语言获得与大脑发育

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语言获得是人类的一个最根本特征，而且很显然，是大脑承担着这项发育变化。在语言获得的几年里，大脑不但储存了语言信息，而且也适应着语言的语法调整。功能性神经元成像的最近进展，对大脑发育的系统水平分析作出了充分的贡献。在这篇综述中，对语言获得的最后位点在成熟大脑是如何被代表的作了最新回顾，对第二语言获得的皮质可塑性的最新发现进行了总结，特别集中考虑了语法中枢的功能。

 

一个孩子可以在几年获得任何一种自然语言，而不需要分析思维的帮助，也不需要额外的“语法”指导（如在学校里所教的那样）。这样，语法规则的起源应该归功于人类大脑的天生系统。人类语言的知识和能力，是通过各种方法和形式类型而获得。语言学家把讲、唱和语言理解看成为语言的第一能力，即天生的或生物学所决定的；而把读和写看成是第二能力。确实，母语或第一语言（L1）是在出生的头几年，随着儿童快速扩张语言知识，通过这样一个首要能力而获得。与此相对照，阅读和书写则是有意识地努力和重复而学到，一般是在学校里。这种能力可受到文化而不是生物因素的影响。不过，继发的阅读困难者的存在，提示阅读能力也需要特定的神经机制，一系列的阅读困难和听觉损害的解决办法已经被提出来。因此关键是理解特独的语言能力是如何在不同年龄的大脑发展的。图一说明了L1能力的典型发展过程。这与头几年的大脑容积巨大增加相一致。婴儿的讲话是从6-8个月的伊呀发音开始，到10-12个月的单词阶段，然后到2岁的双词阶段。手语系统，无论是对聋者还是听力正常者，都是以同样的发育过程自动获得，都从手势的无声儿语开始。不过，这些明显的发展变化都只是语言的外在表现。讲话的理解，甚至语法知识，早在出生后几个月就开始发展了。

L1和第二语言（L2）之间的语言因素，存在着明显的对照。L2能力好象并不需要发育的决定性阶段，个体之间的差异非常大。所以，L2是否需要与L1同样的专门机制是个争议。L2可以在生命的任何时期掌握，但是，如果它的获得是在所假设的敏感期（从婴儿到青春期，-12岁）以后，那L2的能力就没法和L1的能力相比。对语言接受敏感期的注意，来自于大脑再组织适应性的损失，源自青春期后的获得性失语证。敏感期的概念已经扩展到L2的获得，移居美国的讲中文或韩语者，如果是在7岁后，其英语的熟练程度就下降。这个假说最近受到事件相关脑电位（ERP）研究的挑战。成人学习一种少有的人工语言，他对句法上的不规则，所表现的ERP反应，与自然语言说话时是一样的。也有可能，不同的语言能力的获得，有着它们自己的发展过程，而它们的敏感期的时间和时期是不同的。以这个观点，我首先要搞清基本语言因素和它们在成熟大脑中的代表区域，如用大脑地图技术所提示的那样。主要语言因素是词汇水平的发音和词汇语义，句子与讲话水平的句子理解和语法。这些无疑都互相作用。一个关键问题是，这些因素是否与大脑的特定区域相关。这样我就关注了L2获得的功能性成像研究的进展，结果表明，在语言发展的过程中，大脑特定区域的活动性有变化。

发音和词汇语义

最新的功能磁共振（fMRI）和正电子发射断层X摄影技术（PET）研究表明，听觉语音处理与后上颞叶（STG）（布罗德曼区（BA22））的活动性相关，而词汇语义处理与左侧外侧裂颞顶区（包括岛回和缘上回）（AG/SMG）的活动相关。不过，对语音与词汇语义的对比研究，报告了许多其它区域，包括下额叶区域；发音处理在不同的亚区的提取水平是变化的。我们已经显示，在发音决定和声音辨别比较实验中，双侧STG的活动性比句法和语义决定实验实验要强，即使用的是同样的讲话刺激。另一方面，在词汇语义试验的功能性成像研究中，左侧AG/SMG和额叶区的活动性不太一致。不同于语义处理，词汇语义试验涉及多个认知因素，这样，根据参与者的特定策略，不同皮质区被重新组织。

句子理解

句子传达的不仅仅是单个词汇的词汇语义信息，还有根据句法结构的句子意义。句子水平上的语义处理，不同于简单的单词词汇语义处理总和。譬如，“约翰认为大卫表扬了他的儿子”的意思，与“约翰认为他的儿子表扬了大卫”的意思完全不同，虽然这两句所涉及的词汇是一样的。因此，句法结构的处理，在句子意义中，词汇语义信息的选择整合，起着关键作用。我们认为，下额回（IFG），从角部（F3t或BA45）扩展到眶部（F3O或BA47），是选择和整合语义信息的假定区域，这与单词的词汇语义处理是分开的。我们直接比较了句子理解与词汇决定试验的皮质兴奋性，在看和听的条件下，左侧F3t/F3O区，都有说话水平的兴奋。我们也搞清了，在句子任务中，左侧F3t/F3O区与与左中央沟前回的之间的功能联结明显增强，但在词汇语义任务中却没有。在神经成像领域，结构和功能联结越来越得到强调，以澄清在语言处理过程中，分散而又相互联系的神经元群是如何以协同的形式一起活动的。

最近的一项fMRI研究表明，美式手语（ASL）的处理，对本土的聋者和非聋者，都涉及到双侧皮质区，而对书写英语却是左侧化。值得注意的是，对聋者，ASL是L1，书写英语却是L2。另一项fMRI报告，处理英式手语（BSL）时双侧皮质活动，但与听视讲话条件比较，手语并没有右侧大脑皮质活动增强的证据。因此，搞清“什么是左，什么是右”，成了相当大的挑战。因为手语的失语证，主要是左大脑的损伤。所以要搞清，在手语和口语中，句子理解的功能是否单侧化。用句子理解和句式探测，我们比较了不同组和刺激条件。在手语条件下，用日本式手语（JSL）刺激的句子，我们比较了两组参加者：用日式手语的聋者，和既可日式手语又听日语者。在讲话条件下，只是听日语刺激，或者对日语和日式手语的视听刺激。将四种条件交叉，兴奋总是在左侧的额和颞顶区。而且，与口语和手语的形式无关，句子理解的活动选择主要是在左侧脑区，包括左侧F3t/F3O；只有左侧F3t/F3O不会显示形式条件的主要效应。这些结果提示，左侧脑区对理解句子的功能优势，具有共同模式。左侧F3t/F3O处理语言信息，无论是对口语还是对手语句子，都是基本的和普遍的。

句法——语法的核心

虽然对句子处理的各个方面如何再划分有许多看法，但没有一致意见。越来越多的证据证明，左侧IFG和左侧运动前区皮质（Bas6、8和9，主要在8）的鳃和三角区（F3op/F3r），选择性地与语法处理相关。左侧前运动区位于中央沟和下额叶的连结处┱?迷谧?/SPAN>F3op/F3r的背侧。我建议，这些前额区可以看作为语法中心，反映语法处理的普遍特点。是否存在一个特别区域的神经系统来处理语法问题，它与其它认知系统是可分开的？我们直接比较了句法决定和口头短时记忆大脑活动，左背IFG（F3op/F3r的一部分）和左运动前区皮质显示对句法决定试验选择性兴奋。这些区域的兴奋与处理句法结构的分析有关。但不能解释试验的难度和口头短时记忆成份。人类左额叶就这样被特化为句子理解中处理句法的独特系统，其它动物却没有这样的类似结构。

对正成像技术作为人类学习的一个工具，其限度在哪里，存在着很大争议。譬如，这些技术对于提示皮质活动与语言功能之间有着因果联系来讲是很不充分的。为了在语法中枢和词语处理之间建立一个因果关系，我们用穿颅磁刺激（TMS）和最少对例子，这里，无论是句法因子还是语义因子，在刺激对上都是不同的。成对的事件相关TMS刺激到左侧F3op/F3t，有选择地降低了句法决定反应时间，但不降低语义决定反应时间。提示易化的选择性生理效应。在处理正常的和不规则句子的句法确定时，都可见到这种效应。也见于对左F3op/F3t，在特定时间内（150毫秒一个动词）给予磁刺激时。即使给予的物理上相同的“正常”句子刺激，对正常句子和不规则句子，TMS也根据所作的清楚语言决定表现不同的效应。这些结果表明，左侧F3op/F3t在人类句子处理的语法中枢起着关键作用。

L2获得阶段语法中心的功能变化

在获得一种新的语言中，语法中枢的功能是怎么调节的？起码有二个因素影响着大脑皮质的活动变化：L2的熟悉水平（PL）和学习年龄（AOA）。据报告，L1（AOA之前六年）和L2（AOA之后七年）在皮质区有不同的代表区域，而其它研究报告，它们在句子理解任务中有着共同的神经基础。一个fMRI研究支持AOA对皮质活动的影响，表现为左侧IFG在L2的语法处理中，其活动性比L1大。不过，另一份fMRI报告称，暴露于语言的程度，影响左侧IFG的活动性，即使AOA已经掌握。已经指出，在儿童组（7-10岁）和成年组的年龄和任务中，左额叶和外侧纹状体区以不同的方式调节。不过，年龄和PL对皮质的影响，常常是模糊的，随着所要求的各种语言和所执行的任务结果。还不清楚，这些因素是否在实际上是互不相干的。

根据这些不确定，我们试图澄清年龄、PL、年龄任务要求、和调节活动性的任务执行在左侧IFG之间的关系。我们检查了学习英语被动语态动词，作为L2知识改变大脑活动性，在13岁学生（日语为母语）第一次学习英语。目标是双胞胎（六对单卵受精，一对双卵受精），这样更有兴趣搞清双胞胎的共同因素是否会影响他们的语言能力和神经结构。两个月内，这些学生强化了英语动词的强化学习作为课堂学习的一部分。接受两次fMRI，分别是训练前（day1）和训练后（day2）。当day2英语过去时任务（EP）与英语动词匹配任务EM）比较时，发现活动性主要在左IFG。这种活动性在day1是没有的。日语过去式（JP）和日语动词（JM）匹配比较，结果同样是左侧IFG活动，这与语法处理的普遍特征相一致。这些结果提示，L2获得的皮质可塑性，起码在13岁，被指向L1特化的左侧IFG。虽然学生的语言知识和执行过去式作业时，L1和L2之间存在着明显差异。每一对双胞胎，从day1到day2，左后IFG活动的明显增强，表明高度有意义的相关性。这提示，功能变化，特别在左IFG所观察到的，以完全可预见的方式，共享着遗传和环境的因素影响。左侧IFG活动性的增强，预示着每一个实验者改进了他们的过去时的知识，随后的fMRI研究，我们测试了19岁的实验者，他们学习英语已经六年，比较了上面提到的EP和EM试验的皮质活动性。左后IFG的活动性是低下的，而PL却比较高。表明PL对这个区域的活动性起着主要作用。另一方面，13岁的日语（L1）参与者的左侧F3t/F3o区的活动性，明显比19岁组高，尽管执行的是L1任务。我们的结论是，语法中心起着促进特别的语言学功能，对于掌握任何一种语言都是十分必需的。

把这些任务选择活动变化结合在一起，左后IFG活动，在L2获得的早期阶段，随着PL的改进而增加；当L2达到熟练后却下降。这些结果反映了一个语言发展时活动变化的更普遍的规律。皮质活动在获得的开始阶段是增加，然后是活动性的维持，接着在语言能力的巩固阶段就下降。另一方面，局部皮质血流和代谢率的发育变化，一开始是增加，大约9岁后下降。因为儿童和成人之间这样的代谢差异，会影响组间分析时的fMRI资料的获得、分析和解释，有必要进行任务控制，以弥补大脑里的球形生理变化。而且，如果上面呈述的一般规律是可用的，一个大脑区域活动的高、低、或相对的活动性，依赖于所比较的发育阶段。

展望

正成像技术已经应用到反映新生儿讲话感知的大脑活动的“原始状态”的研究。将来，不同发育阶段的实验对象，可以通过功能成像研究，对语言和/或一般认知任务，进行系统的测试。区域性的大脑容积和组织浓度差异，也可以用voxel为基础的形态测量学找出特征，这项技术可以用一个大的人群阐明大脑的结构发育，扩展成人大脑的研究。又胞胎研究已经提示了大脑结构的遗传因素，意义更大的是它们对左脑语言区的影响。大脑结构和功能的纵向研究，将进一步提示他们一般的和个体差异的发育倾向。而且，神经学上的情况，如诵读困难和失语症，他们恢复时的功能变化观察，无论对儿童还是成人，都有助于康复和挽救。对于正常的大脑发育，确定在L1和L2的特定阶段时左侧IFG的活动性，仍将是必要的，这样可以澄清敏感期的存在。将来要研究左额叶和其它皮质区的各个亚区，共同工作和促进人类独特的语言的获得。这个有希望的途径，不仅仅可以从间接行为改变，而且可以从直接大脑变化去评估发育变化，它正跨向一个人类语言的系统神经科学的新纪元。

原文来自网页:

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大脑发育完的话，语言就会不完善吗？

To help some readers understanding this paper, here is a brief introduction from 2005年11月4日Science中文摘要 on this website.

语言与大脑
在另一篇观点文章中，Kuniyoshi Sakai总结了最近的功能神经成像工作的进展，这些工作旨在了解大脑的哪些部位在执行基本语言功能时激活，这些功能包括有声语言和手语的讲话和理解。Sakai特别考虑了在所谓的“关键期”（从出生至10到13岁左右）学习语言与在这个时期之后学习语言时，大脑涉及理解、产生语言的声音、单词和句子上的区域有什么不同。当然，澄清语言和大脑的联系还有更多的工作要做。
观点：Language Acquisition and Brain Development, Kuniyoshi L. Sakai