàn).句子加工中，不單是一個理解過程，也不單是一個腦區(qū)在活動，而是多對多的關(guān)系，多個過程相對應(yīng)會多個腦區(qū)活動.

Fumitaka等表示，句子加工中的語義信息的選擇和整合是由兩個部分參與完成的，分別包括左下前額皮質(zhì)三角部和眶額部［8］.Jonathan有兩個發(fā)現(xiàn)，一是左側(cè)下額皮質(zhì)會有所活動，在被試閱讀句子語法復雜的賓語從句時；而二是前扣帶回和前運動皮質(zhì)這樣額區(qū)被激活的情況一般是句子被快速呈現(xiàn)的時候，這時與語法是否復雜并無關(guān)系［10］.顯示了人們在加工語音時，大量神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)會發(fā)生分離，分別支持句法復雜的加工和以快速呈現(xiàn)的言語.正常被試的語言感受和表達區(qū)同時被激活.

若一國的文化影響力處于中等水平，它在開展文化外交時具備一定的實力基礎(chǔ)，但又不得不面對來自中國的文化逆差。當它對中國文化傳播持有敏感警惕或謹慎平衡的態(tài)度時，只能運用自身的文化影響力進行部分反制，從而形成有限合作的行為；當它對中國文化傳播持有接觸交流或歡迎接納的態(tài)度時，出于維護自身文化主權(quán)的考慮，也同樣傾向于采取有限合作的行為。

國內(nèi)研究者也對漢語句子理解的腦成像進行了大量研究，并從不同角度獲取了各種有價值的研究結(jié)果.高原對使動句的研究發(fā)現(xiàn)，顯性使動句對比隱性使動句的激活腦區(qū)有:右中央前回，右顳下回，前扣帶回.其中前扣帶回與語義加工相關(guān)，而隱性使動句對比顯性使動句激活的腦區(qū)有:左額葉下回，左額葉中回，左額葉上回，左側(cè)下頂葉，前扣帶回，左楔前葉，左后頂葉，右額葉中回、右額葉下回以及右后頂葉.蘇得權(quán)對中國成語的fMRI研究得出，有兩種不同的神經(jīng)活動在漢語的成語的加工過程中.

3.3雙語的功能成像研究

雙語研究中，支持獨立表征理論的學者一般是以腦損傷的病人為被試來進行研究的.Ku等人在對一位漢語為母語，英語為外語的雙語的繼發(fā)性失語癥病人進行研究的過程中發(fā)現(xiàn)，在不同的腦區(qū)分別存儲著不同語言的功能［8］.即在加工兩種語言的時候，分別激活著不同的腦區(qū).來自Moretti等對尾狀核梗塞的腦損傷的病人進行研究，病人掌握的兩門語言是克羅地亞語和意大利語，結(jié)果表明:該病人的母語和第二語言的控制結(jié)構(gòu)是有所不同的.控制母語的結(jié)構(gòu)更多的是皮下結(jié)構(gòu)，而該結(jié)構(gòu)是內(nèi)隱記憶的部位，控制外顯記憶的大腦皮層是控制第二語言的主要部位［9］.更為特殊的一個例子是Leker等人所做的，對一名希伯來語-英語的患者的研究.結(jié)果表示，語言神經(jīng)結(jié)構(gòu)不僅僅存在于左半腦，在另一側(cè)半腦也部分存在并且是相對獨立的系統(tǒng)，不同的閱讀方式中會起到較為主要的作用［10］.

支持重疊理論的學者一般是對正常人進行的研究，他們普遍得出的結(jié)論是，兩種語言表征的腦區(qū)是有重合部位的.Illes等對英語-西班牙語者在閱讀有意義的語句和無意義語句時fMRI的成像，得出結(jié)論，兩個半腦的前額葉均為在語義加工時激活程度比非語義加工時更強烈；并且英語和西班牙語加工時的激活區(qū)域并無差異.因此，英語-西班牙語者對這兩種語言的加工過程被共同的神經(jīng)系統(tǒng)控制［12］.

Kim等在句子加工任務(wù)中，研究了早期雙語者和晚期雙語者的差異.普遍認為，早期雙語者是在嬰兒期就開始接觸第二語言的雙語者，晚期雙語者是在開始學習語言時才開始接觸第二語言的雙語者.結(jié)果發(fā)現(xiàn)，早期雙語者的兩種語言的激活區(qū)域是一致的，晚期雙語者的第一語言和第二語言的加工分別激活了布洛卡區(qū)相鄰的兩個區(qū)域［13］.

4　總結(jié)與展望

功能性核磁共振技術(shù)在醫(yī)學、心理學、語言學等各學科都得到了充分的利用與研究，推動了腦認知科學的進步與發(fā)展.近些年來，隨著我國對認知神經(jīng)研究的重視，各科研機構(gòu)得以引進核磁共振技術(shù)，這對推動認知神經(jīng)科學的發(fā)展以及核磁共振成像技術(shù)的進步起到了重要的作用，使得我國在語言理解方面也做出很大貢獻.隨著這項技術(shù)的不斷改進，其在心理學各領(lǐng)域的研究將會不斷加深，應(yīng)用范圍也將會不斷擴大，核磁共振技術(shù)將會給腦認知科學研究帶來更大的價值.

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R445.2

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1673-260X（2016）07-0060-03

2016-04-09