认知神经科学之语言

Part 1 语言理论

关于单词表征的中心概念是心理词典：关于语义（单词的意义）、句法（单词是如何组合成句子的）和词形（它们的拼写和发音模式）信息的心理存储器。心理词典没有固定的内容，单词可能会被遗忘，也会增添新的词。在心理词典中，一个单词的邻近词（词形相近或音相近或语义相近）会影响之后的信息提取，如，之前看过的cat可能会让hat更容易被回想起来。

大多数研究者认为，心理词典以特异性信息网络的形式组织在一起，词可以分为三个水平：词素水平，即词是如何拼读的，以声音的形式（音节）来呈现；词元水平，即由词素组成的一个单词；词元水平之上，是范畴水平，即单词的语义表征（三个水平即音节、单词、单词背后的语义）。

Collins和Loftus提出了一个关于心理词典的模型。在该模型中，心理词典中的表征是根据单词间的意义关系组织起来的，每个节点是一个单词，单词之间的联系是根据单词之间的联系或语义相关来构建的，如car和truck的联系要比car和clouds的联系要近。

还有的观点认为，对生命物体的概念加工依赖知觉（如视觉），而对非生命物体的概念表征（如人造工具）则依赖功能信息加工（加工“这东西有什么用处”）。

 

关于脑损伤病人的研究中，发现左侧颞极脑损伤与提取人名困难有关，左下颞叶前部损伤与提取动物名称困难有关，左下颞叶后侧以及颞顶枕联合区外侧损伤与提取工具名称困难有关。

 

Part 2 语言输入的知觉分析

我们如何加工语言，这涉及到两种输入方式，一是口头输入（语音输入），二是书面输入（视觉输入）。在口头输入中，我们需要克服几个变异，如同样的词语在不同的语境中表达的不同意思、相同词语因发音不同表达的不同意思（如嘲讽）。关于口头输入的语言信息加工的说法是，人可能是通过音韵信息，如重读或强调来获悉其表达的意义。口头输入中，涉及的脑区与听觉的回路是一致的（阅读中也常常会激活语音信息加工的脑区）。

而在书面输入中，我们需要识别词语的组成并理解其含义。为此，有研究者提出了鬼蜮模型（鬼用来表示信息加工的不同阶段或子阶段）：首先，图像鬼提取词语的视觉信息（如识别car,分别提取“c”、“a”、“r”三个字母），之后特征鬼对视觉形象做分析（如根据曲线、横线等来识别这几个视觉形象的字母），而后，认知鬼将带有这些特征的字母激活，最后，最符合特征的表征被输出被决策鬼选择出来（也就是单词中的字母被识别了）。

关于书面理解的脑区研究，左半球的枕颞区域可能专门负责正字法单位，当我们需要将正字法输入转化为语音信息来对单词发音时，左侧额下回似乎起一定的作用。

 

 

Part 3 单词加工

关于单词的加工，模块模型认为正常语言理解是由分离和独立的模块来执行的，只能够自下而上地加工（从看到的单词，一层一层地加工直至理解语义）；而交互模型认为，所有类型的信息都可以参与单词识别，也就是既可以自上而下的加工，也可以自下而上的加工。

 

单词加工在心理语言学中，有几个主要的成分：词汇通达、词汇选择和词汇整合。

词汇通达指的是知觉分析的输出结果激活了心理词典中的词形表征的加工过程，如看到ship这一单词，我们的视觉接受到相关信息，并与头脑中储备的信息相匹配，辨认出该单词的组成（s、h、i、p四个字母的组合体）。听觉中单词在头脑中的加工，有层级假说：对单词的语音相关加工在颞上沟附近区域完成，但这个区域不涉及词汇-语义信息加工；接着，信息从颞上沟传递到颞中回和颞下沟，进行单词的语音和词汇-语义加工；再下一步，是角回相关区域完成分析工作。

 

在词汇选择过程，有人认为，首先是符合词首的表征被激活（如sleep、slap、sheet），然后随着信息输入的增加，筛选出最符合的表征（当s、h、i、p完全纳入筛选时，最后头脑中将会筛选出最符合的表征，即ship）。

对于单词的理解，常常需要结合一定的语境，特别是那些一词多义的词。从语境的影响出发，又可以将单词识别分为两种加工：低水平表征加工，即纯粹通过感觉输入建构的表征，通俗理解是直接根据单词本身进行加工；而高水平表征加工，即在单词加工之前还加入了语境分析，通俗理解为在获悉单词到底是什么意思之前对单词所在的句子进行了分析。

结合之前的模块模型和交互模型，会发现，模块模型的严格自下而上的加工模式是排斥高水平表征加工的，也就是说，模块模型认为高水平的表征（语境）是无法影响到对单词语义的理解的，它认为只有在词汇通达、词汇选择后到达“上级加工”才会发生高水平表征加工；而交互模型认为早在获得感觉信息之前，语境就已经影响到了心理词典中词形表征的激活。另外，关于单词识别与理解，还有一种混合模型，认为词汇通达是自动的过程，但词汇选择就可能受到感觉和高水平语境信息的影响。

 

单词整合过程，是我们要理解单词需要进行的一个步骤，我们需要将已经识别了的单词的句法和语义特征整合到整个句子或话语的表征中。有研究发现，句法结构会对之后相似结构的句子的单词理解有启动作用，即之前看过相似的句法结构的句子，之后再理解相似句子中的单词时，反应会更快。心理语言学认为，这是因为词元不仅仅包含一个单词的句法特征信息（如名词或动词），还会包含了其可能构成的句子的结构信息。当获得了合适的词元信息后，蕴含于单词中的句法结构将快速被激活的过程被称为句法分析。关于句法分析的发生，目前有一个非常有影响力的模型——花园路径模型，该模型假设，我们以一种满足正常理解的最少加工方式来加工句法信息，其背后有最少修饰和迟闭合两种机制：最少修饰机制确保句法分析能只需要计算最少量的句法节点；迟闭合机制试图将进入的单词分配到正被加工的句法短语或从句之中。在句法分析的研究中，交互模型更符合实验结果，关于事件发生顺序的概念知识会立即影响句子的加工，比如我们已有的知识中知道要先测验才会有分数，在加工句子信息时，符合常理的句子比违背常识的句子更容易加工。

在词汇整合不仅仅会出现在句子中，也会出现在整个语篇（如一整个段落）中。在语篇中，理解最主要的任务是通过线索将现有的文本与更大的语篇联系起来，语言线索包括：重复和同义词、代词和语篇凸显，非语言线索一般是我们关于客观世界的知识。

类似于先前的两种理论（模块化理论和交互理论），有一种观点认为只有在单词词汇、句法和语义特征被整合到局部句子的语境的意思后，更大语篇的意思才会影响加工（对应自下而上加工的模块化理论）；另一种观点则认为语篇的意思对局部句子中的单词的加工的影响是即刻发挥作用的。

在语篇中理解单词，有一种神奇的现象：有时候理解者在解释语篇时没有将每个单独单词的语义信息都考虑进来，实验发现，读者在读故事时无法马上发现句子中出现的未被常理的单词（即语义违背现象）。

与句法加工相关的神经结构是布洛卡区和威尔尼克区，有研究者报告，在进行句法的复杂加工时，颞叶外侧（布洛卡区）和颞上皮质后部（威尔尼克区）都有激活。

 

Part 4 言语产生

言语产生，我们往往需要在脑海里寻找一个合适的单词概念作为开始。

言语产生的第一步是准备阶段。Levelt认为，信息准备包括宏观计划和微观计划，宏观计划是我们究竟想要做什么的计划，表现为具有先后顺序的目标和子目标。而微观计划则是我们要如何表达这些信息，用什么单词和句子来表达。更为具体的，首先是进行词汇选择，选择好词后，相应的语音信息也被提取出来（音韵信息，关于一个单词的音节数和重音模式）。与之相关的是“舌尖状态”，即知道想要表达的是什么，但是就是无法说出相应的词。

言语产生的相关脑区损伤会表现出不同的障碍：威尔尼克失语症病人会产生语义混乱，因为他们不能提取适当的概念；布洛卡失语症病人因为不能适当控制发音肌肉而出现构音困难（说不出）。

实验中，用侧准备电位（LRP，即当一个人准备做一个动作而又在实际动作还未开始之前，LRP就开始出现）对被试进行观察，结论是词元选择可能发生在词素水平的语音信息被激活之前。而在图片命名和单词产生的脑成像研究中，左半球颞叶底部和左半球岛盖额部（布洛卡区后部）被激活，这说明岛盖额部可能专司言语产生的语音编码，布洛卡区后部则涉及单词发音。

Part 5 语言和语言障碍的神经心理学

在语言障碍的研究中，大多数是来源于失语症病人的研究。失语症指的是神经损伤导致语言理解和产生方面的整体缺陷。失语症分为原发性失语症和继发性失语症，原发性失语症是言语加工机制本身存在问题导致的，而继发性失语症则是由极易损伤、注意障碍或知觉问题等造成的。

在过去，失语症的研究发现了布洛卡区和威尔尼克区，前者包括三角部、岛盖部这两个额下回亚结构，后者包括颞横回内的颞上回前部。长达100年之久的主流观点是：布洛卡区损伤会造成口语产生苦难（即表达性失语症），威尔尼克区损伤会损伤阻碍语言的理解（即接受性失语症）。

而后，经典定位主义模型被提出，该模型认为威尔尼克区代表语音词典，我们听觉的信息需要在此加工，布洛卡区是计划和组织口语交谈的区域，在二者之间，有概念存储区进行调节。根据定位模型，听觉语言信息是这么传递的：听觉输入在听觉系统被转换，然后信息到以角回为中心的顶颞枕联合皮质，再传递到威尔尼克区，然后语音信息在此提取单词表征；之后，信息流从威尔尼克区经过弓形束（白质神经束）到达布洛卡区，单词表征激活概念中心的相关概念，口语产生。

在临床上，医生往往会将失语症病人分为Broca失语症和Wernicke失语症。布洛卡失语症患者的口语常常是电报式的和吃力的，充斥着很多突然的爆发，该症状除了鱼角部和岛盖部有关，还和布洛卡区下面的结构（脑岛皮质、基底神经节的壳核等）有关。威尔尼克失语症主要表现为语言理解障碍，这种综合征的病人有理解口语或书面语言的困难，口语流利但是说出的话是没有意义的，与布洛卡失语症类似，持续性的威尔尼克失语症者的颞叶皮质后部周围皮质或连接颞叶语言区和其他脑区下部的白质也会受到损伤。

此外，从威尔尼克区到布洛卡区的通路弓形束被破坏时，也会出现传导性失语症，概念存储区（经典定位主义模型）和威尔尼克区之间的联结受损也会损害口头输入的理解能力。

失语缺陷的病理机制，目前有几种看法：在语言任务的成绩中显示，对语法理解的缺失是加工缺陷而非表征缺陷（缺乏相关知识）导致的，也就是说，患者拥有语法知识，但是有时能够使用有时却又不能；还有一种观点认为是实时加工语言的能力受损，由于对语言的理解是一个快速加工的过程，一旦个体在语言加工上出现很长的延时，则会表现出失语症理解缺陷，例如不能够快速地利用语境来对单词的恰当意义进行理解。

 

Part 6 语言的神经生理学

单从脑损伤患者来研究语言的神经机制，会存在很多知识局限，因而，结合之前介绍过的其他认知神经科学研究方法，如PET、fMRI等技术，可以将语言的神经机制更明确地把握。

在语言的功能性神经成像研究（如PET）中，卒中引起的失语症者的新陈代谢水平下降的现象不仅会发生在卒中损害和细胞死亡的区域，而且在周围连接区域上也会有激活水平的改变。从这里看，会发现，即使脑损伤只在某个区域，周围脑区的神经功能也会受到影响，也就是说，从脑损伤的研究中推论出的语言功能区，可能还包括更为广阔的周围区域功能受损。

在语言的电生理学研究（如ERP）中，发现当单词与语境不符时，600ms后产生了一个负电位脑波（称为N400）。N400特异于语义分析，其波幅大小与很多因素相关：单词之间的语义联系、单词重复、单词频率以及单词在句子中的位置。可以理解为，单词在句子中或篇章中、句子在篇章中的语境不符时，即词汇整合发生困难时，N400会出现。除了N400，P600会在句法加工的过程中产生。P600是一个由违反句法的单词所诱发的大波幅正电位。P600不仅会在违反句法的句子加工中出现，而且会在非习惯性的断句或花园路径句（具有误导性的句子，因而第一次看到句子往往会理解错误，需要进行二次加工才能够正确理解）加工时出现。另外，当单词违反句子所需的词性（如本来是接动词结果接了名词）或违法构词规则（即单词本来应用复数却用了单数）时，左前负波出现。

 

关于语言理解的神经模型，Peter Hagoort综合了近来脑和语言的研究成果，提出语言加工的三种功能性成分以及它们在脑中的可能表征：

记忆，在心理词典或长时记忆中存储和提取词汇信息。

整合，将提取的口头输入或书面输入整合成一个整体性的表征。

控制，将语言和行动关联起来。