人腦如何處理語(yǔ)言

丁國(guó)盛

語(yǔ)言是人類(lèi)大腦的一種獨(dú)特功能。盡管動(dòng)物之間也能通過(guò)特定的方式相互交流，如鳥(niǎo)類(lèi)的鳴叫、蜜蜂的舞蹈等，但就其表達(dá)意義的豐富性和表達(dá)形式的復(fù)雜性而言，動(dòng)物的“語(yǔ)言”與人類(lèi)語(yǔ)言無(wú)法相提并論。研究者們相信，自然進(jìn)化使人類(lèi)的大腦具備了處理語(yǔ)言的獨(dú)特能力，并稱(chēng)之為“l(fā)anguage-ready brain”（準(zhǔn)備好處理語(yǔ)言的腦）。換句話說(shuō)，就學(xué)習(xí)語(yǔ)言而言，人類(lèi)嬰兒和動(dòng)物幼崽的大腦在出生時(shí)就有著天然的差異。這可以解釋為什么在合適的語(yǔ)言環(huán)境中，人類(lèi)幼兒可以輕松學(xué)習(xí)一門(mén)或多門(mén)語(yǔ)言，而動(dòng)物則不能。

人腦是如何處理語(yǔ)言的呢？回答這個(gè)問(wèn)題并不容易，原因是人腦在頭蓋骨中，其內(nèi)部發(fā)生的過(guò)程無(wú)法直接觀察。直到19世紀(jì)下半葉，人們對(duì)這個(gè)問(wèn)題才有了一些初步的認(rèn)識(shí)。

早期認(rèn)識(shí)：基于腦損傷病人的發(fā)現(xiàn)

大約160年前，法國(guó)著名外科醫(yī)生布洛卡（Paul Broca）首先報(bào)道了一例失語(yǔ)癥患者。該患者除了能發(fā)“tan”這個(gè)音之外，不能清晰發(fā)出任何其他的語(yǔ)音，但理解語(yǔ)言沒(méi)有問(wèn)題?；颊呷ナ篮?，布洛卡對(duì)他進(jìn)行了尸體解剖，發(fā)現(xiàn)他的左側(cè)額下回后部的腦區(qū)發(fā)生了萎縮。之后布洛卡又搜集了十幾例類(lèi)似的失語(yǔ)癥患者的尸體解剖證據(jù)，發(fā)現(xiàn)發(fā)生病變的腦區(qū)差不多都在相同的部位。因此他得出結(jié)論，人類(lèi)的語(yǔ)言產(chǎn)出與這個(gè)腦區(qū)密切關(guān)聯(lián)，之后該腦區(qū)被命名為“布洛卡區(qū)”。

十幾年后，德國(guó)神經(jīng)科學(xué)家卡爾·威爾尼克（Carl Wernicke）報(bào)告了另一個(gè)重要的大腦語(yǔ)言功能區(qū)——威爾尼克區(qū)。威爾尼克區(qū)位于左側(cè)顳上回的后部，該腦區(qū)的損傷會(huì)導(dǎo)致病人的聽(tīng)覺(jué)語(yǔ)言理解困難，無(wú)法聽(tīng)懂別人說(shuō)話的意思，但語(yǔ)言產(chǎn)生能力沒(méi)有受到明顯的影響。之后研究者發(fā)現(xiàn)，位于顳頂交界的角回出現(xiàn)損傷時(shí)，會(huì)出現(xiàn)“詞盲”的現(xiàn)象，即基本視覺(jué)能力沒(méi)有問(wèn)題，但無(wú)法正確讀出單詞的現(xiàn)象。這意味著，這個(gè)腦區(qū)在從詞形到讀音的轉(zhuǎn)換中扮演了重要角色。

總之，早期揭示人腦與語(yǔ)言關(guān)系的證據(jù)主要依賴(lài)對(duì)腦損傷病人的觀察。美國(guó)行為神經(jīng)學(xué)家諾曼·格施溫德（Norman Geschwind）總結(jié)了前人的研究，描述了大腦進(jìn)行口語(yǔ)加工和閱讀的具體過(guò)程（圖1為示意圖）。在口語(yǔ)理解和產(chǎn)生中（例如：復(fù)述別人的一段話），聲音信息首先傳遞到大腦顳葉的顳橫回（又叫赫氏回），這個(gè)區(qū)域被稱(chēng)為初級(jí)聽(tīng)覺(jué)皮層，接受來(lái)自聽(tīng)覺(jué)器官的神經(jīng)信號(hào)。然后神經(jīng)信號(hào)進(jìn)一步傳遞到威爾尼克區(qū)，在這兒完成對(duì)聲音信息的理解過(guò)程。之后，神經(jīng)信號(hào)沿弓形束傳遞到額葉的布洛卡區(qū)，在這兒完成發(fā)音的編碼工作。弓形束是連接布洛卡區(qū)和威爾尼克區(qū)的神經(jīng)白質(zhì)纖維束，在語(yǔ)言處理中扮演著重要角色。布洛卡區(qū)完成語(yǔ)音的發(fā)音編碼后，神經(jīng)信號(hào)進(jìn)一步傳遞到中央前回，負(fù)責(zé)支配發(fā)音器官工作的運(yùn)動(dòng)皮層。然后由運(yùn)動(dòng)皮層發(fā)出指令，指揮口部發(fā)音器官發(fā)出相應(yīng)的語(yǔ)音。這樣，從聽(tīng)到和理解別人的語(yǔ)音，到發(fā)出自己語(yǔ)音的過(guò)程就完成了（圖1A）。

閱讀過(guò)程與口語(yǔ)加工過(guò)程有相同的神經(jīng)信號(hào)傳遞過(guò)程，也有不同的過(guò)程。與口語(yǔ)加工不同，在閱讀過(guò)程中，文字信息首先傳遞到位于大腦后部枕葉的視覺(jué)皮層，然后再傳遞到角回，完成從詞形到語(yǔ)音的轉(zhuǎn)換。之后由角回傳遞到威爾尼克區(qū)，再沿弓形束到布洛卡區(qū)及運(yùn)動(dòng)皮層。后面這一部分神經(jīng)過(guò)程，就與口語(yǔ)加工相同了（圖1B）?？傊袷氐虑逦孛枋隽藘煞N基本的語(yǔ)言處理形式——口語(yǔ)加工和閱讀在大腦中是如何完成的，為后人理解大腦如何處理語(yǔ)言奠定了良好的基礎(chǔ)。

現(xiàn)代認(rèn)識(shí)：基于腦成像技術(shù)的新進(jìn)展

自20紀(jì)80年代之后，人們開(kāi)始采用一類(lèi)被稱(chēng)為“腦成像”（brain imaging）的新技術(shù)來(lái)研究人腦如何處理語(yǔ)言，大大擴(kuò)展和深化了對(duì)這個(gè)領(lǐng)域的認(rèn)識(shí)。常用的腦成像技術(shù)包括功能磁共振（fMRI）、正電子斷層發(fā)射掃描（PET）、腦磁圖（MEG）等。這類(lèi)技術(shù)有一個(gè)共同的優(yōu)勢(shì)：可以在無(wú)損傷的條件下，觀察正常的人腦是如何工作的。借助于腦成像技術(shù)，人們對(duì)人類(lèi)如何處理語(yǔ)言的認(rèn)識(shí)已經(jīng)有了很大的不同。概括起來(lái)，主要包括以下方面：

首先，參與語(yǔ)言處理的腦區(qū)并不限于像布洛卡區(qū)、威爾尼克區(qū)和角回這幾個(gè)關(guān)鍵腦區(qū)，而是有廣泛的腦區(qū)參與。英國(guó)倫敦學(xué)院大學(xué)的認(rèn)知神經(jīng)系統(tǒng)科學(xué)家凱西·普萊斯（Cathy J. Price）對(duì)近30年的語(yǔ)言腦成像研究進(jìn)行了總結(jié)，發(fā)現(xiàn)除了布洛卡區(qū)、威爾尼克區(qū)和角回等經(jīng)典語(yǔ)言區(qū)之外，還有其他眾多腦區(qū)也參與語(yǔ)言處理，包括緣上回、顳中回、額中回等。除了左側(cè)大腦，右側(cè)大腦的不少區(qū)域，以及小腦、丘腦、基底節(jié)等皮層下腦組織也參與了語(yǔ)言加工（詳見(jiàn)圖2）。而且，這些腦區(qū)中也不乏負(fù)責(zé)感知覺(jué)、運(yùn)動(dòng)等基本生理功能的腦區(qū)。這些腦組織還存在一定的分工，在語(yǔ)言處理中擔(dān)負(fù)了不同的作用。

由此可見(jiàn)，大腦處理語(yǔ)言的工作機(jī)制遠(yuǎn)比最初想象的要復(fù)雜得多，而且語(yǔ)言功能的發(fā)展也建立在感知覺(jué)、運(yùn)動(dòng)等基本生理功能的基礎(chǔ)上。因此，發(fā)展好語(yǔ)言功能需要以豐富的感知覺(jué)、運(yùn)動(dòng)經(jīng)驗(yàn)為基礎(chǔ)。

其次，參與語(yǔ)言處理的這些腦區(qū)并不是獨(dú)立工作的，而是相互組織起來(lái)，形成了用于處理語(yǔ)言的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。而且這個(gè)網(wǎng)絡(luò)還可以進(jìn)一步區(qū)分為不同的子網(wǎng)絡(luò)，分別處理不同類(lèi)型的信息。法國(guó)認(rèn)知神經(jīng)科學(xué)家斯坦尼斯拉斯·迪昂（Stanislas Dehaene）描繪了一張大腦中如何進(jìn)行閱讀的示意圖（圖3），來(lái)說(shuō)明參與閱讀過(guò)程的相關(guān)腦區(qū)是如何組織的。如圖3所示，這些參與語(yǔ)言的眾多腦區(qū)相互聯(lián)系，形成了一個(gè)網(wǎng)絡(luò)。這個(gè)網(wǎng)絡(luò)中包括語(yǔ)音子網(wǎng)絡(luò)（橙色），負(fù)責(zé)處理語(yǔ)音識(shí)別和語(yǔ)音產(chǎn)生等工作;語(yǔ)義子網(wǎng)絡(luò)（綠色），負(fù)責(zé)語(yǔ)義理解。除此之外，大腦腹側(cè)枕顳區(qū)（即梭狀回中部）在文字處理中非常重要，被稱(chēng)作“視覺(jué)詞形區(qū)”（紅色）。另外，圖3中也顯示了詞（字）形輸入會(huì)首先激活的枕葉區(qū)（藍(lán)色），以及負(fù)責(zé)注意功能的后頂葉區(qū)?？傊?，相關(guān)腦區(qū)組織成不同的信息處理網(wǎng)絡(luò)，來(lái)處理不同方面的語(yǔ)言信息。當(dāng)然，不同的子網(wǎng)絡(luò)之間并非相互隔離的，而是存在復(fù)雜的相互作用和相互影響，是以一個(gè)整體的語(yǔ)言神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)發(fā)揮作用。這個(gè)網(wǎng)絡(luò)的形成并有效地發(fā)揮作用，離不開(kāi)大量的學(xué)習(xí)和練習(xí)。

再次，神經(jīng)信息在大腦中的傳遞也不是單向的，而是多向交互的。在語(yǔ)言處理的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)中，某一個(gè)腦區(qū)既接受來(lái)自多個(gè)其他腦區(qū)的神經(jīng)信號(hào)，也向多個(gè)腦區(qū)發(fā)送信號(hào)。而且信號(hào)的傳遞也不是一次性完成的，而是在不同腦區(qū)間多次往返。很多時(shí)候，多個(gè)腦區(qū)會(huì)同時(shí)活躍，并引起其他腦區(qū)的相繼活躍。這種現(xiàn)象被稱(chēng)為網(wǎng)絡(luò)振蕩。總之，大腦處理語(yǔ)言的工作方式如同一支交響樂(lè)隊(duì)，不同的腦區(qū)既分工又合作。有的腦區(qū)（像布洛卡區(qū)）發(fā)揮更關(guān)鍵的作用，所以在語(yǔ)言處理中可能持續(xù)保持活躍，有些腦區(qū)則隨著加工進(jìn)程而加入和退出。但一曲和諧的奏章，離不開(kāi)每一種樂(lè)器適時(shí)而恰當(dāng)?shù)匕l(fā)揮其作用。

展望與啟發(fā)

關(guān)于大腦如何處理語(yǔ)言的研究，至今仍是認(rèn)知神經(jīng)科學(xué)領(lǐng)域的熱門(mén)。一方面，語(yǔ)言處理可以進(jìn)一步分解為不同的通道（如視覺(jué)、聽(tīng)覺(jué)）、不同的層次（如字、詞、句、篇）和不同的方面（如字形、語(yǔ)音、語(yǔ)義、句法等），有著豐富的探索空間;另一方面，研究設(shè)備和儀器不斷升級(jí)，數(shù)據(jù)分析技術(shù)日新月異，相關(guān)領(lǐng)域如數(shù)學(xué)、信息科學(xué)、人工智能等學(xué)科的新進(jìn)展也不斷引入語(yǔ)言腦機(jī)制的前沿研究。這些因素都推動(dòng)了該領(lǐng)域的興旺和發(fā)展。2019年10月4日，頂級(jí)學(xué)術(shù)期刊《科學(xué)》（Science）刊發(fā)了以“語(yǔ)言和腦”（Language and the brain）為主題的特刊，內(nèi)容涵蓋了語(yǔ)音學(xué)習(xí)的進(jìn)化、句篇加工、句法與語(yǔ)義整合、從口語(yǔ)加工到社會(huì)交往等諸多領(lǐng)域。無(wú)獨(dú)有偶，2020年4月20日，另一頂級(jí)期刊《自然神經(jīng)科學(xué)》（Nature neuroscience）也發(fā)表了一篇考察人類(lèi)語(yǔ)言功能的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)——弓形束進(jìn)化的文章，對(duì)猴子、類(lèi)人猿及人類(lèi)由聽(tīng)覺(jué)皮層發(fā)出的白質(zhì)纖維特征進(jìn)行了比較，為揭示大腦弓形束的起源和進(jìn)化過(guò)程提供了證據(jù)。這些文章的發(fā)表也說(shuō)明這個(gè)領(lǐng)域的研究正方興未艾。隨著研究技術(shù)的發(fā)展和研究層次的深入，人們對(duì)這個(gè)問(wèn)題的認(rèn)識(shí)還會(huì)不斷深入。

人腦如何處理語(yǔ)言的相關(guān)研究也為語(yǔ)言教學(xué)和教育提供了啟發(fā)。比如，口語(yǔ)加工及閱讀過(guò)程依賴(lài)一個(gè)復(fù)雜而高效的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，這個(gè)網(wǎng)絡(luò)需要經(jīng)過(guò)大量的學(xué)習(xí)和練習(xí)才能發(fā)展起來(lái)。因此，充分的學(xué)習(xí)和不斷的練習(xí)是必要的。另外，口語(yǔ)或閱讀技能的不足可能是語(yǔ)言網(wǎng)絡(luò)的某些部分或子網(wǎng)絡(luò)存在缺陷，進(jìn)行細(xì)致的診斷和有針對(duì)性的訓(xùn)練能起到更好的效果。