读音和语义处理中双语被试脑功能的差异研究

李修军，杨菁菁，吴景龙，佟丹

（1.长春理工大学计算机科学技术学院，长春 130022；2.日本冈山大学自然科学研究生院，冈山700-8530；3.吉林大学第一医院放射科，长春 130022）

读音和语义处理中双语被试脑功能的差异研究

李修军1，杨菁菁1，吴景龙2，佟丹3

（1.长春理工大学计算机科学技术学院，长春 130022；2.日本冈山大学自然科学研究生院，冈山700-8530；3.吉林大学第一医院放射科，长春 130022）

利用功能性磁共振成像（fMRI）技术探讨双语被试语义和读音处理时脑活动的差异。实验使用汉语和日语中语义和读音处理相关实验刺激任务，通过两组被试各自判断任务中不同的脑激活情况探讨中日双语和日本人被试在语义和读音处理时脑活动的差异。结果表明对于中日双语被试，中文语义判断任务和中文读音判断任务相减，没有得到差异性脑区，而日文语义判断任务和日文读音判断任务相减得到了二者差异性脑区，主要表现在：右侧额叶前回（BA8/9），左侧纺锤状回（BA37）以及右侧颞叶（BA22/38）；对于日本人被试，日文语义判断任务和日文读音判断任务相减得到二者差异性脑区，主要表现在：左侧颞上回（BA40）和左侧颞叶（BA22）。

双语；语义；读音；功能性核磁共振

语言处理是大脑的高级处理过程，研究大脑的高级处理机制有助于推进人类由机械化到自动化以及智能化的发展。目前语言加工脑机制研究也逐渐的展开，近年来应用行为学及功能性核磁共振技术做了多次关于汉语字形，读音和语义方面的研究，也得到了一些有意义的结果［1-3］。

现实中有大量的双语者存在，其中中英双语者居多，还有中日双语，中俄双语等，那么如何学习好第二外语就成为了一个比较重要的问题，比如小孩在很小的时候就要参加各种外语的学习班，但是成绩却不尽相同，这也让不少家长产生烦恼。那么如何让孩子在短时间内学好第二外语成为当务之急，因此有必要开发相应的学习工具或学习软件提高学生的第二外语学习成绩，也是本研究的意义所在。

根据汉语语音和语义的特性以及日语语音和语义的特性，能否发现中日双语被试和日本人被试在进行语音及语义判断时二者脑功能的差异是近期研究的热门课题。这不但能促进基础脑科学研究的进步，还能探索人类语言加工机制的特殊性和普遍性，并进一步为语言障碍类疾病语言功能恢复机制和康复治疗效果的评估提供理论基础数据。

围绕以上这些问题，近年来诸多国内外语言方面的研究者进行了大量的行为学和认知神经心理学实验［4-7］。得到了一些有意义的结果，随着认知神经科学的发展，近几年来脑电与脑功能成像技术越来越多地用于双语实验的研究。这些技术可以使研究者直接观察到人在完成语言作业时（语音语义判断）大脑的活动状态，包括大脑的时空间的活动状态。本文使用汉语和日语中语义和读音处理相关实验刺激任务，通过两组被试各自判断任务中不同的脑激活情况探讨中日双语和日本人被试在语义和读音处理时脑活动的差异。在进行数据分析的时候，虽然近期有很多用于核磁共振数据分析的软件出现，但还是采用比较稳定的基于MATLAB7.0的SPM5进行数据处理。本实验的创新之处是发现了中国人和日本人处理语义信息时脑功能的差异。

1 实验

1.1 被试

本实验被试分为中日双语被试和母语为日语的被试各15人，中日双语被试为沈阳中国医科大学七年制学生，年龄19-23岁；母语为日语的被试选取了在沈阳中国医科大学的日本籍留学生，年龄20-25岁。所有被试视力听力正常，均为健康被试。

1.2 实验刺激与任务

实验刺激：实验刺激包括两个部分，分别是语义判断（比如高兴+愉快）和读音判断（展开+打开）相关刺激（图1，只给出了中文刺激，日文刺激与其类似）。实验中中日双语被试做中文和日文两种刺激任务，日本人被试只做日文刺激任务。语义和读音刺激各24对。共有48张图片，两个单词之间用一个“+”作为固视点。本实验采用Block实验序列，每个Block里8个刺激，都是相近的刺激，要么是语义刺激要么是读音刺激，每个刺激提示时间是2.5秒，间隔是1.5秒，即一个Block的时间是32秒，Block间隔时间为32秒，每个Block前会有一个Cue刺激用来提示被试接下来要做的实验内容（语义判断或者读音判断）以提高被试的回答正确率，如图2所示，实验证明有Cue刺激要比没有Cue刺激的回答正确率高。

图1 实验刺激

实验任务：在功能性核磁共振实验时要求被试对屏幕中同时出现的两个汉语单词或日语单词的语义或者读音是否相同进行辨别，而且要求被试要在最短的时间内尽量花最少的时间去判断，实验中记录被试的反应时间和正确率两项指标。相同时用左手拇指按1键，不同时用右手拇指按2键。一个session持续时间大约6分钟。加上3D和T1图像总共需要20分钟左右。本次实验做了2个session。

图2 实验程序示意图

1.3 数据采集与分析

数据采集：本实验采用中国医科大学附属盛京医院的Philips Intera Achieva 3.0T超导型MR扫描仪，应用8通道SENSE头线圈，视听觉刺激提示系统为深圳美德公司的SA9900，层厚为3.5mm，TR为2s，TE为30ms。

数据分析：采用基于MATLAB7.0的SPM5进行数据处理，在SPM解析过程中，阈值采用了Uncorrected，P＜0.001。

1.4 实验结果

本实验的fMRI脑成像结果如图3所示，中日双语被试组与日本人被试组进行语义和读音加工判断任务时，均激活了一个由多个脑区组成的汉字语音语义加工处理的脑激活网络，数据分析时将语义和读音任务相减得到差异性脑区。

对于中日双语被试，中文语义判断任务和中文读音判断任务相减，没有得到差异性脑区说明二者没有差异，即在进行中文判断时因为是母语二者没有显著性差异；而日文语义判断任务和日文读音判断任务相减却得到了二者差异性脑区。其中主要包括：右侧额叶前回（BA8，（29，41，23），体积为220voxels）和（BA9，（31，32，26），体积为289voxels），左侧纺锤状回（BA37，（-22，-58，-17），体积为583voxels），右侧颞叶（BA22，（45，6，-3），体积为136voxels）（BA38，（45，6，-5），体积为556voxels）（P＜0.001，Uncorrected），这也是本研究的关键结果，说明二者存在显著性差异。

对于日本人被试，日文语义判断任务和日文读音判断任务相减得到了二者差异性脑区。其中主要包括：左侧颞上回（BA40，（-38，-32，35），体积为758voxels），左侧颞叶（BA22，（-42，-21，30），体积为758voxels）（P＜0.001，Uncorrected）。

图3 实验结果中日双语及日本人被试语义和读音判断时的脑激活的差异情况

2 讨论

对于中国人来说日语作为第二外语比较容易学习已经成为共识，主要是因为日语有着和汉语相似的地方，即同为象形文字，本研究中中日双语被试组和日本人被试组进行语义和读音加工判断任务时，激活的相应脑区和预想结果相似，与以往对第二外语（中英文以及中日文）的功能性核磁共振成像研究结果均相近［6-9］，也证明了语言处理有着特殊的大脑神经网络。

中日双语被试中文语义和读音判断任务相减时没有差异性脑区，说明母语判断过程中没有发现差异性脑区。中日双语被试在进行日文语义和读音判断任务相减时却产生了显著性的差异，主要激活脑区为：右侧额叶前回（BA8/9），左侧纺锤状回（BA37）以及右侧颞叶（BA22/38）。其中右侧额叶前回（BA8/9）为认知功能脑区，本实验主要认为是基础认知中的语义处理脑区，主要是执行了语义判断任务，因此具有很强的激活。左侧纺锤状回（BA37）是纺锤状回，这个脑区是形状处理脑区，可能和汉字形态处理相关，本实验中可以认为在进行语义及读音判断过程中也激活了汉字的字形处理脑区。右侧颞叶（BA22/38）的激活表明其在语义加工过程中具有理解看到的符号和文字意义的功能，具体应该是在语义判断和读音判断任务相减时二者有显著性差异，这几个脑区合并一起为Wernicke区，Wernicke区一样是公认的语音语义处理脑区［10，13］。

母语为日语的日本人被试进行语义和读音判断任务时，激活的脑神经网络为：左侧颞上回（BA40）以及左侧颞叶（BA22）。其中BA40是后顶叶脑区，顶叶脑区的主要功能是视觉以及冲突的判断，尤其是关于语言的判断，本实验主要是语义判断和读音判断，二者任务相减后得到了此脑区的激活说明语义判断时此脑区有较强的激活。BA22也叫威尔尼克区，威尔尼克区是一个语言听觉中枢，如果该脑区造成损伤将会引起听觉失语症。这是一种语言失认症。主要出现语音辨别丧失，导致感觉性失语症和听觉记忆的丧失。说话时，语音与语法均正常，不能分辨语音和理解语义［11-16］，临床上经常可见。母语为日语的日本人被试在进行语义和读音判断时激活以上两个脑区与以往的研究相符。

结果说明中日双语被试组和母语为日语的日本人被试组进行语义和读音判断时脑功能存在明显的差异。由此可见，语言类型及语系与双语的脑机制之间存在复杂的关系，比如本研究中的汉语和日语。虽然属于同一语系，假想结果是二者不存在差异，但是在进行第二外语测试时还是有不同的大脑激活结果，在语义和读音判断时都存在不同的脑活动的激活。这些基础性的研究结果能为语言障碍类疾病语言功能恢复机制和康复治疗效果的评估提供理论基础数据。

3 结论

结果表明，对于中日双语被试，中文语义判断任务和中文读音判断任务相减，没有得到差异性脑区，而日文语义判断任务和日文读音判断任务相减得到了二者差异性脑区：右侧额叶前回（BA8/9），左侧纺锤状回（BA37）以及右侧颞叶（BA22/38）；对于日本人被试，日文语义判断任务和日文读音判断任务相减得到二者差异性脑区：左侧颞上回（BA40）和左侧颞叶（BA22）。

［1］李修军，郭启勇，吴景龙.中日-日中双语被试在第二外语语义处理时脑活动差异的fMRI研究［J］.长春理工大学学报：自然科学版，2015，38（4）：107-110.

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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

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