李修軍，楊菁菁，吳景龍，佟丹

（1.長春理工大學計算機科學技術學院，長春 130022；2.日本岡山大學自然科學研究生院，岡山700-8530；3.吉林大學第一醫(yī)院放射科，長春 130022）

讀音和語義處理中雙語被試腦功能的差異研究

李修軍1，楊菁菁1，吳景龍2，佟丹3

（1.長春理工大學計算機科學技術學院，長春 130022；2.日本岡山大學自然科學研究生院，岡山700-8530；3.吉林大學第一醫(yī)院放射科，長春 130022）

利用功能性磁共振成像（fMRI）技術探討雙語被試語義和讀音處理時腦活動的差異。實驗使用漢語和日語中語義和讀音處理相關實驗刺激任務，通過兩組被試各自判斷任務中不同的腦激活情況探討中日雙語和日本人被試在語義和讀音處理時腦活動的差異。結果表明對于中日雙語被試，中文語義判斷任務和中文讀音判斷任務相減，沒有得到差異性腦區(qū)，而日文語義判斷任務和日文讀音判斷任務相減得到了二者差異性腦區(qū)，主要表現(xiàn)在：右側額葉前回（BA8/9），左側紡錘狀回（BA37）以及右側顳葉（BA22/38）；對于日本人被試，日文語義判斷任務和日文讀音判斷任務相減得到二者差異性腦區(qū)，主要表現(xiàn)在：左側顳上回（BA40）和左側顳葉（BA22）。

雙語；語義；讀音；功能性核磁共振

語言處理是大腦的高級處理過程，研究大腦的高級處理機制有助于推進人類由機械化到自動化以及智能化的發(fā)展。目前語言加工腦機制研究也逐漸的展開，近年來應用行為學及功能性核磁共振技術做了多次關于漢語字形，讀音和語義方面的研究，也得到了一些有意義的結果［1-3］。

現(xiàn)實中有大量的雙語者存在，其中中英雙語者居多，還有中日雙語，中俄雙語等，那么如何學習好第二外語就成為了一個比較重要的問題，比如小孩在很小的時候就要參加各種外語的學習班，但是成績卻不盡相同，這也讓不少家長產(chǎn)生煩惱。那么如何讓孩子在短時間內(nèi)學好第二外語成為當務之急，因此有必要開發(fā)相應的學習工具或?qū)W習軟件提高學生的第二外語學習成績，也是本研究的意義所在。

根據(jù)漢語語音和語義的特性以及日語語音和語義的特性，能否發(fā)現(xiàn)中日雙語被試和日本人被試在進行語音及語義判斷時二者腦功能的差異是近期研究的熱門課題。這不但能促進基礎腦科學研究的進步，還能探索人類語言加工機制的特殊性和普遍性，并進一步為語言障礙類疾病語言功能恢復機制和康復治療效果的評估提供理論基礎數(shù)據(jù)。

圍繞以上這些問題，近年來諸多國內(nèi)外語言方面的研究者進行了大量的行為學和認知神經(jīng)心理學實驗［4-7］。得到了一些有意義的結果，隨著認知神經(jīng)科學的發(fā)展，近幾年來腦電與腦功能成像技術越來越多地用于雙語實驗的研究。這些技術可以使研究者直接觀察到人在完成語言作業(yè)時（語音語義判斷）大腦的活動狀態(tài)，包括大腦的時空間的活動狀態(tài)。本文使用漢語和日語中語義和讀音處理相關實驗刺激任務，通過兩組被試各自判斷任務中不同的腦激活情況探討中日雙語和日本人被試在語義和讀音處理時腦活動的差異。在進行數(shù)據(jù)分析的時候，雖然近期有很多用于核磁共振數(shù)據(jù)分析的軟件出現(xiàn)，但還是采用比較穩(wěn)定的基于MATLAB7.0的SPM5進行數(shù)據(jù)處理。本實驗的創(chuàng)新之處是發(fā)現(xiàn)了中國人和日本人處理語義信息時腦功能的差異。

1 實驗

1.1 被試

本實驗被試分為中日雙語被試和母語為日語的被試各15人，中日雙語被試為沈陽中國醫(yī)科大學七年制學生，年齡19-23歲；母語為日語的被試選取了在沈陽中國醫(yī)科大學的日本籍留學生，年齡20-25歲。所有被試視力聽力正常，均為健康被試。

1.2 實驗刺激與任務

實驗刺激：實驗刺激包括兩個部分，分別是語義判斷（比如高興+愉快）和讀音判斷（展開+打開）相關刺激（圖1，只給出了中文刺激，日文刺激與其類似）。實驗中中日雙語被試做中文和日文兩種刺激任務，日本人被試只做日文刺激任務。語義和讀音刺激各24對。共有48張圖片，兩個單詞之間用一個“+”作為固視點。本實驗采用Block實驗序列，每個Block里8個刺激，都是相近的刺激，要么是語義刺激要么是讀音刺激，每個刺激提示時間是2.5秒，間隔是1.5秒，即一個Block的時間是32秒，Block間隔時間為32秒，每個Block前會有一個Cue刺激用來提示被試接下來要做的實驗內(nèi)容（語義判斷或者讀音判斷）以提高被試的回答正確率，如圖2所示，實驗證明有Cue刺激要比沒有Cue刺激的回答正確率高。

圖1 實驗刺激

實驗任務：在功能性核磁共振實驗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或者讀音是否相同進行辨別，而且要求被試要在最短的時間內(nèi)盡量花最少的時間去判斷，實驗中記錄被試的反應時間和正確率兩項指標。相同時用左手拇指按1鍵，不同時用右手拇指按2鍵。一個session持續(xù)時間大約6分鐘。加上3D和T1圖像總共需要20分鐘左右。本次實驗做了2個session。

圖2 實驗程序示意圖

1.3 數(shù)據(jù)采集與分析

數(shù)據(jù)采集：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超導型MR掃描儀，應用8通道SENSE頭線圈，視聽覺刺激提示系統(tǒng)為深圳美德公司的SA9900，層厚為3.5mm，TR為2s，TE為30ms。

數(shù)據(jù)分析：采用基于MATLAB7.0的SPM5進行數(shù)據(jù)處理，在SPM解析過程中，閾值采用了Uncorrected，P＜0.001。

1.4 實驗結果

本實驗的fMRI腦成像結果如圖3所示，中日雙語被試組與日本人被試組進行語義和讀音加工判斷任務時，均激活了一個由多個腦區(qū)組成的漢字語音語義加工處理的腦激活網(wǎng)絡，數(shù)據(jù)分析時將語義和讀音任務相減得到差異性腦區(qū)。

對于中日雙語被試，中文語義判斷任務和中文讀音判斷任務相減，沒有得到差異性腦區(qū)說明二者沒有差異，即在進行中文判斷時因為是母語二者沒有顯著性差異；而日文語義判斷任務和日文讀音判斷任務相減卻得到了二者差異性腦區(qū)。其中主要包括：右側額葉前回（BA8，（29，41，23），體積為220voxels）和（BA9，（31，32，26），體積為289voxels），左側紡錘狀回（BA37，（-22，-58，-17），體積為583voxels），右側顳葉（BA22，（45，6，-3），體積為136voxels）（BA38，（45，6，-5），體積為556voxels）（P＜0.001，Uncorrected），這也是本研究的關鍵結果，說明二者存在顯著性差異。

對于日本人被試，日文語義判斷任務和日文讀音判斷任務相減得到了二者差異性腦區(qū)。其中主要包括：左側顳上回（BA40，（-38，-32，35），體積為758voxels），左側顳葉（BA22，（-42，-21，30），體積為758voxels）（P＜0.001，Uncorrected）。

圖3 實驗結果中日雙語及日本人被試語義和讀音判斷時的腦激活的差異情況

2 討論

對于中國人來說日語作為第二外語比較容易學習已經(jīng)成為共識，主要是因為日語有著和漢語相似的地方，即同為象形文字，本研究中中日雙語被試組和日本人被試組進行語義和讀音加工判斷任務時，激活的相應腦區(qū)和預想結果相似，與以往對第二外語（中英文以及中日文）的功能性核磁共振成像研究結果均相近［6-9］，也證明了語言處理有著特殊的大腦神經(jīng)網(wǎng)絡。

中日雙語被試中文語義和讀音判斷任務相減時沒有差異性腦區(qū)，說明母語判斷過程中沒有發(fā)現(xiàn)差異性腦區(qū)。中日雙語被試在進行日文語義和讀音判斷任務相減時卻產(chǎn)生了顯著性的差異，主要激活腦區(qū)為：右側額葉前回（BA8/9），左側紡錘狀回（BA37）以及右側顳葉（BA22/38）。其中右側額葉前回（BA8/9）為認知功能腦區(qū)，本實驗主要認為是基礎認知中的語義處理腦區(qū)，主要是執(zhí)行了語義判斷任務，因此具有很強的激活。左側紡錘狀回（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，本實驗中可以認為在進行語義及讀音判斷過程中也激活了漢字的字形處理腦區(qū)。右側顳葉（BA22/38）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功能，具體應該是在語義判斷和讀音判斷任務相減時二者有顯著性差異，這幾個腦區(qū)合并一起為Wernicke區(qū)，Wernicke區(qū)一樣是公認的語音語義處理腦區(qū)［10，13］。

母語為日語的日本人被試進行語義和讀音判斷任務時，激活的腦神經(jīng)網(wǎng)絡為：左側顳上回（BA40）以及左側顳葉（BA22）。其中BA40是后頂葉腦區(qū)，頂葉腦區(qū)的主要功能是視覺以及沖突的判斷，尤其是關于語言的判斷，本實驗主要是語義判斷和讀音判斷，二者任務相減后得到了此腦區(qū)的激活說明語義判斷時此腦區(qū)有較強的激活。BA22也叫威爾尼克區(qū)，威爾尼克區(qū)是一個語言聽覺中樞，如果該腦區(qū)造成損傷將會引起聽覺失語癥。這是一種語言失認癥。主要出現(xiàn)語音辨別喪失，導致感覺性失語癥和聽覺記憶的喪失。說話時，語音與語法均正常，不能分辨語音和理解語義［11-16］，臨床上經(jīng)?？梢?。母語為日語的日本人被試在進行語義和讀音判斷時激活以上兩個腦區(qū)與以往的研究相符。

結果說明中日雙語被試組和母語為日語的日本人被試組進行語義和讀音判斷時腦功能存在明顯的差異。由此可見，語言類型及語系與雙語的腦機制之間存在復雜的關系，比如本研究中的漢語和日語。雖然屬于同一語系，假想結果是二者不存在差異，但是在進行第二外語測試時還是有不同的大腦激活結果，在語義和讀音判斷時都存在不同的腦活動的激活。這些基礎性的研究結果能為語言障礙類疾病語言功能恢復機制和康復治療效果的評估提供理論基礎數(shù)據(jù)。

3 結論

結果表明，對于中日雙語被試，中文語義判斷任務和中文讀音判斷任務相減，沒有得到差異性腦區(qū)，而日文語義判斷任務和日文讀音判斷任務相減得到了二者差異性腦區(qū)：右側額葉前回（BA8/9），左側紡錘狀回（BA37）以及右側顳葉（BA22/38）；對于日本人被試，日文語義判斷任務和日文讀音判斷任務相減得到二者差異性腦區(qū)：左側顳上回（BA40）和左側顳葉（BA22）。

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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

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