晚期高熟练度汉英双语者名动加工的fMRI研究

王 涛　杨亦鸣

(南京师范大学，南京210046/曲阜师范大学，曲阜273165；江苏师范大学，徐州221116/江苏省语言能力协同创新中心，徐州221116)

1　前言

随着社会的发展，掌握一门外语已然成为一种重要而迫切的能力。认知神经科学关注双语者表征和控制两种语言系统的方式，这是双语研究的核心问题(Costa, Gallés 2014:336)。名词和动词是心理词典中最重要的两类词汇，因此，名词和动词的认知加工研究成为探究双语词汇表征的重要观察窗口。

对单语名词和动词加工的神经机制的大量研究表明，名词和动词的加工有着不同的神经基础(孙崇飞 张辉 2017：60-66)。对失语症者的研究发现，大脑损伤会选择性影响名词和动词的产出和理解能力(Shapiro, Caramazza 2009:79)。Caramazza和Hillis通过研究英语脑损伤者发现，左侧颞叶损伤者表现为名词加工困难，而左侧额叶损伤者表现出动词加工的困难(Caramazza, Hillis 1991:788)。前人对不同语言背景的脑损伤者的研究都普遍得出相似结论，包括西班牙语和加泰罗语失语症者(Hernández et al. 2007:285, 2008:68)、希腊语失语症者(Tsapkini et al. 2002:265, Kambanaros 2008:1)、意大利语失语症者(Miceli et al. 1984:207)以及汉语失语症者(Bates et al. 1991:203)。对正常人进行的神经影像学研究得出和失语症者研究相似的结论，动词的加工主要激活前额叶和额叶区，而名词的加工在颞叶中部和后部有更大激活。对英语、德语、荷兰语、意大利语以及日语的研究都得出相同结论。刘涛等(2008:671)运用ERP技术，在语法语境下对汉语名词和动词加工的研究表明，汉语名词和动词具有不同的神经表征，名词和动词的语法功能在汉语名词和动词分离中起重要作用。

国外双语研究多以一、二语均为印欧语的双语者为研究对象，关于双语词汇表征的神经基础主要有两种观点。一种观点认为，一语和二语词汇加工具有共同的神经基础。例如，Klein等(1994:2295, 1995:2899)对英法双语者的研究发现，一语和二语词汇产出的神经基础几乎完全重叠，唯一的区别是左半球壳核，该部分只在二语词汇产出时有激活。还有研究表明，一语和二语加工的神经基础没有差异(Chee et al. 1999:3050, Klein et al. 1999:2841, Pu et al. 2001:643, Hernandez et al. 2001:510)。另一种观点认为，一语和二语词汇加工的神经基础不同。有研究发现：二语的词汇产出相比一语词汇产出在额叶有更大的激活，左半球额叶尤为显著。如果二语熟练度偏低，这种激活就更加明显(Yetkin et al. 1996:473)。还有研究发现，与一语词汇加工相比，二语词汇加工在额叶，包括布洛卡区有显著激活(Vingerhoets et al. 2003:2181)。De Bleser等(2003:439)发现，相对于一语，二语加工额外激活了额下回的BA44和BA47区。还有研究采用同样任务，但发现二语加工相比一语激活了右半球脑岛、前扣带回、背外侧前额皮层和左半球梭状回(Hernandez, Meschyan 2006:177)。Willms等(2011:251)以高熟练度西班牙语—英语双语者为被试，采用发声词汇产出任务，研究发现无论是一语还是二语，动词加工都诱发比名词加工更大的脑区激活。这一结果与Hernández等(2007:285)对加泰罗语—西班牙语双语者的研究结论相一致。

与印欧语相比，汉英两种语言之间差异较大，研究汉英双语词汇表征为探究语言类型差异是否对双语表征产生影响提供最好的观察窗口。虽然已有学者开始关注这一问题，但是现有研究较少。Chan等(2008:30)以高熟练度汉英双语者为被试，采用词汇判断任务研究发现，被试对汉语名词和动词的加工在脑区激活上不存在差异，但是，在英语条件下则差异明显：英语动词的加工比名词的加工在左半球壳核、小脑和右侧视觉皮层都有明显激活。虽然与 Li等(2004:1533)的研究结果一致，Yang等(2011:674)也发现，汉英双语者汉语动词和名词的加工在激活脑区上没有差异，但他们同时还发现，汉语双语者的英语名词和英语动词加工在脑区激活上也没有区别。这些结论并不统一，与印欧双语研究的结论也存有差异。

这些数量有限的研究主要以词汇理解和语义判断作为加工任务，而这种任务难以反映词汇加工的全部心理过程，因此不能简单将所得结论与印欧双语研究的发现相比较，更不能依据目前的研究发现对语言类型差异是否影响双语词汇表征下定论。目前的研究发现尚不能揭示双语词汇表征的普遍神经机制。

功能性磁共振成像(fMRI)是一种新兴的神经影像学方式，其原理是利用磁振造影测量神经元活动引发的血液动力的改变。该技术有毫秒级的空间分辨率，在神经语言学研究领域被用来实时在线记录语言加工时的大脑激活情况。本研究拟采用与先前印欧双语研究相同的词汇产出任务对汉英双语词汇表征进行fMRI研究，揭示汉英双语词汇表征的神经基础，检验前人对印欧双语研究的结论，尝试为揭示双语表征的普遍神经机制提供新的证据。

2　材料与方法

2.1 被试

18名英语专业在校大学生参加本实验，其中8名男生，10名女生。被试开始学习英语的年龄均在十岁左右(平均10.6岁)。采用在二语神经影像学研究中常用的Quick Placement Tests(QPT)(Plia-tsikaset al. 2015:1334)测评被试的二语熟练度，测试标准共分5级(5级最高，1级最低，测试结果达到4级或以上即可认定为高熟练度双语者)，被试成绩均达到5级，为高熟练度被试(平均QPT得分85.7%，sd=11.12%)。此外，对被试进行详细语言历史问卷调查(Li et al. 2006:202)并在此基础上采用7度量表(最低为1，最高为7)要求被试对本人二语的听(平均5.89，sd=1.40)、说(平均5.77，sd=0.90)、读(平均6.25，sd=1.01)、写(平均5.89，sd=0.93)4种能力自评。总之，实验被试的二语熟练度达到标准要求，为晚期继时性高熟练度汉英双语者。实验前使用爱丁堡利手测验表(Edinburgh Handness Inventory)对被试进行利手测试，均为右利手。被试视力或矫正视力均正常，无语言障碍或其它神经系统性疾病。实验得到江苏省语言与认知神经科学重点实验室伦理委员会许可，实验前与被试签订知情同意书，实验后付予被试适当报酬。

2.2 实验材料

实验语料为黑白线条图片，共240幅(语料选自Snodgrass, Vanderwart 1980:174；Bates et al. 2003:344)，其中名词120幅(汉语、英语命名各60幅)，动词120幅(汉语、英语命名各60幅)。所选图片均为生活中常见物体，其对应的汉、英词汇均为常用高频词，图名一致性高。每幅图片底部嵌入汉语“名字”“动作”或英语name，action. 为避免重复效应，所用图片均不重复出现。

2.3 实验设计

实验刺激采用组块设计(block design)呈现，实验共分4组，分别为汉语名词命名、英语名词命名、汉语动词命名和英语动词命名。每组实验包括6个组块，每个组块10个trial.图片呈现时间1000ms，命名时间2000ms。每个任务组块扫描时间为30s，随后屏幕上呈现“+”，要求被试注视并等待下一任务组块呈现，扫描时间同样为30s，以此作为基线。被试头部衬垫海绵固定，平躺于磁共振扫描仪内，通过额上反光镜观察屏幕上呈现的刺激图片，在尽可能控制头动的前提下进行发声命名。4组实验在被试之间做平衡(counterba-lanced)。行为数据在实验结束一个月之后采集。

2.4 数据采集

实验利用江苏师范大学语言科学与神经认知工程重点实验室的GE 750 3.0T磁共振扫描仪，采集覆盖全脑的功能像和结构像。功能像的扫描序列是T2加权的EPI序列，具体参数为：TR=3000ms，TE=30ms，FA=90°，FOV=200×200mm，matrix size=64×64，层厚为4mm。

2.5 数据分析

运用Matlab平台下运行的SPM8脑功能成像专业分析软件进行图像空间预处理，校准头部运动，删除一名头动超过1.0mm的被试的数据，将所有平均图像和断层图像归一化(Montreal Neurological Institute)到标准脑坐标系统。得到17人的有效数据。数据分析时首先进行单样本分析。运用血流动力学函数对设计矩阵卷积，然后利用广义线性模型计算汉语名词相对于英语名词的对比激活图，以及英语名词相对于英语动词的对比激活图。每组结果采用随机效应模型的单样本t检验进行多样本数据分析，采用p<0.05(矫正后)阈值水平对结果显示。应用MRIcroN绘制脑激活图和平面剖图。

3　结果

3.1 行为实验结果

17名被试4类语料的平均错误率为：汉语名词的平均错误率为1.216%±0.643%，汉语动词的平均错误率为1.412%±0.548%，英语名词的平均错误率为1.752%±0.435%，英语动词的平均错误率为1.843%±0.491%。对汉语名词和动词的错误率进行配对样本T检验，结果发现两者没有显著性差异t=-1.088，df=59，p=0.065；英语名词和动词之间配对样本T检验的结果表明，两者之间也没有显著性差异t=-1.228,df=59,p=0.224。以上结果表明，就词汇层面而言，被试的二语达到一语同等熟练度水平。

3.2 fMRI结果

fMRI的成像结果如下：

各任务间的直接对比结果如表1所示。

表1　各任务间直接对比结果

注：CN:汉语名词，CV：汉语动词，EN：英语名词，EV：英语动词

4　讨论

4.1 词类间结果的比较

本研究运用fMRI技术研究汉英双语者名词和动词产出加工的神经机制。从词类比较看，研究结果支持名词和动词加工具有不同神经基础的观点。对汉英双语者来讲，无论是一语还是二语，名词和动词的表征都存在差异。这与Chan等(2008:30)、Li等(2004:1533)以及Yang等(2011:674)的研究结论迥异。正如前文所述，实验设计对实验结果产生重要影响。以上3项研究采用词汇判断任务，这种设计与要求被试发声产出词汇的设计之间，最大差别在于前者省掉词汇提取的最后一环，即输出语音形式，由此可能导致不能充分评估词汇加工的神经活动。

本研究发现，动词的加工相比名词加工，都有更大范围的脑区激活。总体趋势与Willms等人的研究结果相似，但具体激活脑区存在差异。Willms等(2011:251)发现西班牙语—英语双语者两种语言的动词加工相比名词加工激活相同的脑区，左颞中回、左额中回、前辅助运动区以及右枕中回4个脑区在动词加工中相比名词激活更大。本研究发现，汉英双语者两种语言动词产出均比名词产出有更大的脑区激活，其中左颞中回、右颞中回为共同激活脑区，汉语条件下还激活左额下回和右枕上回，英语条件还激活左半球楔前叶。关于左颞中回，前人采用不同实验任务均发现该脑区与动词加工(相比名词加工)相关，包括语义判断任务(Bedny et al. 2008:1134)、语法判断任务(Burton et al. 2009:148)、词汇判断任务(Liljeström et al. 2008:1132)以及图片命名和形态句法任务(Shapiro et al. 2006:1644)。此外，前人研究还发现，不仅英语，其它语言词汇加工的结果均表明，这一脑区与动词加工关系紧密。其中包括希伯来语(Palti et al. 2007:303)、意大利语(Perani et al. 1999:2337)、德语(Khader et al. 2010:122)、芬兰语(Liljeström et al. 2008:1132)。对脑损伤者的研究也发现，左颞中回的损伤会导致动词加工受损程度远远大于名词(Tranel et al. 2001:655, Aggujaro et al. 2006:174)。左半球楔前叶，这一脑区被认为与词汇的创造性联想有关(Chen et al. 2015:441)。Honey等(2002:573)则发现，左额下回是额下—顶后这一词汇工作记忆网络的组成部分。

综上，双语者名动表征相分离，这种分离具有普遍的神经基础，左颞中回是与动词加工(相比名词加工)紧密相关的脑区，汉英双语者名动的分离又有其特殊的神经基础，这可能是受双语语言类型差异的影响而产生。

4.2 语言间结果的比较

汉语名词产出加工与英语名词产出加工相比，大脑在这些脑区有明显激活：右半球额上回、右半球额中回、右半球顶下小叶、左半球颞上回、左半球颞上回、左半球丘脑、右半球海马旁回、右半球外核、左侧胼胝体、左半球颞中回、右半球中央旁小叶、右半球中央后回、左半球中央前回、左半球颞横回、左半球外核和左半球海马旁回。汉语动词产出加工与英语动词产出加工相比，大脑在这些脑区有显著激活：左半球额颞间隙、左半球额上回、左半球额下回、右半球颞上回和左半球额内侧回。尽管我们的测查显示被试的二语在词汇加工层面已达到与一语相同的熟练度水平，但一语作为优势语言，其加工却诱发相比二语加工更大的脑区激活。

语言加工不能脱离其它高级认知功能，如决策、工作记忆和抑制等。语言间的对比结果表明，汉语名词产出相比英语名词产出激活更大的脑区，其中包括额叶、颞叶、海马和丘脑等脑区。其中，左半球额下回与语义选择的认知控制相关。海马长期以来一直被认为与记忆有关，最新的研究表明，海马同样是语言加工网络上的重要组成部分(Covington, Duff 2016:869)。现有证据表明，大脑决策的神经基础包括眶额叶皮层、前扣带回和背外侧前额皮层，而丘脑、杏仁核和小脑是重要的辅助结构(Broche-Pérez et al. 2015:333)。右侧额下回则与反应抑制控制有关(Hughes et al. 2013:205)。大量研究表明，左右半球额上回均与工作记忆密切相关(Braver et al. 1997:49, Du Boisgueheneuc et al. 2006:3315, Owen et al. 2005:46)。顶下叶也是与语言、注意以及行为功能密切相关的脑区(Caspers et al. 2010:1148, Iacoboni 2005:77)。大量研究发现，左半球顶下叶与语义和语音加工密切相关(Price 2012:816, Vigneau et al. 2006:1414)，与词汇的短时记忆有关(Wise et al. 1991:1803; Zatorre, Gjedde 1992:846)。

Best认为，激活心理词汇的过程是提取心理词汇的关键(Best 1998：30)。根据扩展激活模型(Spreading Activation Model)，词汇在心理词典中以网络形式表征，概念之间通过语义联系组织在一起，词汇加工过程如电网一样，一个概念一旦被加工，该节点就会激活，并随之向相连节点扩散。汉语为本研究被试的优势语言，因此汉语词汇提取，无论名词还是动词，都会有更多的节点被激活，这就须要动用更大的神经认知资源，确保提取正确的概念，抑制干扰信息，并产出正确的语音形式。因此，相比英语词汇产出，汉语词汇产出产生更大的脑区激活，而这些脑区的功能也印证激活扩展模型的解释力。相比动词，名词的概念表征更容易加工，因此会激活比动词更多的节点，须要动用更多的认知资源才能完成词汇生成过程。

5　结束语

本文对汉英双语者名词和动词加工的fMRI研究发现，名词和动词在双语者一语和二语中的表征都是分离的，这与前人对印欧双语者研究的结论相一致；左侧颞中回是双语动词表征的普遍神经基础；汉英双语的词汇表征与印欧双语词汇表征存在差异，这种差异可能是由于双语类型差异产生，当然还需更多的研究加以检验。高熟练度汉英双语者在词汇产出时，一语比二语激活更大的脑区。

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