楊冰，張俊然△，席艷玲，陳富琴，蔣小梅

（1.四川大學(xué) 電氣信息學(xué)院，四川 成都610065；2.新疆醫(yī)科大學(xué)第一附屬醫(yī)院神經(jīng)醫(yī)學(xué)中心，新疆烏魯木齊830001）

1 引 言

對(duì)于不同語(yǔ)系的人群來(lái)說(shuō)，是否存在腦結(jié)構(gòu)或者功能上的差異，是目前神經(jīng)語(yǔ)言學(xué)研究的一個(gè)熱點(diǎn)［1，2］；有研究發(fā)現(xiàn)不同語(yǔ)種的被試在進(jìn)行讀寫任務(wù)時(shí)，存在共同的讀寫腦網(wǎng)絡(luò)［3］；漢語(yǔ)和英語(yǔ)在進(jìn)行語(yǔ)言理解任務(wù)時(shí)，兩者語(yǔ)言處理主要由左側(cè)半球的傳統(tǒng)語(yǔ)言腦區(qū)完成，但是腦區(qū)間的交互方式有差異［4］。然而，對(duì)于我國(guó)最大兩種語(yǔ)言漢-維語(yǔ)人群之間是否存在腦功能差異，以及相關(guān)腦區(qū)的交互方式是否具有明顯差異還缺乏相應(yīng)的研究。

維吾爾語(yǔ)屬于拼音文字，其主要特點(diǎn)是書寫時(shí)自右向左，自上而下；漢語(yǔ)是一種象形表意文字，漢字的文字特性主要表現(xiàn)在字形特征上。拼音文字均普遍存在一種形-音轉(zhuǎn)換規(guī)則，即可以從字形上直接通達(dá)語(yǔ)音；而對(duì)漢字來(lái)說(shuō)，不管是未成年人還是成年人，都是一字一音一義地逐個(gè)習(xí)得。拼音文字表現(xiàn)及記錄的是音素，其字母本身無(wú)意義；而漢字卻是一種語(yǔ)素文字，其基本元素是形、音、義之統(tǒng)一體［5］。此外，維語(yǔ)是我國(guó)第二大語(yǔ)系，對(duì)漢-維兩個(gè)完全不同語(yǔ)種的語(yǔ)言腦功能差異的研究，能幫助我們闡明兩個(gè)語(yǔ)種人群在語(yǔ)言活動(dòng)過(guò)程中神經(jīng)機(jī)制的差異，為探索兩個(gè)語(yǔ)種之間的思維習(xí)慣和認(rèn)知方式提供科學(xué)依據(jù)。

目前，僅有的幾項(xiàng)針對(duì)漢-維語(yǔ)腦功能差異的研究主要集中在新疆醫(yī)科大學(xué)［5-6］。其中：維吾爾語(yǔ)正常人動(dòng)詞產(chǎn)生任務(wù)激活的腦區(qū)主要分布在雙側(cè)的外上側(cè)前額葉、島葉、枕葉，左側(cè)顳葉、頂葉。漢、維正常人在執(zhí)行動(dòng)詞產(chǎn)生任務(wù)時(shí)，維族左側(cè)頂下小葉、額下回、梭狀回和海馬旁回等腦區(qū)可見(jiàn)明顯的正激活，漢語(yǔ)組相對(duì)激活較弱，而漢語(yǔ)組右側(cè)顳上回可見(jiàn)明顯激活。目前為止，除了激活腦區(qū)的差異外，由兩種語(yǔ)言文字特點(diǎn)、思維方式和發(fā)音習(xí)慣造成的差異是否反映在腦區(qū)交互方面，并未見(jiàn)相關(guān)的研究。

由于腦功能活動(dòng)一般以功能環(huán)路或者功能連接作為基礎(chǔ)，所以，研究腦區(qū)交互比單純發(fā)現(xiàn)腦區(qū)激活差異更為重要。為探明腦區(qū)間的交互關(guān)系，對(duì)兩種語(yǔ)系大腦語(yǔ)言功能進(jìn)行皮層交互建模，進(jìn)而探索大腦有效連接可以有效的揭示兩語(yǔ)系之間的功能腦網(wǎng)絡(luò)差異。近年來(lái)，因果分析方法在神經(jīng)科學(xué)研究中取得了許多成果［7-8］，使用Granger因果分析可以避免由于對(duì)模型的預(yù)假設(shè)出現(xiàn)錯(cuò)誤而導(dǎo)致結(jié)論可靠性低的問(wèn)題。本研究采用Granger因果分析方法研究漢維語(yǔ)功能腦網(wǎng)絡(luò)，對(duì)比以漢語(yǔ)和維語(yǔ)為母語(yǔ)的人群進(jìn)行動(dòng)詞產(chǎn)生任務(wù)時(shí)大腦處理過(guò)程的差異性，從神經(jīng)機(jī)制方面為探索兩個(gè)語(yǔ)種人群之間思維習(xí)慣的差異提供科學(xué)依據(jù)。

2 資料與方法

2.1 臨床資料

研究受試對(duì)象來(lái)自新疆醫(yī)科大學(xué)。最終共納入母語(yǔ)為漢語(yǔ)或者維語(yǔ)的51例語(yǔ)言功能正常且只會(huì)一種語(yǔ)言的受試者，其中漢語(yǔ)組（21～77歲）受試者25例（男15例，女10例）；維語(yǔ)組（21～74歲）受試者26例（男女各13例）。受試者均為右利手，無(wú)精神系統(tǒng)疾病，且均為初試。

2.2 fMRI設(shè)備及掃描參數(shù)

采用GE公司生產(chǎn)的Signa3.0T磁共振掃描機(jī)。試驗(yàn)任務(wù)采用視覺(jué)呈現(xiàn)方式，采用組塊設(shè)計(jì)模式（block design paradigm），功能掃描流程為：任務(wù)態(tài)與靜息態(tài)交替，掃描初始的18 s是采集信號(hào)數(shù)據(jù)作為基線，之后進(jìn)入9次的組塊序列，動(dòng)詞產(chǎn)生任務(wù)首先在屏幕中央呈現(xiàn)一個(gè)單字名詞，時(shí)間為2 s，然后注視屏幕中央的“＋”號(hào)，與此同時(shí)要求被試者聯(lián)想與該名詞相關(guān)的動(dòng)詞，時(shí)間為3 s，在刺激態(tài)30 s內(nèi)，2種狀態(tài)交替呈現(xiàn)6次，然后進(jìn)入靜息態(tài)30 s。漢語(yǔ)組被試者采用漢語(yǔ)，維語(yǔ)被試者采用維語(yǔ)，內(nèi)容完全相同。如漢語(yǔ)名詞為“飯”，動(dòng)名詞組為 “做飯”、“吃飯”；維語(yǔ)名詞為“”，動(dòng)名詞組為“”、“”。

2.3 數(shù)據(jù)預(yù)處理

使用DPARSF分析軟件對(duì)從實(shí)驗(yàn)中獲取的fMRI數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)預(yù)處理，包括時(shí)間層校正、頭動(dòng)校正、空間標(biāo)準(zhǔn)化、平滑以及協(xié)變量（頭動(dòng)參數(shù)，白質(zhì)、腦脊液信號(hào)）的剔除。

2.4 激活腦區(qū)計(jì)算

使用（statistical parametric mapping 8，SPM8）軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行任務(wù)態(tài)激活，進(jìn)行specify 1st level分析，結(jié)果顯示漢語(yǔ)組激活的腦區(qū)（voxel大于50）為左側(cè)尾狀核、枕下回、輔助運(yùn)動(dòng)區(qū)、頂下緣角回；維語(yǔ)組未見(jiàn)明顯激活腦區(qū)。specify 2nd level分析（漢-維）顯示激活差異腦區(qū)為左側(cè)尾狀核區(qū)域。

2.5 Granger因果分析

使用Granger因果分析方法來(lái)描述種子點(diǎn)（CAU.L）和全腦其他體素的時(shí)間序列間的有效連接。根據(jù)任務(wù)態(tài)激活結(jié)果，選取組間差異顯著性最強(qiáng)的區(qū)域（T值點(diǎn)對(duì)應(yīng) MNI坐標(biāo)（-9，12，12），位于左側(cè)尾狀核（CAU.L））為種子點(diǎn)。接下來(lái)，選用REST分析軟件進(jìn)行全腦范圍的Granger因果分析。

2.6 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析

采用雙樣本t檢驗(yàn)對(duì)兩組結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，同時(shí)將各組被試的年齡、性別作為協(xié)變量剔除。最后采用GRF校正方法進(jìn)行校正分析，分析結(jié)果見(jiàn)表1、表 2。

3 結(jié)果

以CAU.L為種子點(diǎn)，按照內(nèi)、外向流，進(jìn)行漢-維組間比較，其中表1為其他腦區(qū)對(duì) CAU.L的Granger因果內(nèi)向信息流的組間差異結(jié)果。與維語(yǔ)組相比，漢語(yǔ)組在右側(cè)的背外側(cè)額上回，左側(cè)中央回、扣帶回、距狀溝等語(yǔ)言、記憶、視覺(jué)相關(guān)的腦區(qū)對(duì)CAU.L的Granger因果連接顯著增強(qiáng)。

表1 Granger內(nèi)向信息流漢維語(yǔ)組間對(duì)比（體素水平P＜0.01，簇水平P＜0.05，GRF校正）Table 1 Two-sample t-test（voxel-level P＜0.01 and cluster P＜0.05 Gaussian random field corrected）of difference in causal influence to the left caudate

表2為CAU.L對(duì)其他腦區(qū)的Granger因果連接結(jié)果。與維語(yǔ)組相比，漢語(yǔ)組對(duì)右側(cè)顳中回、扣帶回、距狀溝等腦區(qū)的Granger因果連接增強(qiáng)。

表2 Granger外向信息流漢維語(yǔ)組間對(duì)比（體素水平P＜0.01，簇水平P＜0.05，GRF校正）Table 2 Two-sample t-test（voxel-level P＜0.01 and cluster P＜0.05 Gaussian random field corrected）of difference in causal influence from the left caudate

4 討論

研究采用Granger因果分析方法，同時(shí)選取任務(wù)態(tài)激活腦區(qū)進(jìn)行組分析，組間分析結(jié)果顯示左側(cè)尾狀核區(qū)域?yàn)榧せ畈町愶@著性水平最高的腦區(qū)。皮層下結(jié)構(gòu)（左側(cè)丘腦、尾狀核、以及鄰近的白質(zhì)）對(duì)語(yǔ)言功能具有重要作用，相關(guān)研究發(fā)現(xiàn)雙語(yǔ)者在進(jìn)行詞匯和語(yǔ)言切換時(shí)，CAU.L會(huì)起到檢測(cè)和控制的作用［8］；此外，語(yǔ)言認(rèn)知控制會(huì)調(diào)用以尾狀核為節(jié)點(diǎn)的包含額葉、頂葉和皮層下結(jié)構(gòu)的通用認(rèn)知控制網(wǎng)絡(luò)［9］。因此，根據(jù)文獻(xiàn)提示和激活結(jié)果選取CAU.L作為本研究的感興趣區(qū)。從語(yǔ)言腦區(qū)交互關(guān)系方面探索漢、維語(yǔ)之間神經(jīng)機(jī)制的差異，通過(guò)對(duì)種子點(diǎn)與其他腦區(qū)之間的Granger有向信息流進(jìn)行組間對(duì)比，發(fā)現(xiàn)漢語(yǔ)組CAU.L同語(yǔ)義、記憶、視覺(jué)相關(guān)腦區(qū)間的有效連接強(qiáng)度普遍大于維語(yǔ)組，漢語(yǔ)組動(dòng)詞產(chǎn)生任務(wù)有效連接更加復(fù)雜。

GC內(nèi)向流的信息主要來(lái)自雙側(cè)額葉、頂葉、枕葉及左側(cè)的內(nèi)側(cè)旁扣帶回，且漢語(yǔ)組的連接強(qiáng)度全部高于維語(yǔ)組（見(jiàn)圖1）。其中，顯著性水平最高且體素最多的一條信息流來(lái)自于大腦右側(cè)前額葉及頂葉皮層的連接區(qū)（楔前葉、角回等）。楔前葉、角回被認(rèn)為會(huì)參與到語(yǔ)言、記憶相關(guān)活動(dòng)，相關(guān)研究發(fā)現(xiàn)楔前葉會(huì)參與詞匯相關(guān)的記憶任務(wù)，角回在記憶提取處理中會(huì)起到調(diào)節(jié)作用［10-11］，推測(cè)在此處參與了語(yǔ)言記憶信息的處理［12］，并通過(guò)有效連接通路將信息傳到CAU.L，從而促進(jìn)語(yǔ)言信息的進(jìn)一步加工。

圖1 正常語(yǔ)言水平漢-維語(yǔ)動(dòng)詞產(chǎn)生任務(wù)組間對(duì)比Granger因果模型，節(jié)點(diǎn)大小表示對(duì)應(yīng)腦區(qū)體素多少Fig 1 Illustration of the normal speech-level model under verbal generation task in NH compared with NW group，the node size is decided by the number of voxels of corresponding cluster

另一方面，左側(cè)半球的楔葉、距狀溝區(qū)域?qū)AU.L的有效連接增強(qiáng)。楔葉和距狀溝是視覺(jué)信息接收和處理的重要腦區(qū)，由于動(dòng)詞產(chǎn)生任務(wù)要求被試者持續(xù)注視屏幕，文字圖形信息通過(guò)視覺(jué)神經(jīng)傳到初級(jí)視覺(jué)皮層（V1），V1將信息處理后再傳導(dǎo)到皮層下顯著激活的CAU.L。上述結(jié)果提示動(dòng)態(tài)的內(nèi)向流輸入在影響CAU.L本身信息處理的同時(shí)，也會(huì)影響CAU.L對(duì)大腦皮層其他腦區(qū)的外向流輸出，從而實(shí)現(xiàn)CAU.L在動(dòng)詞產(chǎn)生任務(wù)中整個(gè)大腦活動(dòng)網(wǎng)絡(luò)中的調(diào)節(jié)作用［11］。

在三條GC外向信息流中，漢語(yǔ)組CAU.L對(duì)右側(cè)扣帶回和顳中回兩個(gè)部位的GC連接增強(qiáng)。扣帶回與記憶的提取、傳遞等一系列活動(dòng)有關(guān)，相關(guān)動(dòng)詞產(chǎn)生任務(wù)的fMRI研究中同樣出現(xiàn)了扣帶回的激活［12］；而顳中回除在面部識(shí)別和獲取文字意義時(shí)發(fā)揮重要作用外，也參與語(yǔ)義記憶加工等連續(xù)活動(dòng)［13］。漢語(yǔ)組在這兩個(gè)腦區(qū)GC外向流增強(qiáng)，可能是語(yǔ)言記憶相關(guān)任務(wù)產(chǎn)生信息流不斷由CAU.L傳遞至這兩個(gè)腦區(qū)從而強(qiáng)化了這些通路。由于動(dòng)詞產(chǎn)生任務(wù)包含了記憶的調(diào)用、傳輸和處理等諸多過(guò)程，基于經(jīng)濟(jì)型原則，漢語(yǔ)組CAU.L與扣帶回等記憶相關(guān)腦區(qū)之間增強(qiáng)的GC連接，可能是由于漢語(yǔ)組在執(zhí)行動(dòng)詞產(chǎn)生任務(wù)時(shí)會(huì)頻繁與這些腦區(qū)進(jìn)行交互，從而易化了這些通路。在進(jìn)行動(dòng)詞產(chǎn)生任務(wù)時(shí)，漢語(yǔ)組CAU.L同語(yǔ)義、記憶、視覺(jué)相關(guān)的多處腦區(qū)間有效連接普遍強(qiáng)于維語(yǔ)組；任務(wù)態(tài)激活分析結(jié)果也顯示，在進(jìn)行動(dòng)詞產(chǎn)生任務(wù)時(shí)漢語(yǔ)組激活腦區(qū)大小和強(qiáng)度遠(yuǎn)大于維語(yǔ)組，提示漢語(yǔ)受試者在執(zhí)行動(dòng)詞產(chǎn)生任務(wù)時(shí)大腦更為活躍、進(jìn)行了更復(fù)雜的腦區(qū)交互即神經(jīng)機(jī)制更為復(fù)雜。

本研究采用Granger因果分析技術(shù)，從時(shí)空聯(lián)系角度探討漢、維語(yǔ)正常人動(dòng)詞產(chǎn)生任務(wù)時(shí)大腦相關(guān)腦區(qū)的有效連接差異。研究表明，漢語(yǔ)組CAU.L與語(yǔ)言、記憶、視覺(jué)相關(guān)等腦區(qū)間的有效連接強(qiáng)度普遍強(qiáng)于維語(yǔ)組，說(shuō)明漢語(yǔ)組動(dòng)詞產(chǎn)生任務(wù)神經(jīng)機(jī)制可能更加復(fù)雜。本研究將有效連接方法應(yīng)用到漢、維語(yǔ)動(dòng)詞產(chǎn)生任務(wù)的研究，進(jìn)一步闡明了兩種語(yǔ)言動(dòng)詞產(chǎn)生任務(wù)腦區(qū)間的交互差異，有助加深對(duì)于對(duì)兩種語(yǔ)言神經(jīng)機(jī)制差異的理解。之后的研究可進(jìn)一步從網(wǎng)絡(luò)角度來(lái)探索兩種語(yǔ)言不同的神經(jīng)機(jī)制。