李修軍，郭啟勇，吳景龍

（1.長春理工大學 計算機科學技術(shù)學院，長春 130022；2.中國醫(yī)科大學附屬盛京醫(yī)院 放射科，沈陽 110004；3.日本岡山大學 自然科學研究生院，岡山 700-8530）

語言是人腦特有的高級功能，是人類信息傳遞的主要工具。不僅能夠在正常情況下順利地掌握和使用母語，而且在一定條件下還能夠?qū)W會兩種甚至多種語言。目前，應(yīng)用功能磁共振研究語言加工腦機制一直是應(yīng)用語言學和認知神經(jīng)科學的熱點問題和前沿研究。尤其像是對漢語-英語第二外語的研究已經(jīng)取得了部分成果［1-3］。

功能磁共振成像技術(shù)能對大腦的結(jié)構(gòu)和活動狀態(tài)進行成像，進而輔助醫(yī)療診斷的設(shè)備，和其他手段相比，比如腦電（ERP，Event-Related Potentials）等，具有高空間解像度的優(yōu)勢，能達到毫秒級。本實驗采用功能磁共振成像技術(shù)探討中日和日中第二外語語義加工腦機制之間的差異。

如果一個人能熟練地掌握或使用兩種或兩種以上的語言，稱為雙語者或者多語者。本研究使用的被試均為雙語者，一種是學過日語的中國人（中日雙語），另一種是學習過漢語的日本人被試（日中雙語）。根據(jù)不同語言的特性，不同語言有不同的表現(xiàn)形式，比如漢語是象形文字，表現(xiàn)為圖形，英語為字符文字，表現(xiàn)為字母。日語和漢語類似，和漢語屬于同一語系，認為會有相同的大腦激活。但雙語者兩種語言形式具體有哪些大腦激活以及他們之間怎樣相互轉(zhuǎn)換的問題是認知心理學和認知神經(jīng)科學有關(guān)雙語研究的熱門課題。由此，近年來國內(nèi)外眾多研究者圍繞著這一科研課題進行了大量的行為學實驗和腦神經(jīng)影像學的研究［4-7］，得到了一些科研成果。

Tan等人用第二外語是英語的大學生和母語為英語的被試研究了母語和第二外語腦功能的差異并確定了部分第二外語的特有腦區(qū)［1］。但是英語為字符語言，漢字為象形文字，二者之間形態(tài)上存在很大的差異，為不同的語系。日語和漢語是比較接近的兩種語言系統(tǒng)，均為方塊字結(jié)構(gòu)，作為第二外語它們之間在進行語義判斷時腦活動是否存在差異，本實驗將利用中日雙語和日中雙語兩種被試，使用中文語義判斷任務(wù)和日文語義判斷任務(wù)對此內(nèi)容做深入的研究。

1 實驗

1.1 被試

中日雙語被試15人，均為沈陽中國醫(yī)科大學七年制學生；日中雙語被試15人，均為在沈陽中國醫(yī)科大學的日本籍留學生。所有被試均進行過漢語水平測試，身體健康，經(jīng)常使用右利手，經(jīng)過測試視力聽力正常。所有被試在實驗前均簽署了由中國醫(yī)科大學制定的《知情同意書》。

1.2 實驗設(shè)計

本實驗采用2×2的兩因素混合實驗設(shè)計。第一個因素：被試組間變量，一個是中日雙語被試組，另一個是日中雙語被試組；第二個因素：材料組內(nèi)變量，一個是中文語義判斷，另一個是日文語義判斷。數(shù)據(jù)分析時，由組內(nèi)變量之間做差，然后再比較組間變量之間的差異，進而得到兩組被試之間的差異。

1.3 實驗材料

實驗刺激分為兩種：中文語義相關(guān)刺激和日文語義相關(guān)刺激，如圖1中給出了日文刺激，中文刺激類似。兩種刺激分別根據(jù)語義配對成相同組和不同組，各24對，如高興-快樂為相同組，高興-悲傷為不同組。共組成48張圖片，圖片像素為245×245，顯示器分辨率為1024×768，實驗中使用8度為視角。兩個單詞之間用一個“+”作為固視點，漢字以黑底白圖的形式呈現(xiàn)在屏幕上。

圖1 實驗刺激

1.4 實驗任務(wù)

在功能性核磁共振實驗時，實驗刺激通過反光鏡折射至被試眼部。在進行序列掃描時要求被試對屏幕中同時出現(xiàn)的兩個漢語單詞或日語單詞的語義是否相同進行辨別，相同時用左手拇指按鍵，不同時用右手拇指按鍵。刺激均隨機出現(xiàn)。刺激呈現(xiàn)時間均為2.5s，間隔時間為1.5s。間隔的時候只提示注視點“+”。一共48個刺激，大約6分鐘，如圖2所示，圖中只給出了日文部分，中文部分類似。然后加掃了3D和T1圖像。

圖2 實驗序列。T：任務(wù)（Task）；F：固視點（Fixation）

1.5 數(shù)據(jù)采集與分析

本實驗采用中國醫(yī)科大學附屬盛京醫(yī)院的Philips Intera Achieva 3.0T超導(dǎo)型MR掃描系統(tǒng)，應(yīng)用8通道SENSE頭線圈，層厚為3.5mm，TR為2s，TE為30ms。在數(shù)據(jù)分析的時候，首先將原始數(shù)據(jù)的Dicom文件使用MRIcro軟件進行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換為MATLAB能夠識別的格式。然后使用基于MATLAB7.5的SPM5軟件（www.fil.ion.ucl.ac.uk）進行圖像后期處理。為了減少由于個體差異以及機器本身等原因造成的誤差及進一步的統(tǒng)計分析，首先要對實驗數(shù)據(jù)進行前處理，具體過程如下：（1）頭動校正和圖像的配準（Realign）。主要是查看被試實驗過程中頭動是否過大，超過1.5毫米的被試為不合格被試，如果有應(yīng)該剔除，本實驗采用被試均為合格被試。（2）空間標準化（Normalize）。主要是從x，y，z軸三個方向使個人腦與標準腦進行對齊。（3）空間平滑和時間平滑（Smoothing）。主要是使得到的圖像更加完美。（4）去線性漂移。這部分主要是去除一些額外因素的干擾，得到更好的實驗結(jié)果。在預(yù)處理過程完成后進行統(tǒng)計分析處理。首先在個體水平，采用一般線性模型（General Linear Model，Y＝βX+E），將漢字語義辨別和日語語義辨別的反應(yīng)與baseline做比較，p＜0.001（uncorrected），得出對比圖像（結(jié)果后面有詳細說明）。然后采用隨機效應(yīng)模型（Random Effects Models），對組內(nèi)和組間數(shù)據(jù)分別進行單樣本和雙樣本t檢驗分析，閾值采用p ＜0.001（uncorrected）。

1.6 結(jié)果

fMRI腦成像結(jié)果如圖3，圖4所示，中日雙語被試組與日中雙語被試組進行語義加工任務(wù)時，均激活了一個由多個腦區(qū)參與構(gòu)成的漢字語義加工處理的腦神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，主要包括：視覺區(qū)（BA17/18/19/37），是負責視覺處理的腦區(qū)；顳下回（BA20/21/38），是多感覺處理區(qū)；頂上及頂下小葉（BA7/40），其主要負責時間及空間判斷；額葉下回（BA44/45），其主要負責語義詞匯等信息的處理；額葉（BA9/46），其主要功能是認知處理及角回（BA39/40）（P＜0.001，圖3（a，b），圖4（a，b））。

對于中日雙語被試，日文語義判斷任務(wù)和中文語義判斷任務(wù)相減，得到了二者差異性腦區(qū)。其中主要包括：右側(cè)額葉下回（BA44/45），左側(cè)紡錘狀回（BA37），左側(cè)顳葉（BA39）（P＜0.001，圖3（c））。

對于日中雙語被試，中文語義判斷任務(wù)和日文語義判斷任務(wù)相減，得到了二者差異性腦區(qū)。其中主要包括：左側(cè)顳下回（BA38），左側(cè)頂上及頂下小葉（BA7），左側(cè)顳葉（BA21/22）（P＜0.001，圖4（c））。

圖3 中日雙語被試語義和字號判斷時的腦激活情況。

圖4 日中雙語被試語義和字號判斷時的腦激活情況

2 討論

本研究中中日雙語被試組和日中雙語被試組進行語義加工任務(wù)時，均激活了由多個腦區(qū)構(gòu)成的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，如圖4和圖5所示。中日雙語被試語義判斷時腦神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)：主要激活腦區(qū)為右側(cè)額葉下回（BA44/45），左側(cè)紡錘狀回（BA37）以及左側(cè)顳葉（BA39）。其中右側(cè)額葉下回（BA44/45）為Broca腦區(qū)，和Wernicke區(qū)一樣是公認的語言處理腦區(qū)。左側(cè)紡錘狀回（BA37）是紡錘狀回，這個腦區(qū)是形狀處理腦區(qū)，可能和漢字形態(tài)處理相關(guān)。左側(cè)顳葉（BA39）的激活表明其在語義加工過程中具有理解看到的符號和文字意義的機能［10］。

日中雙語被試語義判斷時腦神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)：主要激活腦區(qū)為左側(cè)顳下回（BA38），左側(cè)頂上及頂下小葉（BA7）以及左側(cè)顳葉（BA21/22）。其中左側(cè)顳下回（BA38）的激活表明其在語音加工中具有理解聽到的語音信息和文字語義相結(jié)合的功能，本實驗中主要是此腦區(qū)參與了語義分析功能。左側(cè)顳葉（BA21/22）是多感覺聯(lián)合區(qū)，這里的激活主要是漢字語音到語義的轉(zhuǎn)換加工［11］。

以上結(jié)果顯示中日雙語被試組和日中雙語被試組進行語義判斷時腦功能存在差異。研究者還發(fā)現(xiàn)對同一語言而言，第二語言者對其的加工過程與母語者對其的加工過程存在差異［2］。比如中國人雖然熟練的學習了英語，但是和美國人相比其在加工英語時，并沒有激活美國人加工英語時負責字母—聲音轉(zhuǎn)換的某些特定的大腦區(qū)域。本實驗證明即使是同一語系的漢語和日語也是一樣。

由此可見，語言類型及語系與雙語的腦機制之間存在復(fù)雜的關(guān)系，比如本研究中的漢語和日語。雖然屬于同一語系，在進行第二外語測試時還是有不同的大腦激活結(jié)果。漢語和英語的結(jié)果更是有不同的差異。因此本文認為母語和第二外語之間在進行語義處理時具有不同的處理系統(tǒng)。

3 結(jié)論

結(jié)果表明，中日雙語和日中雙語被試在語義處理時腦活動之間存在差異：中日雙語被試語義判斷時腦神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)為為右側(cè)額葉下回（BA44/45），左側(cè)紡錘狀回（BA37）以及左側(cè)顳葉（BA39）；日中雙語被試語義判斷時腦神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)為左側(cè)顳下回（BA38），左側(cè)頂上及頂下小葉（BA7）以及左側(cè)顳葉（BA21/22）。

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