視覺(jué)詞語(yǔ)識(shí)別任務(wù)下左右腦功能網(wǎng)絡(luò)局部形態(tài)的分化

張笑非，楊 陽(yáng)，鐘 寧

(1.北京工業(yè)大學(xué)信息學(xué)部，北京 100124；2.江蘇科技大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院，江蘇 鎮(zhèn)江 212003；3.磁共振成像腦信息學(xué)北京市重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100124；4.北京林業(yè)大學(xué)人文社會(huì)科學(xué)學(xué)院，北京 100089；5.前橋工科大學(xué)生命科學(xué)與信息學(xué)系，群馬 前橋 371-0816,日本)

詞語(yǔ)的視覺(jué)識(shí)別是閱讀過(guò)程中的重要環(huán)節(jié)，個(gè)體在閱讀過(guò)程中雖能夠輕松識(shí)別詞語(yǔ)的視覺(jué)表征，但詞語(yǔ)的正字法結(jié)構(gòu)與其語(yǔ)音及相關(guān)語(yǔ)義的映射匹配加工涉及非常復(fù)雜的認(rèn)知加工過(guò)程[1].神經(jīng)影像學(xué)研究發(fā)現(xiàn)，相對(duì)于其他類型的刺激，位于左側(cè)顳枕后溝(left occipital-temporal sulcus,LOTS)的視覺(jué)字形區(qū)(visual word form area,VWFA)在接受單詞類型的實(shí)驗(yàn)刺激時(shí)，其在血流動(dòng)力學(xué)上會(huì)表現(xiàn)得更加活躍[2].Coslett等[3]研究認(rèn)為，大腦頂葉在語(yǔ)義處理中起著重要作用，特別是對(duì)于主題(thematic)關(guān)系而言；在這種關(guān)系中，來(lái)自多個(gè)感覺(jué)和運(yùn)動(dòng)領(lǐng)域的信息會(huì)被進(jìn)行整合.早期定義的VWFA擁有對(duì)單詞敏感的雙側(cè)視覺(jué)區(qū)，然而，White等[4]研究發(fā)現(xiàn)，雙側(cè)單詞表達(dá)出現(xiàn)在左腹枕顳葉皮層的2個(gè)不同區(qū)域中，即VWFA和腹枕顳葉皮層的較后區(qū)域.Cohen等[5]研究發(fā)現(xiàn)，健康被試在接受視覺(jué)詞語(yǔ)識(shí)別任務(wù)時(shí)，單詞條件相較輔音字符串條件會(huì)激活雙側(cè)后扣帶和左角回等區(qū)域的皮層，而輔音字符串條件相較單詞條件會(huì)激活左枕頂葉、右枕頂葉、右后中央、右下回等區(qū)域的皮層.因此，視覺(jué)詞語(yǔ)識(shí)別中的輔音字符串和單詞會(huì)分別涉及左右腦的多個(gè)大腦區(qū)域.Stevens等[6]基于獨(dú)立功能定位(individual functional localization)、多體素模式分析(multivoxel pattern analysis,MVPA)、及高解析度靜息態(tài)功能連接分析技術(shù)的組合對(duì)VWFA進(jìn)行了研究，證明了VWFA非常適合于對(duì)實(shí)義單詞進(jìn)行詞法處理.本文試圖對(duì)任務(wù)態(tài)視覺(jué)詞語(yǔ)識(shí)別任務(wù)下的腦功能網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行研究，特別是進(jìn)行視覺(jué)上實(shí)義單詞識(shí)別和輔音字符串識(shí)別時(shí)左右腦功能網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)湫再|(zhì)差異，對(duì)理解腦網(wǎng)絡(luò)在進(jìn)行視覺(jué)詞語(yǔ)識(shí)別時(shí)的內(nèi)在連接模式具有積極意義.

1 被試與認(rèn)知實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

1.1 被試

45名(男23名、女22名)健康的英語(yǔ)單語(yǔ)被試者參與了此次fMRI實(shí)驗(yàn)[7]，該實(shí)驗(yàn)是Duncan等[8]進(jìn)行的神經(jīng)導(dǎo)航經(jīng)顱磁刺激研究中的一部分.被試的年齡為19～38歲(均齡25歲)，均為右利手，視力正?；虺C正后視力正常，無(wú)精神疾病史及家族史.在實(shí)驗(yàn)開(kāi)展前，向每名被試解釋了實(shí)驗(yàn)過(guò)程可能產(chǎn)生的自然反應(yīng)，所有被試均簽署了知情同意書(shū)，實(shí)驗(yàn)獲得了英國(guó)國(guó)家醫(yī)療服務(wù)體系伯克郡研究中心(Berkshire National Health Service Research)倫理委員會(huì)批準(zhǔn).

1.2 認(rèn)知實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

該詞語(yǔ)與對(duì)象處理實(shí)驗(yàn)旨在研究枕顳皮質(zhì)(occipital-temporal cortex，OTC)的腹側(cè)和外側(cè)對(duì)閱讀和對(duì)象的敏感性在被試自身及被試之間是否具有一致性.實(shí)驗(yàn)采用組塊類型以最大化統(tǒng)計(jì)敏感性，通過(guò)視覺(jué)刺激方式讓被試判斷所注視圖像中的內(nèi)容是否和上一次的一樣，即one-back方式，其中12.5%的刺激為目標(biāo).實(shí)驗(yàn)中使用的刺激材料分為4種：?jiǎn)卧~、輔音字符串、對(duì)象圖片、加擾后的對(duì)象圖片.

如圖1所示，整個(gè)實(shí)驗(yàn)過(guò)程包括2個(gè)實(shí)驗(yàn)小節(jié)，被試在2個(gè)實(shí)驗(yàn)小節(jié)之間稍做休息.實(shí)驗(yàn)中的每個(gè)實(shí)驗(yàn)小節(jié)包含6個(gè)組塊組，組塊組之間間隔16 s，在這個(gè)間隔中要求被試注視被呈現(xiàn)的符號(hào)“+”.1個(gè)組塊組包含4個(gè)組塊，4個(gè)組塊時(shí)段內(nèi)分別呈現(xiàn)4種類型刺激.1個(gè)組塊內(nèi)包含16次同類型的刺激，每次試次為1 s，前640 ms呈現(xiàn)符號(hào)“+”，后350 ms呈現(xiàn)刺激內(nèi)容，如單詞“dog”或者動(dòng)物的圖片.如果被試在當(dāng)前試次中判斷所注視的內(nèi)容與上一次試次一致，則按下手中的按鍵.

圖1 視覺(jué)詞語(yǔ)識(shí)別實(shí)驗(yàn)范式Fig.1 Experimental paradigm of visual word recognition

因此，整個(gè)實(shí)驗(yàn)2個(gè)實(shí)驗(yàn)小節(jié)共包含12個(gè)組塊組.因?yàn)槊總€(gè)組塊組內(nèi)只包含1個(gè)單詞組塊和1個(gè)輔音字符串組塊，所以整個(gè)實(shí)驗(yàn)共包含12個(gè)單詞組塊和12個(gè)輔音字符串組塊.由于每個(gè)組塊包含同類型試次16個(gè)，因此整個(gè)實(shí)驗(yàn)共包含192次單詞試次和192次輔音字符串試次，每位被試接受這2種類型試次的用時(shí)均為192 s.

2 分析方法

2.1 數(shù)據(jù)預(yù)處理

該實(shí)驗(yàn)的所有數(shù)據(jù)公開(kāi)在OpenfMRI網(wǎng)站(https:∥www.openfmri.org/dataset/ds000107/)詞語(yǔ)與對(duì)象處理項(xiàng)目中，其中包括了詳細(xì)的實(shí)驗(yàn)過(guò)程信息，以及有效的45名被試的T1結(jié)構(gòu)項(xiàng)MRI數(shù)據(jù)和功能MRI數(shù)據(jù).

數(shù)據(jù)預(yù)處理包含2個(gè)階段.第1階段使用SPM[9]軟件完成切片時(shí)間校正、頭動(dòng)校正、歸一化、平滑處理.切片時(shí)間校正時(shí)，由于初始fMRI圖像含35個(gè)切片，因此選擇第17個(gè)切片作為參考切片，其中參數(shù)TR和TA分別為3.000 s和2.914 s.在進(jìn)行頭動(dòng)校正、歸一化和平滑處理時(shí)，使用的是SPM中的默認(rèn)參數(shù).第2階段使用基于Python語(yǔ)言的神經(jīng)影像開(kāi)發(fā)工具NiLearn[10]完成去線性漂移和濾波，通過(guò)調(diào)用NiLearn軟件包nilearn.signal.clean中的相應(yīng)函數(shù)完成，并最終得到了原始fMRI數(shù)據(jù)預(yù)處理后體素尺寸為3 mm×3 mm×3 mm的nifti格式影像數(shù)據(jù)，如圖2所示.

圖2 fMRI原始數(shù)據(jù)及預(yù)處理后數(shù)據(jù)Fig.2 Raw and preprocessed fMRI data

2.2 腦功能網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建

如圖3所示，腦功能網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建使用了由蒙特利爾神經(jīng)學(xué)研究所(Montreal Neurological Institute,MNI)定義的腦圖模板AAL[11]中的90個(gè)大腦區(qū)域.以每個(gè)AAL區(qū)域中心坐標(biāo)為圓心，取5 mm半徑內(nèi)的體素簇作為腦功能網(wǎng)絡(luò)中的興趣點(diǎn)(region of interest,ROI)，并劃分為包含45個(gè)ROI的左半腦和包含45個(gè)ROI的右半腦.

圖3 AAL腦圖及其ROI在左右腦的分布Fig.3 AAL brain atlas and its ROI distribution in the two hemispheres

為了構(gòu)造單詞和輔音字符串實(shí)驗(yàn)條件下左右腦的功能連接網(wǎng)絡(luò)，首先分別提取AAL左右腦中ROI包含的體素在相應(yīng)實(shí)驗(yàn)條件下的fMRI信號(hào)，并對(duì)同一個(gè)ROI內(nèi)所有體素的fMRI信號(hào)在空間上求平均.因此，在每種實(shí)驗(yàn)條件下，左腦和右腦分別會(huì)擁有45個(gè)時(shí)間序列.但由于相同的實(shí)驗(yàn)條件在整個(gè)實(shí)驗(yàn)過(guò)程中被分割為多個(gè)組塊且時(shí)間上不連續(xù)，因此采用了Cohen等[12]提出的策略，通過(guò)將屬于相同實(shí)驗(yàn)條件下的時(shí)間序列段進(jìn)行拼接，從而得到每位被試單詞實(shí)驗(yàn)條件下左腦和右腦各自的45個(gè)時(shí)間序列，以及輔音字符串實(shí)驗(yàn)條件下左腦和右腦各自的45個(gè)時(shí)間序列.通過(guò)對(duì)每位被試的每個(gè)實(shí)驗(yàn)條件下其中一個(gè)腦半球的45個(gè)時(shí)間序列計(jì)算Pearson相關(guān)系數(shù)矩陣，就可以得到相應(yīng)腦半球的功能連接矩陣.因此，45名被試2種實(shí)驗(yàn)條件下，左右腦一共會(huì)計(jì)算得到180個(gè)尺寸為45×45的Pearson相關(guān)系數(shù)矩陣.

2.3 功能連接網(wǎng)絡(luò)的二值化

本文只考察Pearson相關(guān)系數(shù)矩陣中r值為非負(fù)數(shù)的單元，將所有非負(fù)數(shù)r值從高到低排序，按總數(shù)1%比例為閾值步長(zhǎng)，將r值不小于閾值的邊用于構(gòu)造功能網(wǎng)絡(luò).如圖4所示，每個(gè)實(shí)驗(yàn)條件下的AAL左腦和右腦分別會(huì)產(chǎn)生100個(gè)閾值下相應(yīng)的腦功能網(wǎng)絡(luò)及二值矩陣.

圖4 腦半球功能網(wǎng)絡(luò)的二值化Fig.4 Binarization of the hemisphere functional network

2.4 腦功能網(wǎng)絡(luò)的度量指標(biāo)

采用復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)中的4個(gè)指標(biāo)來(lái)度量單詞和輔音字符串實(shí)驗(yàn)條件下左右腦功能網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)鋵傩裕謩e是度中心性、聚類系數(shù)，以及網(wǎng)絡(luò)效率中的全局效率和局部效率[13].其中腦功能網(wǎng)絡(luò)的度中心性、聚類系數(shù)和局部效率分別是對(duì)所有腦區(qū)的節(jié)點(diǎn)度中心性、節(jié)點(diǎn)聚類系數(shù)、和節(jié)點(diǎn)局部效率求平均得到.

如圖5所示，當(dāng)關(guān)注腦區(qū)的鄰接腦區(qū)數(shù)量相同時(shí)，其節(jié)點(diǎn)度中心性相同；此外，如果此時(shí)鄰接腦區(qū)構(gòu)成的鄰居網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部連接的數(shù)量也相同，那么節(jié)點(diǎn)聚類系數(shù)相同.需要注意的是，此時(shí)若關(guān)注腦區(qū)的鄰居網(wǎng)絡(luò)內(nèi)連接偏整合化，則它的節(jié)點(diǎn)局部效率更高；相反，如果此時(shí)關(guān)注腦區(qū)的鄰居網(wǎng)絡(luò)內(nèi)連接偏分離化，則它的節(jié)點(diǎn)局部效率更低.因此，當(dāng)關(guān)注腦區(qū)的鄰居網(wǎng)絡(luò)的局部形態(tài)存在變化時(shí)，其局部節(jié)點(diǎn)效率也會(huì)相應(yīng)改變.

圖5 腦功能網(wǎng)絡(luò)局部形態(tài)度量Fig.5 Local morphological metric of functional brain network

2.5 統(tǒng)計(jì)學(xué)對(duì)比

在每一個(gè)網(wǎng)絡(luò)稀疏度下，對(duì)45名被試得到的左右腦同類型網(wǎng)絡(luò)指標(biāo)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)T檢驗(yàn)，如果P<0.01，即在當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)稀疏度下，左右腦功能網(wǎng)絡(luò)的復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)指標(biāo)差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，反之則差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義.

2.6 大腦圖譜對(duì)比

Willard-499[14]中定義的語(yǔ)言網(wǎng)絡(luò)包括9個(gè)區(qū)域(https:∥findlab.stanford.edu/functional_ROIs.html)，它們?cè)赪illard-499(3 mm×3 mm×3 mm版本)中的ID及包含的體素?cái)?shù)量如表1所示.

表1 Willard-499的語(yǔ)言網(wǎng)絡(luò)Table 1 Language network of Williard-499

如圖6所示，使用AAL中90個(gè)大腦區(qū)域的ROI構(gòu)造腦功能網(wǎng)絡(luò)時(shí)，由于每個(gè)ROI的半徑取5 mm，因此每個(gè)ROI在fMRI上采樣的體素為19個(gè).為了將基于AAL左右腦功能網(wǎng)絡(luò)分析的結(jié)果利用Willard-499的語(yǔ)言網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行進(jìn)一步解釋，需要對(duì)比前者ROI覆蓋的體素與后者語(yǔ)言網(wǎng)絡(luò)覆蓋的體素之間的空間重疊關(guān)系.

圖6 AAL與Willard-499對(duì)比Fig.6 Comparison between AAL and Willard-499

3 結(jié)果及討論

3.1 功能連接度量統(tǒng)計(jì)對(duì)比

分析結(jié)果如圖7～10所示，給出了每個(gè)實(shí)驗(yàn)條件下左右腦功能網(wǎng)絡(luò)在網(wǎng)絡(luò)稀疏度定義域上45名被試復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)指標(biāo)的均值(折線)和標(biāo)準(zhǔn)差(陰影)，以及在網(wǎng)絡(luò)每個(gè)稀疏度上統(tǒng)計(jì)對(duì)比的差異是否具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.01).

圖7 度中心性系數(shù)對(duì)比Fig.7 Comparison of degree centrality

圖8 全局效率系數(shù)對(duì)比Fig.8 Comparison of global efficiency

圖9 聚類系數(shù)對(duì)比Fig.9 Comparison of clustering coefficient

圖10 局部效率系數(shù)對(duì)比Fig.10 Comparison of local efficiency

其中，輔音字符串實(shí)驗(yàn)條件下的結(jié)果顯示，AAL左右腦功能網(wǎng)絡(luò)的度中心性、全局效率、聚類系數(shù)及局部效率在所有的網(wǎng)絡(luò)稀疏度上的差異均無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義.類似地，單詞實(shí)驗(yàn)條件下的AAL左右腦功能網(wǎng)絡(luò)的度中心性和聚類系數(shù)在所有稀疏度上的差異也均無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，僅全局效率在5個(gè)的網(wǎng)絡(luò)稀疏度上的差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義.然而，單詞實(shí)驗(yàn)條件下的AAL左右腦功能網(wǎng)絡(luò)的局部效率在44個(gè)稀疏度上的差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義.

輔音字符串和單詞實(shí)驗(yàn)條件下，AAL左右腦4種網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渲笜?biāo)(度中心性、全局效率、聚類系數(shù)、局部效率)存在顯著差異(P<0.01)的稀疏度占比如表2所示.其中，輔音字符串實(shí)驗(yàn)條件下，4種網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渲笜?biāo)存在顯著差異的稀疏度占比都為0.單詞實(shí)驗(yàn)條件下，度中心性和聚類系數(shù)存在顯著差異的稀疏度占比都為0，全局效率存在顯著差異的稀疏度占比為5%，而局部效率存在顯著差異的稀疏度占比為44%，即AAL左腦和右腦的功能網(wǎng)絡(luò)在局部效率上存在較大的差異.

表2 AAL左右腦網(wǎng)絡(luò)指標(biāo)對(duì)比結(jié)果Table 2 Comparison results of network indicators of AAL left and right brains %

度中心性度量了鄰接腦區(qū)的數(shù)量，聚類系數(shù)度量了鄰接腦區(qū)所構(gòu)成的鄰居網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的連接密度，局部效率度量了鄰居網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的連接形態(tài).結(jié)果顯示，單詞實(shí)驗(yàn)條件下左右腦功能網(wǎng)絡(luò)之間的度中心性、聚類系數(shù)具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義差異的網(wǎng)絡(luò)稀疏度占比很小，而局部效率具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義的網(wǎng)絡(luò)稀疏度占比很高，說(shuō)明兩者在局部形態(tài)上產(chǎn)生了分化.相反，輔音字符串實(shí)驗(yàn)條件下并不存在局部形態(tài)上的分化.

3.2 大腦圖譜重疊區(qū)對(duì)比

如圖11所示，腦圖Willard-499語(yǔ)言網(wǎng)絡(luò)的區(qū)域與AAL左右腦ROI存在重疊的體素，涉及的AAL腦區(qū)ROI共有5個(gè)(左腦3個(gè)、右腦2個(gè))，重疊的體素共29個(gè)(左腦18個(gè)、右腦11個(gè)).

圖11 AAL與Willard-499的重疊體素Fig.11 Overlapping voxels of AAL and Willard-499

如表3所示，AAL有5個(gè)ROI與Willard-499相應(yīng)的區(qū)域存在重疊體素.由于AAL左右腦各45個(gè)ROI(5 mm半徑的ROI包含19個(gè)體素)、共855個(gè)體素，Willard-499語(yǔ)言網(wǎng)絡(luò)與之重疊的體素占比很小.而左腦包含的重疊體素?cái)?shù)量是右腦的近2倍，且單個(gè)ROI重疊度較高的只有左顳中回，AAL大腦ROI與Willard-499語(yǔ)言網(wǎng)絡(luò)的重疊體素在左右腦具有不對(duì)稱性.

表3 AAL與Willard-499語(yǔ)言網(wǎng)絡(luò)重疊體素Table 3 Overlapping voxels in the language network between AAL and Williard-499

如表4所示，觀察重疊體素在Willard-499語(yǔ)言網(wǎng)絡(luò)的各個(gè)區(qū)域的占比，可以發(fā)現(xiàn)，AAL左顳中回區(qū)域與Willard-499語(yǔ)言網(wǎng)絡(luò)403區(qū)域的重疊體素?cái)?shù)量占該語(yǔ)言網(wǎng)絡(luò)區(qū)域的39.47%，遠(yuǎn)高于其他4個(gè)區(qū)域重疊體素相應(yīng)的占比.

表4 重疊體素相對(duì)Willard-499語(yǔ)言網(wǎng)絡(luò)區(qū)域的占比Table 4 Proportion of overlapping voxels relative to the regions of Willard-499 language network

3.3 討論

單詞和輔音字符串2種實(shí)驗(yàn)條件下的左右腦間局部形態(tài)差異具有不同特點(diǎn)，具體表現(xiàn)在單詞實(shí)驗(yàn)條件下，被試左右腦局部網(wǎng)絡(luò)形態(tài)發(fā)生了較明顯的分化，而輔音字符串實(shí)驗(yàn)條件下，被試左右腦局部網(wǎng)絡(luò)之間的形態(tài)差異不明顯.該結(jié)果可能源于大腦對(duì)單詞與輔音字符串閱讀加工機(jī)制之間的差異.大腦左側(cè)梭狀回中后部的VWFA在視覺(jué)閱讀加工中的作用一直都是認(rèn)知神經(jīng)科學(xué)的基礎(chǔ)[15].正字法加工假說(shuō)認(rèn)為VWFA對(duì)應(yīng)視覺(jué)詞匯的正字法字面表征，負(fù)責(zé)詞匯的視覺(jué)詞形加工；映射假說(shuō)則認(rèn)為VWFA對(duì)應(yīng)著從詞形到更高水平的語(yǔ)音及語(yǔ)義加工的映射.輔音字符串語(yǔ)音層面建構(gòu)不合理，在語(yǔ)義構(gòu)成規(guī)則上也不合法.當(dāng)被試在對(duì)輔音字符串進(jìn)行認(rèn)知判斷時(shí)，VWFA的視覺(jué)詞形加工功能被激活，進(jìn)而聚焦于視覺(jué)詞匯的正字法字面表征，該結(jié)果與基于腦功能定位的傳統(tǒng)研究結(jié)果一致[16]；單詞包含正字法字形特征、語(yǔ)音及相關(guān)語(yǔ)義特征，單詞的識(shí)別加工是一個(gè)從詞形到語(yǔ)音及語(yǔ)義的復(fù)雜映射任務(wù).因而，被視在對(duì)單詞辨識(shí)任務(wù)過(guò)程中，VWFA不僅對(duì)應(yīng)視覺(jué)詞形加工，同時(shí)需要與其他腦區(qū)產(chǎn)生相互協(xié)作，即VWFA與其他腦區(qū)相互協(xié)作形成一個(gè)視覺(jué)詞匯的加工網(wǎng)絡(luò)，通過(guò)大腦神經(jīng)的結(jié)構(gòu)連接實(shí)現(xiàn)從詞形到語(yǔ)音或語(yǔ)義加工映射[17].相關(guān)研究證實(shí)，視覺(jué)詞語(yǔ)的加工過(guò)程中，VWFA更大范圍的前端部分與包括前部、中部和后部顳上回(superior temporal gyrus，STG)/顳上溝(superior temporal sulcus，STS)[18]和前顳葉(anterior temporal lobe，ATL)[19-20]在內(nèi)的大面積顳葉皮層表現(xiàn)出了很強(qiáng)的連通性，同時(shí)VWFA與下縱束和顳上皮層的關(guān)鍵白質(zhì)束也發(fā)生了較強(qiáng)的連通性[21].近期研究也表明：在進(jìn)行視覺(jué)文字的語(yǔ)義分類任務(wù)時(shí)，單獨(dú)定位的VWFA種子與后顳上皮質(zhì)之間的功能連通性會(huì)增強(qiáng)[22-23].這些證據(jù)均表明：左腦對(duì)于語(yǔ)言的加工涉及包括正字法拼寫(xiě)、語(yǔ)音、語(yǔ)義等在內(nèi)的多層級(jí)編碼與分析，僅依靠大腦內(nèi)部區(qū)域化的功能模塊組織遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠，更大程度上需要通過(guò)大腦內(nèi)部大規(guī)模神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的相互連通才能完成.

大腦功能區(qū)域的活動(dòng)狀態(tài)與個(gè)體的語(yǔ)言認(rèn)知加工任務(wù)表現(xiàn)具有高度相關(guān)性.早在1891年，Dejerine就發(fā)現(xiàn)大腦左角回區(qū)域有病變的患者存在閱讀與拼寫(xiě)困難，因而大腦左角回最初被定義為專門(mén)負(fù)責(zé)語(yǔ)言材料形式的視覺(jué)加工[24].早期功能成像相關(guān)研究發(fā)現(xiàn)：大腦左角回在聽(tīng)覺(jué)形式[25]和視覺(jué)形式呈現(xiàn)[26]的語(yǔ)義加工過(guò)任務(wù)中均能被激活；后續(xù)神經(jīng)影像研究通過(guò)不同形式的語(yǔ)義刺激和加工任務(wù)，進(jìn)一步證實(shí)大腦左角回的激活區(qū)域在不同語(yǔ)義任務(wù)具有高度一致性[27-29].本文在構(gòu)造腦功能網(wǎng)絡(luò)時(shí)，腦圖AAL左角回ROI與Willard-499中屬于語(yǔ)言網(wǎng)絡(luò)的400號(hào)腦區(qū)有重疊.

語(yǔ)言認(rèn)知處理過(guò)程中，大腦功能區(qū)域的活動(dòng)與語(yǔ)言文字加工效率也具有相關(guān)性.其中，視覺(jué)語(yǔ)義加工與大腦梭狀回區(qū)域激活相關(guān)，聽(tīng)覺(jué)語(yǔ)義加工與雙側(cè)顳上回、左側(cè)緣上回和角狀回區(qū)域激活相關(guān)[30].Wei等[31]使用靜息態(tài)fMRI技術(shù)，發(fā)現(xiàn)大腦左后顳中回區(qū)域的激活與語(yǔ)義加工效率有高相關(guān)性，靜息態(tài)時(shí)左后顳中回腦區(qū)的血氧水平是語(yǔ)義加工表現(xiàn)的有效預(yù)測(cè)因子.更多的相關(guān)研究表明，左后顳中回不僅是對(duì)文字及圖片語(yǔ)義信息的視覺(jué)加工[32]與聽(tīng)覺(jué)判斷加工[33]的關(guān)鍵腦區(qū)，對(duì)中風(fēng)及語(yǔ)義癡呆患者的詞語(yǔ)語(yǔ)義理解也至關(guān)重要[34].通過(guò)比較高語(yǔ)義控制任務(wù)和低語(yǔ)義控制任務(wù)中大腦功能區(qū)域活動(dòng)狀態(tài)的元分析，研究者發(fā)現(xiàn)左后顳中回是高語(yǔ)義控制任務(wù)的主要加工區(qū)域，更高的語(yǔ)義加工任務(wù)能促使左后顳中回腦區(qū)更多地激活[35].本文構(gòu)造腦功能時(shí)，腦圖AAL的左顳中回ROI與Willard-499中屬于語(yǔ)言網(wǎng)絡(luò)的401號(hào)腦區(qū)的重疊體素?cái)?shù)量相對(duì)其他區(qū)域重疊體素?cái)?shù)量不僅最高，而且重疊體素占相應(yīng)Willard-499語(yǔ)言網(wǎng)絡(luò)區(qū)域的占比也是最高.

4 結(jié)論

1) 視覺(jué)詞語(yǔ)識(shí)別過(guò)程中，單詞作為刺激材料時(shí)會(huì)觸發(fā)人腦進(jìn)行更多的語(yǔ)音和語(yǔ)義加工，雖然左右腦功能網(wǎng)絡(luò)在全局連接密度和形態(tài)上的區(qū)別無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，但是局部形態(tài)的區(qū)別具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義.

2) 視覺(jué)詞語(yǔ)識(shí)別過(guò)程中，輔音字符串作為刺激材料時(shí)并未觸發(fā)人腦進(jìn)行更多的語(yǔ)音和語(yǔ)義加工，左右腦功能網(wǎng)絡(luò)在全局連接密度、全局形態(tài)、局部形態(tài)上的區(qū)別均無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義.

3) AAL大腦ROI與Willard-499語(yǔ)言網(wǎng)絡(luò)重疊區(qū)域和體素?cái)?shù)量在左右腦的分布具有少數(shù)性和不對(duì)稱性，這對(duì)基于ROI(5 mm半徑)采樣構(gòu)造左右腦功能連接網(wǎng)絡(luò)的指標(biāo)具有潛在的影響.

4) 由于目前還沒(méi)有一個(gè)面向視覺(jué)詞語(yǔ)識(shí)別的權(quán)威大腦圖譜，因此，從解剖學(xué)大腦圖譜左右腦的功能連接來(lái)研究單詞條件、輔音字符串條件下腦功能網(wǎng)絡(luò)的形態(tài)差異性，為今后的研究提供了研究思路.