191027Science-語言在單字層面以上的神經(jīng)處理

Science：語言在單字層面以上的神經(jīng)處理語言是人類和動(dòng)物根本性區(qū)別的標(biāo)志之一，在一定程度上甚至可以認(rèn)為語言能力是人與動(dòng)物的根本性區(qū)別（語言與思維是難以分離的）。因?yàn)椋祟悑雰旱拇竽X是目前已知的唯一能夠掌握一門自然語言的系統(tǒng)。它能開發(fā)出明確的、象征性的、可傳播的知識(shí)體系，以豐富地表達(dá)外部世界。但是，到目前為止，我們對(duì)人類語言的大腦神經(jīng)基礎(chǔ)仍舊難以看到全貌，雖然在近年來的研究中，我們已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了大量的與語言處理有關(guān)的神經(jīng)機(jī)制（如聽覺的雙流模型、句法加工模型）等等，但是語言處理是一個(gè)相當(dāng)復(fù)雜的過程，在這個(gè)過程中不只是語言中核心要素的處理（如詞匯、語音和句法）。也包括了語用推理、注意轉(zhuǎn)換等其他過程，因此，面對(duì)語言的神經(jīng)基礎(chǔ)這一問題，我們需要更加宏觀的視角來看待。語言神經(jīng)機(jī)制研究中的著名研究者——PeterHagoort在著名雜志《Science》的“語言和腦”?？习l(fā)表文章對(duì)這一問題從神經(jīng)生物學(xué)角度對(duì)語言在單字層面以上的處理進(jìn)行了宏觀分析。在這篇綜述中，作者提出了一種基于神經(jīng)生物學(xué)基礎(chǔ)的多網(wǎng)絡(luò)觀點(diǎn)。發(fā)現(xiàn)了一個(gè)比經(jīng)典的語言神經(jīng)生物學(xué)模型更復(fù)雜的相互作用的大腦區(qū)域的網(wǎng)絡(luò)。這是因?yàn)檎Z言的使用不僅僅是一個(gè)字的處理，更多的是超越了聲學(xué)或正字法符號(hào)所提供的信息。這些符號(hào)進(jìn)入初級(jí)感覺皮質(zhì)，需要多個(gè)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的參與，且在功能上不重疊。正文語言能力是人類社會(huì)的一個(gè)重要特征。它使我們能夠與同胞交流，積累知識(shí)，創(chuàng)造文化實(shí)踐，并支持我們的思想過程。作者認(rèn)為，語言是一種復(fù)雜的生物-文化混合體（bio-culturalhybrid）。為了理解其復(fù)雜的組織和神經(jīng)生物學(xué)基礎(chǔ)，我們必須將語言技能分解為基本的構(gòu)建模塊和核心操作模塊?；緲?gòu)建模塊：包括對(duì)說話人使用的一個(gè)或多個(gè)在語言模式的認(rèn)知發(fā)展中所需要的知識(shí)，我們可以將這些基本知識(shí)稱之為：基本語言要素，如詞的意義，其句法特征（如名詞、動(dòng)詞，和語法：性、數(shù)、格等），閱讀中單詞的拼寫，以及聾人的手語等。除了基本語言要素（Elementarylinguisticunits,￡1仄），還有基本語言操作（ElementaryLinguisticoperations,ELOs），這些語言操作能從記憶中提取語言要素（例如對(duì)詞的認(rèn)知），或者能將這些基本的語言要素生成更大的語言結(jié)構(gòu)（例如，詞形構(gòu)成、復(fù)合或動(dòng)詞屈折變化以及句子層次意義的建構(gòu)等方面）。此外，將基本語言要素和基本語言操作結(jié)合起來所產(chǎn)生的命題必須與它所處的實(shí)際或想象的情境相聯(lián)系，以建立它的真值。例如，如果作者們說“期刊的編輯熱愛論文”，就造出了一個(gè)完美的句子，但只有當(dāng)“編輯、期刊和論文”三個(gè)名詞能被連接到特定的符號(hào)時(shí)，命題的對(duì)錯(cuò)才能揭曉。雖然人類語言在進(jìn)化的前期可以被識(shí)別，但就其全部能力方面，它顯然是具有人類特征的。盡管它很復(fù)雜，但大多數(shù)孩子在生命的最初幾年里就掌握了這種能力的核心，這是發(fā)生在沒有接受正式的教育，甚至在他們學(xué)會(huì)系鞋帶或做簡單的算術(shù)運(yùn)算之前。這表明，人類大腦的神經(jīng)生物基礎(chǔ)為兒童提供了一定的語言準(zhǔn)備。在這方面，一般認(rèn)為能使人類具有獨(dú)特性的一個(gè)功能特征是，作者們能從序列順序中推斷出樹狀結(jié)構(gòu)的能力。樹狀結(jié)構(gòu)是

由WilhelmWundt引入的一種代表性格式，它與層次結(jié)構(gòu)的概念有著錯(cuò)綜復(fù)雜的聯(lián)系。這一點(diǎn)在單詞的形態(tài)構(gòu)成和短語的層次解釋等方面得到了證明（如圖1）。這種計(jì)算層次結(jié)構(gòu)的傾向不僅僅局限于語言，而且可以推廣到認(rèn)知的其他領(lǐng)域，如進(jìn)行規(guī)劃和音樂。Pointtothe(second[greenball])Pointtothe(second[greenball])△ooo△&圖i樹狀結(jié)構(gòu)，是構(gòu)詞和解釋短語、句子特征的有效手段（A）單詞“粗心”由語素“care”（N，名詞）、“l(fā)ess”（A，形容詞標(biāo)記）和“ness”（N，名詞標(biāo)記）組成。最后一個(gè)語素決定了它作為名詞的地位。（B）31名被試中有30人認(rèn)為“第二個(gè)綠球”是指位于左三位置的第二次出現(xiàn)的綠色圓形，而不是位于第二個(gè)項(xiàng)目的綠色圓（第二個(gè)項(xiàng)目）。這是一個(gè)層次解釋的結(jié)果，這個(gè)短語指的是第二個(gè)綠球。括號(hào)中的表示形式在形式上等價(jià)于樹結(jié)構(gòu)。（C）在有球和三角形的數(shù)組中，99%的被試都認(rèn)為“第二個(gè)藍(lán)球”是第二次出現(xiàn)的藍(lán)色球（左五），而不是第二次出現(xiàn)的藍(lán)色項(xiàng)目且形狀為球形（左三）。古典主義觀點(diǎn)及其缺陷在很長一段時(shí)間里，對(duì)語言的神經(jīng)生物學(xué)基礎(chǔ)的理解來自于19世紀(jì)末和20世紀(jì)初神經(jīng)病學(xué)家的觀點(diǎn)，這些觀點(diǎn)在后來被進(jìn)一步解釋和擴(kuò)展。根據(jù)這個(gè)經(jīng)典的模型，人類語言能力位于左外側(cè)裂周區(qū)皮層，在額葉和顳葉之間有嚴(yán)格的分工。Wernicke的左顳葉皮層區(qū)域被認(rèn)為有助于語言理解，而Broca的左額下皮層區(qū)域(LIFC)被認(rèn)為支持語言產(chǎn)生?；⌒卫w維束連接這兩個(gè)區(qū)域。盡管這種模式仍然有影響力，但它被證明有嚴(yán)重的局限性，而且在很大程度上是錯(cuò)誤的。一些關(guān)鍵的問題如下：(i)Broca區(qū)和Wernicke區(qū)界限不清，并未形成自然的神經(jīng)解剖學(xué)成分。此外，它們被進(jìn)一步細(xì)分為多個(gè)區(qū)域，具有不同的細(xì)胞構(gòu)造剖面和受體結(jié)構(gòu)。(ii)功能性磁共振成像(fMRI)和損傷研究表明，語言相關(guān)皮層的延伸程度遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過這種假設(shè)，包括顳葉皮層的大部分、頂葉皮層的一部分，以及超過Brodmann44和45區(qū)左額下皮層區(qū)域。此外，語言并不像以前認(rèn)為的那樣是嚴(yán)格的左腦側(cè)化(如圖2)(iii)額區(qū)和顳區(qū)都參與語言理解和語言生成。(iv)語言相關(guān)皮層的連通性比經(jīng)典模型假設(shè)的要廣泛得多，當(dāng)然也不局限于弧形纖維束。(v)小腦和皮層下結(jié)構(gòu)，如丘腦和基底神經(jīng)節(jié)也起著重要的作用，尤其是在說話時(shí)間和順序的微調(diào)方面。經(jīng)典模式主要基于單字處理，認(rèn)識(shí)到這點(diǎn)很重要。語言具有超越單個(gè)單詞的組合機(jī)制的觀點(diǎn)雖然在語言學(xué)界是基礎(chǔ)知識(shí)，但在語言的神經(jīng)基礎(chǔ)方面，這一認(rèn)識(shí)是缺乏的。這可能在一定程度上解釋了為什么經(jīng)典模型嚴(yán)重低估了對(duì)語言很重要的大腦區(qū)域和纖維束。人類語言的一個(gè)特點(diǎn)就是能夠以新的方式組合單詞。這種結(jié)合是通過顛頂葉皮層與后腦皮層中Broca區(qū)與左額下鄰近皮層之間的動(dòng)態(tài)交互作用來實(shí)現(xiàn)的。這些區(qū)域之間的相互作用保證了從記憶中檢索到的詞匯信息被統(tǒng)一為連貫的多詞序列，并且具有整體的句法結(jié)構(gòu)和語義解釋。圖2語言的神經(jīng)基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)圖2語言的神經(jīng)基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)AThelanguage-relevnntconneclomeArcuatefast.(long)Arcuatefa5c.(ant)Arcuatefast.(post)Inf.fronlal-ocuipitalhsc.frontalaslanttractinf.logitudinalfasc.uncinatefasc.BSentencesvs.lowlevelbaseline(A)連接語言相關(guān)區(qū)域的纖維束。(B)在一項(xiàng)有204名被試參與的功能磁共振成像研究中，與低水平的基線相比，聽句子和讀句子的常見激活。神經(jīng)可塑性另外，與語言相關(guān)的皮層在某種程度上是可變的。最近的研究表明，在一定的條件下，典型的外側(cè)裂周區(qū)皮層也會(huì)參與進(jìn)來。語言處理發(fā)生在先天失明個(gè)體的枕葉皮層。雖然準(zhǔn)確的計(jì)算能力還有待確定，但有證據(jù)表明，視覺皮層的參與跟言語記憶任務(wù)中的行為表現(xiàn)有關(guān)。此外，先天失明個(gè)體的視覺皮層對(duì)句子有句法運(yùn)動(dòng)的反應(yīng)(即激活)，但對(duì)數(shù)學(xué)方程中的困難沒有反應(yīng)。這一結(jié)果支持了該區(qū)域有助于句子層級(jí)的句法結(jié)構(gòu)計(jì)算的假設(shè)。總的來說，這些發(fā)現(xiàn)表明，有關(guān)認(rèn)知功能規(guī)范的細(xì)胞結(jié)構(gòu)約束留有一定程度的自由。如果某個(gè)特定大腦區(qū)域的輸入模式發(fā)生變化，這個(gè)區(qū)域可能會(huì)被用于非常不同的功能基于這些類似的發(fā)現(xiàn)，Bedny得出結(jié)論，人類的皮質(zhì)具有認(rèn)知多能性，也就是說，能夠承擔(dān)廣泛的認(rèn)知功能。腦功能的專門化是由發(fā)展期間的輸入驅(qū)動(dòng)的，而這又受到連接性和經(jīng)驗(yàn)的限制。語言的基本構(gòu)件與基本運(yùn)算之間的映射關(guān)系，與人類大腦的神經(jīng)結(jié)構(gòu)之間的映射關(guān)系，至今仍未被完全理解。語言的神經(jīng)生物學(xué)基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的個(gè)體差異程度在很大程度上仍然是未知的領(lǐng)域。即時(shí)性原則現(xiàn)在，我們對(duì)語言處理動(dòng)力學(xué)的關(guān)鍵特征有了更清晰的描述，部分原因是神經(jīng)生理學(xué)測量的高時(shí)間分辨率。語言處理以驚人的速度進(jìn)行。我們很容易每秒產(chǎn)生和理解2到5個(gè)單詞。對(duì)速度的需求的結(jié)果是，在生產(chǎn)和理解中，語言構(gòu)件的提取和組合操作都是遞增的。此外，語言處理的特點(diǎn)是直接性原則。在理解中，語言和額外的語言信息一經(jīng)獲得就被立即使用。也就是說，關(guān)于語境和環(huán)境的知識(shí)、來自其他模式的伴隨信息（比如說話姿勢），以及關(guān)于說話者的知識(shí)，都被立即帶到同一個(gè)快速反應(yīng)的大腦系統(tǒng)中，該系統(tǒng)結(jié)合了單個(gè)單詞的含義。換句話說，大腦毫不拖延地利用所有現(xiàn)有的有關(guān)資料來共同確定說話者的信息。左額下皮層區(qū)域在與顳頂葉區(qū)域的動(dòng)態(tài)交互中起著重要的作用，它統(tǒng)一了決定話語解釋的不同來源的信息。雖然沒有確鑿的證據(jù)表明預(yù)測對(duì)理解是必要的，但有一點(diǎn)是十分明確的，艮順測有助于語言處理，而且可能與滿足對(duì)速度的要求有關(guān)。很可能，詞匯、語義和句法線索共同預(yù)測下一個(gè)預(yù)期單詞的特征，包括它的句法和語義構(gòu)成。語境預(yù)測與自下而上的分析結(jié)果不匹配，會(huì)導(dǎo)致大腦立即做出反應(yīng)，為彌補(bǔ)即時(shí)解釋過程而增加額外的處理資源。信息結(jié)構(gòu)語言處理的速度也得益于這樣一個(gè)事實(shí):話語通常是說話者和聽者之間較長時(shí)間互動(dòng)的一部分。在這樣的交互中，會(huì)話伙伴之間已經(jīng)共享了一些信息。這通常被稱為主題。新信息是添加的內(nèi)容，因此是消息的關(guān)鍵組件。這通常被稱為注釋。信息結(jié)構(gòu)是指主題和評(píng)論在句子組織中被包裝的方式。演講者經(jīng)常注意標(biāo)記包含新信息的焦點(diǎn)成分。不同語言之間的實(shí)現(xiàn)方式不同，因此信息結(jié)構(gòu)不存在語言上的普遍性。在一些語言中，語法位置用于標(biāo)記焦點(diǎn)成分;其他語言則可能使用焦點(diǎn)標(biāo)記韻律特征，如短語和重音。例如，在英語問答對(duì)中，答案中的新信息或相關(guān)信息通常帶有音高重音。在諸如“瑪麗在市場上買了什么？”答案可能是瑪麗買了蔬菜（用大寫字母強(qiáng)調(diào)）。在這種情況下，蔬菜是焦點(diǎn)成分，提供新的信息。在功能磁共振成像和神經(jīng)電生理學(xué)相關(guān)資料中發(fā)現(xiàn)：信息結(jié)構(gòu)調(diào)節(jié)語言相關(guān)的激活。例如，如果連續(xù)的語言中包含了預(yù)期外的字和不合理的語法，且他們是焦點(diǎn)組成的一部分，那么它們分別會(huì)引起相當(dāng)大的N400和P600效果。然而，如果他們是非焦點(diǎn)成分的一部分，這些效應(yīng)會(huì)強(qiáng)烈減弱甚至消失（如圖3）。被標(biāo)記音調(diào)重音的新信息大體上激活了注意網(wǎng)絡(luò)。這一現(xiàn)象可能是，為了調(diào)節(jié)語言處理的深度，在表達(dá)中標(biāo)記相關(guān)信息的語言特征（如音調(diào)重音），會(huì)觸發(fā)注意網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)作。這種解釋與這樣一種觀點(diǎn)是一致的，即對(duì)聽者來說，語言輸入的全面重構(gòu)在許多情況下是無法實(shí)現(xiàn)的，但就大多數(shù)目的而言，一個(gè)表面的和不完整的分析就足夠充分了，即一些語義和語法細(xì)節(jié)可能會(huì)被忽略。最近，F(xiàn)erreira和Lowder在預(yù)測、信息結(jié)構(gòu)和充分的語言處理之間建立了聯(lián)系。他們認(rèn)為，對(duì)主題信息的處理已經(jīng)充足了，而聽者的預(yù)測工作則專注于新的或有重點(diǎn)的信息（評(píng)論），因?yàn)椤袄斫夂徒忉屗枰闹皇窃u(píng)論其識(shí)別一一而主題已經(jīng)存在了”圖3語義上非預(yù)期的字引起的N400效應(yīng)的地形分布（A）非預(yù)期的字在焦點(diǎn)成分中。（B）相同的字在非焦點(diǎn)成分中。語用推理雖然在外腦皮層的區(qū)域，尤其是左半球，對(duì)命題內(nèi)容的編碼和解碼很重要，但這并不是語言加工的全部。話語的意義往往強(qiáng)烈地依賴于語境信息，而這些信息實(shí)際上并沒有被編入話語中。詞匯和語言結(jié)構(gòu)中的編碼決定了什么是意義或意圖。提取意圖的意義需要基于對(duì)相互作用的主體意識(shí)和意圖進(jìn)行假設(shè)，以及對(duì)適當(dāng)?shù)恼Z言使用擁有共同的理解。例如，在正確的語境中，“這里很熱”不僅會(huì)被理解為一種對(duì)事態(tài)的陳述，而且還會(huì)是一種隱含的要求（如打開窗戶或關(guān)小暖氣）。語言的社會(huì)約束力和交際作用在很大程度上取決于作出正確的語用推斷的能力。到目前為止，相對(duì)較少的研究調(diào)查了有效溝通的神經(jīng)基礎(chǔ)，這部分超越了詞匯檢索、句子語法和語義的核心語言機(jī)制。然而，它們在語言使用中出現(xiàn)的情況是相當(dāng)一致的。在心智理論網(wǎng)絡(luò)（ToM，thetheoryofmind（ToM）network，即一個(gè)處理心智活動(dòng)的大腦網(wǎng)絡(luò)）中，語用推理依賴于核心區(qū)域的貢獻(xiàn)。這些區(qū)域包括右顳頂葉交界處和內(nèi)側(cè)前額葉皮層，這些區(qū)域通常涉及需要精神狀態(tài)推理的任務(wù)，即思考他人的意識(shí)、情感和欲望。在一項(xiàng)研究中，作者讓被試在圖片前看句子。一種情況是，句子與圖片的結(jié)合可以被解釋為一種間接的行動(dòng)請求。如把“這里很熱”和一張門的圖片結(jié)合起來。被試將此解釋為要求開門。然而，同樣的話語與沙漠的圖片則被解釋為一個(gè)普通的陳述句。間接請求條件下的句子比不可能將其解釋為間接請求的句子更強(qiáng)烈地激活了心智理論網(wǎng)絡(luò)。由話語及其語境所誘導(dǎo)的言語行為的識(shí)別，似乎需要心智理論網(wǎng)絡(luò)中實(shí)例化的心智機(jī)制。多網(wǎng)絡(luò)視角一種研究語言神經(jīng)生物學(xué)的方法是從識(shí)別語言的本質(zhì)開始。一旦語言的少數(shù)核心特征在動(dòng)物中得以確立，那么人類大腦組織的哪些方面能夠體現(xiàn)語言的本質(zhì)，這個(gè)問題就可以解決了。這里所描述的敘述采取了一種不同的、非本質(zhì)的立場。它是基于這樣一種意識(shí)，即對(duì)人類語言技能的全面了解，并不能從言語和語言的本質(zhì)和非本質(zhì)方面加以區(qū)分（在語言學(xué)中，對(duì)言語和語言的區(qū)分是普通語言學(xué)這一科學(xué)學(xué)科誕生的標(biāo)志之一，因此，在語言研究中，對(duì)言語和語言的區(qū)分是極為重要的）。在第一步中，作者們需要將復(fù)雜的語言技能（如說和聽）分解為基本語言要素和基本語言操作，作為編碼和解碼命題內(nèi)容的關(guān)鍵構(gòu)件。這些主要是由顳葉皮層和頂葉皮層的左額下皮層區(qū)域和其他一些部分支持，側(cè)重于大腦左半球。需要通過與注意控制相關(guān)的多需求系統(tǒng)的交互來上調(diào)標(biāo)記從而進(jìn)入注釋或新信息的話語成分的處理。此外，還需要將話語內(nèi)容整合到跨多個(gè)連接話語的情境模型中。這個(gè)過程似乎涉及到右額下回和右角回。最