漢、維語動詞產(chǎn)生任務(wù)的腦因果效應(yīng)差異研究*

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

對于不同語系的人群來說，是否存在腦結(jié)構(gòu)或者功能上的差異，是目前神經(jīng)語言學(xué)研究的一個熱點［1，2］；有研究發(fā)現(xiàn)不同語種的被試在進行讀寫任務(wù)時，存在共同的讀寫腦網(wǎng)絡(luò)［3］；漢語和英語在進行語言理解任務(wù)時，兩者語言處理主要由左側(cè)半球的傳統(tǒng)語言腦區(qū)完成，但是腦區(qū)間的交互方式有差異［4］。然而，對于我國最大兩種語言漢-維語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。

維吾爾語屬于拼音文字，其主要特點是書寫時自右向左，自上而下；漢語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)語音；而對漢字來說，不管是未成年人還是成年人，都是一字一音一義地逐個習(xí)得。拼音文字表現(xiàn)及記錄的是音素，其字母本身無意義；而漢字卻是一種語素文字，其基本元素是形、音、義之統(tǒng)一體［5］。此外，維語是我國第二大語系，對漢-維兩個完全不同語種的語言腦功能差異的研究，能幫助我們闡明兩個語種人群在語言活動過程中神經(jīng)機制的差異，為探索兩個語種之間的思維習(xí)慣和認(rèn)知方式提供科學(xué)依據(jù)。

目前，僅有的幾項針對漢-維語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：維吾爾語正常人動詞產(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)行動詞產(chǎn)生任務(wù)時，維族左側(cè)頂下小葉、額下回、梭狀回和海馬旁回等腦區(qū)可見明顯的正激活，漢語組相對激活較弱，而漢語組右側(cè)顳上回可見明顯激活。目前為止，除了激活腦區(qū)的差異外，由兩種語言文字特點、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，并未見相關(guān)的研究。

由于腦功能活動一般以功能環(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，對兩種語系大腦語言功能進行皮層交互建模，進而探索大腦有效連接可以有效的揭示兩語系之間的功能腦網(wǎng)絡(luò)差異。近年來，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模型的預(yù)假設(shè)出現(xiàn)錯誤而導(dǎo)致結(jié)論可靠性低的問題。本研究采用Granger因果分析方法研究漢維語功能腦網(wǎng)絡(luò)，對比以漢語和維語為母語的人群進行動詞產(chǎn)生任務(wù)時大腦處理過程的差異性，從神經(jīng)機制方面為探索兩個語種人群之間思維習(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

研究受試對象來自新疆醫(yī)科大學(xué)。最終共納入母語為漢語或者維語的51例語言功能正常且只會一種語言的受試者，其中漢語組（21～77歲）受試者25例（男15例，女10例）；維語組（21～74歲）受試者26例（男女各13例）。受試者均為右利手，無精神系統(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。試驗任務(wù)采用視覺呈現(xiàn)方式，采用組塊設(shè)計模式（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是采集信號數(shù)據(jù)作為基線，之后進入9次的組塊序列，動詞產(chǎn)生任務(wù)首先在屏幕中央呈現(xiàn)一個單字名詞，時間為2 s，然后注視屏幕中央的“＋”號，與此同時要求被試者聯(lián)想與該名詞相關(guān)的動詞，時間為3 s，在刺激態(tài)30 s內(nèi)，2種狀態(tài)交替呈現(xiàn)6次，然后進入靜息態(tài)30 s。漢語組被試者采用漢語，維語被試者采用維語，內(nèi)容完全相同。如漢語名詞為“飯”，動名詞組為 “做飯”、“吃飯”；維語名詞為“”，動名詞組為“”、“”。

2.3 數(shù)據(jù)預(yù)處理

使用DPARSF分析軟件對從實驗中獲取的fMRI數(shù)據(jù)進行數(shù)據(jù)預(yù)處理，包括時間層校正、頭動校正、空間標(biāo)準(zhǔn)化、平滑以及協(xié)變量（頭動參數(shù)，白質(zhì)、腦脊液信號）的剔除。

2.4 激活腦區(qū)計算

使用（statistical parametric mapping 8，SPM8）軟件對數(shù)據(jù)進行任務(wù)態(tài)激活，進行specify 1st level分析，結(jié)果顯示漢語組激活的腦區(qū)（voxel大于50）為左側(cè)尾狀核、枕下回、輔助運動區(qū)、頂下緣角回；維語組未見明顯激活腦區(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因果分析方法來描述種子點（CAU.L）和全腦其他體素的時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的區(qū)域（T值點對應(yīng) MNI坐標(biāo)（-9，12，12），位于左側(cè)尾狀核（CAU.L））為種子點。接下來，選用REST分析軟件進行全腦范圍的Granger因果分析。

2.6 數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析

采用雙樣本t檢驗對兩組結(jié)果進行統(tǒng)計分析，同時將各組被試的年齡、性別作為協(xié)變量剔除。最后采用GRF校正方法進行校正分析，分析結(jié)果見表1、表 2。

3 結(jié)果

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

表1 Granger內(nèi)向信息流漢維語組間對比（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對其他腦區(qū)的Granger因果連接結(jié)果。與維語組相比，漢語組對右側(cè)顳中回、扣帶回、距狀溝等腦區(qū)的Granger因果連接增強。

表2 Granger外向信息流漢維語組間對比（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，同時選取任務(wù)態(tài)激活腦區(qū)進行組分析，組間分析結(jié)果顯示左側(cè)尾狀核區(qū)域為激活差異顯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)）對語言功能具有重要作用，相關(guān)研究發(fā)現(xiàn)雙語者在進行詞匯和語言切換時，CAU.L會起到檢測和控制的作用［8］；此外，語言認(rèn)知控制會調(diào)用以尾狀核為節(jié)點的包含額葉、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)。從語言腦區(qū)交互關(guān)系方面探索漢、維語之間神經(jīng)機制的差異，通過對種子點與其他腦區(qū)之間的Granger有向信息流進行組間對比，發(fā)現(xiàn)漢語組CAU.L同語義、記憶、視覺相關(guān)腦區(qū)間的有效連接強度普遍大于維語組，漢語組動詞產(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，且漢語組的連接強度全部高于維語組（見圖1）。其中，顯著性水平最高且體素最多的一條信息流來自于大腦右側(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)為會參與到語言、記憶相關(guān)活動，相關(guān)研究發(fā)現(xiàn)楔前葉會參與詞匯相關(guān)的記憶任務(wù)，角回在記憶提取處理中會起到調(diào)節(jié)作用［10-11］，推測在此處參與了語言記憶信息的處理［12］，并通過有效連接通路將信息傳到CAU.L，從而促進語言信息的進一步加工。

圖1 正常語言水平漢-維語動詞產(chǎn)生任務(wù)組間對比Granger因果模型，節(jié)點大小表示對應(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。楔葉和距狀溝是視覺信息接收和處理的重要腦區(qū)，由于動詞產(chǎn)生任務(wù)要求被試者持續(xù)注視屏幕，文字圖形信息通過視覺神經(jīng)傳到初級視覺皮層（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)果提示動態(tài)的內(nèi)向流輸入在影響CAU.L本身信息處理的同時，也會影響CAU.L對大腦皮層其他腦區(qū)的外向流輸出，從而實現(xiàn)CAU.L在動詞產(chǎn)生任務(wù)中整個大腦活動網(wǎng)絡(luò)中的調(diào)節(jié)作用［11］。

在三條GC外向信息流中，漢語組CAU.L對右側(cè)扣帶回和顳中回兩個部位的GC連接增強?？蹘Щ嘏c記憶的提取、傳遞等一系列活動有關(guān)，相關(guān)動詞產(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別和獲取文字意義時發(fā)揮重要作用外，也參與語義記憶加工等連續(xù)活動［13］。漢語組在這兩個腦區(qū)GC外向流增強，可能是語言記憶相關(guān)任務(wù)產(chǎn)生信息流不斷由CAU.L傳遞至這兩個腦區(qū)從而強化了這些通路。由于動詞產(chǎn)生任務(wù)包含了記憶的調(diào)用、傳輸和處理等諸多過程，基于經(jīng)濟型原則，漢語組CAU.L與扣帶回等記憶相關(guān)腦區(qū)之間增強的GC連接，可能是由于漢語組在執(zhí)行動詞產(chǎn)生任務(wù)時會頻繁與這些腦區(qū)進行交互，從而易化了這些通路。在進行動詞產(chǎn)生任務(wù)時，漢語組CAU.L同語義、記憶、視覺相關(guān)的多處腦區(qū)間有效連接普遍強于維語組；任務(wù)態(tài)激活分析結(jié)果也顯示，在進行動詞產(chǎn)生任務(wù)時漢語組激活腦區(qū)大小和強度遠(yuǎn)大于維語組，提示漢語受試者在執(zhí)行動詞產(chǎn)生任務(wù)時大腦更為活躍、進行了更復(fù)雜的腦區(qū)交互即神經(jīng)機制更為復(fù)雜。

本研究采用Granger因果分析技術(shù)，從時空聯(lián)系角度探討漢、維語正常人動詞產(chǎn)生任務(wù)時大腦相關(guān)腦區(qū)的有效連接差異。研究表明，漢語組CAU.L與語言、記憶、視覺相關(guān)等腦區(qū)間的有效連接強度普遍強于維語組，說明漢語組動詞產(chǎn)生任務(wù)神經(jīng)機制可能更加復(fù)雜。本研究將有效連接方法應(yīng)用到漢、維語動詞產(chǎn)生任務(wù)的研究，進一步闡明了兩種語言動詞產(chǎn)生任務(wù)腦區(qū)間的交互差異，有助加深對于對兩種語言神經(jīng)機制差異的理解。之后的研究可進一步從網(wǎng)絡(luò)角度來探索兩種語言不同的神經(jīng)機制。