李修軍，楊菁菁，吳景龍，佟丹

（1.長春理工大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)技術(shù)學(xué)院，長春 130022；2.日本岡山大學(xué)自然科學(xué)研究生院，岡山700-8530；3.吉林大學(xué)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(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)技術(shù)學(xué)院，長春 130022；2.日本岡山大學(xué)自然科學(xué)研究生院，岡山700-8530；3.吉林大學(xué)第一醫(yī)院放射科，長春 130022）

利用功能性磁共振成像（fMRI）技術(shù)探討雙語被試語義和讀音處理時腦活動的差異。實(shí)驗(yàn)使用漢語和日語中語義和讀音處理相關(guān)實(shí)驗(yàn)刺激任務(wù)，通過兩組被試各自判斷任務(wù)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(jié)果表明對于中日雙語被試，中文語義判斷任務(wù)和中文讀音判斷任務(wù)相減，沒有得到差異性腦區(qū)，而日文語義判斷任務(wù)和日文讀音判斷任務(wù)相減得到了二者差異性腦區(qū)，主要表現(xiàn)在：右側(cè)額葉前回（BA8/9），左側(cè)紡錘狀回（BA37）以及右側(cè)顳葉（BA22/38）；對于日本人被試，日文語義判斷任務(wù)和日文讀音判斷任務(wù)相減得到二者差異性腦區(qū)，主要表現(xiàn)在：左側(cè)顳上回（BA40）和左側(cè)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(jī)制有助于推進(jìn)人類由機(jī)械化到自動化以及智能化的發(fā)展。目前語言加工腦機(jī)制研究也逐漸的展開，近年來應(yīng)用行為學(xué)及功能性核磁共振技術(shù)做了多次關(guān)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(jié)果［1-3］。

現(xiàn)實(shí)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(xué)習(xí)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(xué)習(xí)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(xué)好第二外語成為當(dāng)務(wù)之急，因此有必要開發(fā)相應(yīng)的學(xué)習(xí)工具或?qū)W習(xí)軟件提高學(xué)生的第二外語學(xué)習(xí)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(jìn)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(jìn)基礎(chǔ)腦科學(xué)研究的進(jìn)步，還能探索人類語言加工機(jī)制的特殊性和普遍性，并進(jìn)一步為語言障礙類疾病語言功能恢復(fù)機(jī)制和康復(fù)治療效果的評估提供理論基礎(chǔ)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(jìn)行了大量的行為學(xué)和認(rèn)知神經(jīng)心理學(xué)實(shí)驗(yàn)［4-7］。得到了一些有意義的結(jié)果，隨著認(rèn)知神經(jīng)科學(xué)的發(fā)展，近幾年來腦電與腦功能成像技術(shù)越來越多地用于雙語實(shí)驗(yàn)的研究。這些技術(shù)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(guān)實(shí)驗(yàn)刺激任務(wù)，通過兩組被試各自判斷任務(wù)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(jìn)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(jìn)行數(shù)據(jù)處理。本實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)

1.1 被試

本實(shí)驗(yàn)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(xué)七年制學(xué)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(xué)的日本籍留學(xué)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(shí)驗(yàn)刺激與任務(wù)

實(shí)驗(yàn)刺激：實(shí)驗(yàn)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(guān)刺激（圖1，只給出了中文刺激，日文刺激與其類似）。實(shí)驗(yàn)中中日雙語被試做中文和日文兩種刺激任務(wù)，日本人被試只做日文刺激任務(wù)。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(diǎn)。本實(shí)驗(yàn)采用Block實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)證明有Cue刺激要比沒有Cue刺激的回答正確率高。

圖1 實(shí)驗(yàn)刺激

實(shí)驗(yàn)任務(wù)：在功能性核磁共振實(shí)驗(yàn)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(jìn)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(shí)驗(yàn)中記錄被試的反應(yīng)時間和正確率兩項(xiàng)指標(biāo)。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(shí)驗(yàn)做了2個session。

圖2 實(shí)驗(yàn)程序示意圖

1.3 數(shù)據(jù)采集與分析

數(shù)據(jù)采集：本實(shí)驗(yàn)采用中國醫(yī)科大學(xué)附屬盛京醫(yī)院的Philips Intera Achieva 3.0T超導(dǎo)型MR掃描儀，應(yīng)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(jìn)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(shí)驗(yàn)結(jié)果

本實(shí)驗(yàn)的fMRI腦成像結(jié)果如圖3所示，中日雙語被試組與日本人被試組進(jìn)行語義和讀音加工判斷任務(wù)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(luò)，數(shù)據(jù)分析時將語義和讀音任務(wù)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(wù)和中文讀音判斷任務(wù)相減，沒有得到差異性腦區(qū)說明二者沒有差異，即在進(jìn)行中文判斷時因?yàn)槭悄刚Z二者沒有顯著性差異；而日文語義判斷任務(wù)和日文讀音判斷任務(wù)相減卻得到了二者差異性腦區(qū)。其中主要包括：右側(cè)額葉前回（BA8，（29，41，23），體積為220voxels）和（BA9，（31，32，26），體積為289voxels），左側(cè)紡錘狀回（BA37，（-22，-58，-17），體積為583voxels），右側(cè)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(guān)鍵結(jié)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(wù)和日文讀音判斷任務(wù)相減得到了二者差異性腦區(qū)。其中主要包括：左側(cè)顳上回（BA40，（-38，-32，35），體積為758voxels），左側(cè)顳葉（BA22，（-42，-21，30），體積為758voxels）（P＜0.001，Uncorrected）。

圖3 實(shí)驗(yàn)結(jié)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(xué)習(xí)已經(jīng)成為共識，主要是因?yàn)槿照Z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(jìn)行語義和讀音加工判斷任務(wù)時，激活的相應(yīng)腦區(qū)和預(yù)想結(jié)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(jié)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(luò)。

中日雙語被試中文語義和讀音判斷任務(wù)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(jìn)行日文語義和讀音判斷任務(wù)相減時卻產(chǎn)生了顯著性的差異，主要激活腦區(qū)為：右側(cè)額葉前回（BA8/9），左側(cè)紡錘狀回（BA37）以及右側(cè)顳葉（BA22/38）。其中右側(cè)額葉前回（BA8/9）為認(rèn)知功能腦區(qū)，本實(shí)驗(yàn)主要認(rèn)為是基礎(chǔ)認(rèn)知中的語義處理腦區(qū)，主要是執(zhí)行了語義判斷任務(wù)，因此具有很強(qiáng)的激活。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)，本實(shí)驗(yàn)中可以認(rèn)為在進(jìn)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(cè)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(yīng)該是在語義判斷和讀音判斷任務(wù)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(rèn)的語音語義處理腦區(qū)［10，13］。

母語為日語的日本人被試進(jìn)行語義和讀音判斷任務(wù)時，激活的腦神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)為：左側(cè)顳上回（BA40）以及左側(cè)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(guān)于語言的判斷，本實(shí)驗(yàn)主要是語義判斷和讀音判斷，二者任務(wù)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(qiáng)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(rèn)癥。主要出現(xiàn)語音辨別喪失，導(dǎo)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)常可見。母語為日語的日本人被試在進(jìn)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(jié)果說明中日雙語被試組和母語為日語的日本人被試組進(jìn)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(jī)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，假想結(jié)果是二者不存在差異，但是在進(jìn)行第二外語測試時還是有不同的大腦激活結(jié)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(chǔ)性的研究結(jié)果能為語言障礙類疾病語言功能恢復(fù)機(jī)制和康復(fù)治療效果的評估提供理論基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

3 結(jié)論

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

［1］李修軍，郭啟勇，吳景龍.中日-日中雙語被試在第二外語語義處理時腦活動差異的fMRI研究［J］.長春理工大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，2015，38（4）：107-110.

［2］李修軍，郭啟勇，吳景龍.第二外語讀音處理時腦活動差異的功能性磁共振成像研究［J］.長春理工大學(xué)學(xué)報(bào)自然科學(xué)版，2014，37（6）：138-141.

［3］Li Xiujun，Yang Jingjing，Guo Qiyong，et al.Function Neuroimaging Studies of Japanese-Chinese Bilinguals Phonological Processing for Language Education［J］.IEEE/ICMA International Conference on Mechatronics and Automation，2015：2163-2168.

［4］Tan Lihai，Spinks JA，F(xiàn)eng CM.Neural systems of second language reading are shaped by native language［J］.Hum Brain Mapp，2003（18）：158-166.

［5］翟洪昌，任靜，肖勝勇，等.讀寫分離的腦機(jī)制：來自fMRI的證據(jù)［J］.心理學(xué)報(bào)，2011，43（2）：132-142.

［6］張積家，劉麗虹.雙語腦研究的進(jìn)展及啟示［J］.現(xiàn)代外語（季刊），2007，30（3）：309-330.

［7］Satoru y，Jungho K，Shin-ya，et al.Left middle temporal deactivation caused by insufficient second language word comprehension by Chinese-Japanese bilinguals［J］.JournalofNeurolinguistics，2009，22：467-485.

［8］倪傳斌，盧光明，張志強(qiáng)，等.二語語音的識別方式與激活腦區(qū)［J］.心理學(xué)報(bào)，2010，42（12）：1156-1165.

［9］董奇，薛貴.雙語腦機(jī)制的幾個重要問題及其當(dāng)前研究進(jìn)展［J］.北京師范大學(xué)學(xué)報(bào)：人文社會科學(xué)版，2001，166（4）：91-98.

［10］Siok WT，Niu ZD，JinZ，et al.A structural-functional basis for dyslexia in the cortex of Chinese readers［J］.Proceedings of the National Academy of Sciences，2008，105（14）：5561-5566.

［11］Pu Y，Liu HL，Spinks JA，et al.Cerebral hemodynamic response in Chinese（first）and English（second）language processing revealed by event-related functional MRI［J］.MagneticResonance Imaging，2001（19）：643-7.

［12］Perani D，Dehaene S，Grassi F，et al.Brain processing of native and foreign languages［J］.Neuro-Report，1996（7）：2439-44.

［13］Li Geng，Cheung T，Gao Jiahong，et al.Cognitive processinginChineseliterateandilliteratesubjects：An fMRI study［J］.Human Brain Mapping，2006（27）：144-152.

［14］Petersson KM，Silva C，Castro-Caldas A，et al. Literacy：a cultural influence on functional left-right differences in the inferior parietal cortex［J］.European Journal of Neuroscience，2007（26）：791-799.

［15］Wu Jinglong，Li Xiujun，Yang Jiajia，et al.ProminentActivationoftheBilateralInferiorParietal Lobule of Literate Compared with Illiterate SubjectsduringChineseLogographicProcessing［J］. Experimental Brain Research，2012（219）：327-337.

［16］李修軍，李奇，郭啟勇，等.漢語語音判斷時非文盲右腦活動特征的fMRI研究［J］.長春理工大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，2013（6）：124-128.

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