（理论物理专业论文）汉语认知的脑内信息加工模式.pdf

汉字认知的脑内信息加工模式摘要2 1 世纪是生命科学的世纪，生命科学中的核心内容之一是对大脑的研究和探索。语言是重要的人脑高级功能，阐明语言加工的脑机制对揭示人脑奥秘具有重要意义。同时，对语言加工区域的精确定位可以有效指导临床实践，其研究成果可以大大减轻或避免脑手术引起的失语症等严重后遗症，有重要的实用价值。在多年语言认知的脑机制研究基础上，针对“西方拼音文字( 如英文)国内外已开展了大量研究，但一些关键问题仍未获得肯定结论”的现状，联用认知心理学研究方法和先进的、整体无创的脑功能成像新技术以及最新的神经建模、量子信息学等方法，选择在形、音、义的脑加工方面与西方拼音文字明显不同的象形表意文字一一中国汉语作为研究对象，利用汉字的特点，围绕语言认知中最基本的字词识别问题进行了五个不同层次、不同角度的系列实验，经过深入研究后发现：1 汉语认知加工需要额叶、颞叶、顶叶、枕叶和小脑等脑区的广泛参与，没有明显不同于英文加工的特殊脑区参与，此结果与t a ne la l 的结论有所不同，但与c a b e z ae ta l ，c h e ee ta l ，k u oe ta l ，l ie ta l ，p r i c ee ta l ，v i t a c c oe ta l等的研究结果一致。2 汉语认知加工以左半球优势为主，与西方拼音文字的半球偏侧化规律相同，此结果进一步澄清了“汉语加工半球偏侧化”的问题。3 汉字认知中任务难度的增加，伴随小脑负荷的增大，此结果澄清了“小脑激活是因为运动想象还是与任务难度增加有关”的疑问。4 首次建立了汉语字词、拼音的功能联结模型，发现出声读汉字由m 1 ( 初级运动区) 一s m a ( 辅助运动区) 一b r ( b r o c a 区) 回路调节，出声读汉语拼音由m 1 ( 初级运动区) - - b r ( b r o c a 区) 一w n ( w e r n i c k e 区) 回路调节，结果表明，脑内信息加工模式由任务的语言特征调节。结果在脑功能成像领域著名s c i 杂志h u m a nb r a i nm a p p i n g 发表，并被引为封面。汉字认知的脑内信息加工模式5 在建立汉语字词、拼音的功能联结模型来描述汉字认知的脑内信息加工模式的基础上，尝试结合人类脑计划序申经信息学的综合集成方法，建立与国际接轨的汉语认知脑成像数据库，进行汉语认知脑成像数据的二次挖掘和知识发现。总之，采用多学科交叉的理论和方法，把人脑作为一个复杂的信息处理系统来考虑，从整体和动态的角度鉴别参与汉语认知加工的关键脑区以及各脑区间的协同竞争关系和脑内信息加工模式，有利于对语言的神经机制做出更加全面的解释。由于几乎所有的脑高级功能都依赖于不同脑区的协同： 作，因此我们所采用的研究方法和揭示的规律具有一定的普遍性。关键词：汉语认知；脑功能成像；功能联结模型；脑内信息加工模式量子信息学汉兰坠塑塑堕塑焦旦塑三堡塞a b s t r a c t2 15 c e n t u r yi st h ec e n t n i - yo fl i f es c i e n c e ，o n eo fi t sc o r ef i e l di 8t h 。r e s e a r c hf o rb r a i n l a t e s ty e a r s ，t h eg l o b a lh o t s p o tf o rb r a i nr e s e a r c hist h ei n t e g r a t i 。n 。ft h e o r e t i c a lp h y s i c s ，a p p l i e dm a t h e m a t i c s ，i n f o r m a t i 。ns c i e n 。a n dn e u r o s c i e n c el a n g u a g eist h eu n i q u ef u n c t i o nf o rh u m a nb e i n g s c h i n e s el a n g u 8 9 。i s出f f e r e n tf r o mw e s t e r nl a n g u a g e sb e c a u s eo fi t sp i c t u r ea n dm e a n i n g f u lc h a r a c t e r i s t i c s i t sd i f f e r e n tf r o ma l p h a b e t i co fw o r df o r m ，p h o n o i o g ya n ds e m a n t i c sl a n g u a g es y s t e mi nt h ep r o c e s s i n gm o r er e s e a r c hi sc o n d u c t e di na l p h a b e t i cl a n g u a g es y s t e mb u td e b a t es t i l lr e m a i n si ns e v e r a lk e yp r o b l e m st h er e s e a r c hi sd e s i g n e dt oe x p l o r et h em e c h a n i s mo fc h i n e s ec o g n i t i o ni nt h el e v e lo fi n f o r m a t i o np r o c e s s i n g ，t h em e t h o d sa n dt e c h n i q u e si n c l u d i n gc o g n i t i v ep s y c h o l o g y ，f u n c t i o n a lm a g n e t i cr e s o n a n c ei m a g i n g ，n e u r a lm o d e l i n ga n da u a n t u mi n f o r m a t i c s ，e c t ，a r er e c r u i t e di nt h er e s e a r c h i na d d i t i o n ，s v s t e m a t i ch u m a nb r a i np r o j e c ta n dn e u r o i n f o r m a t i c sa r ea l s oi n t e g r a t e di nt h er e s e a r c h t h er e s u l t so ff i v ew e l l d e s i g n e de x p e r i m e n t sa n dr e l a t e dm o d e l i n ga n a l y s i si n d i c a t et h ef o l l o w i n g s ：1e x t e n s i v eb r a i nr e g i o n sa r ei n v o l v e di nc h i n e s ec o g n i t i o ni n c l u d i n gf r o n t a ll o b e t e m p o r a ll o b e ，p a r i e t a ll o b e ，o c c i p i t a ll o b ea n dc e r e b e l l u m ，e t c t h e r ea r en ob r a i na r e a si n v o l v e d ，w h i c ha r eu n i q u et oc h i n e s ep r o c e s s i n gc o m p a r e dt oe n g l i s hp r o c e s s i n g t h er e s u l ti sd i f f e r e n tf r o mt a n sb u tc o n s i s t e n tt oc a b e z ae ta 1 ，c h e ee ta l ，k u oe ta l ，l ie ta l ，p r i c ee ta l ，v i t a c c oe ta 1 2 i t ss a m ea st h ea l p h a b e t i cl a n g u a g ei nl a t e r a l i t yf o rc h i n e s ec o g n i t i o n 3a st h ed i f f i c u l t vo ft a s ki n c r e a s e si nc h i n e s ec o g n i t i o n ，t h em o i r ea c t i v a t i o n汉字认知的脑内信息加工模式1 st o u n di nc e r e b e l l u m t h er e s u l ti n d i c a t e st h a tt h ec e r e b e l l u ma c t i v a t l o ni sa s s o c i a t e dw i t ht a s kd i f f i c u l t yr a t h e rt h a nm o t i o ni m a g i n g 。4 t h ef i r s tf u n c t i o n a ln e u r a lm o d e l i n gi ss e tu pf o ro v e r tr e a d i n gc h i n e s ec h a r a c t e r sa n d “p i ny i n ”o u rr e s u l t ss h o wt h a to v e r tp i n y i nr e a d i n gi sa s s o c i a t e dw i t ht h ef o l l o w i n gd i s t r i b u t e dr e g i o n si n v o l v e di nt o n g u em o v e m e n t ：t h ep r i m a r ym o t o rc o r t e x ( m 1 ) ，t h es u p p l e m e n t a r ym o t o ra r e a ( s m a ) ，b r o c a sa r e a ，a n dw e r n i c k e sa r e a f u r t h e r m o r e ，w eh a v ed e m o n s t r a t e dt a s k d e p e n d e n tc o v a r i a n c ep a t t e r n st h a ta r es t r o n g l ya s s o c i a t e dw i t ht h em 1m o u t h t o n g u er e g i o n ，i nw h i c ht h eb r o c a 。w e r n i c k ep a t h w a yi si m p l i c a t e di nam e a n i n ga c c e s sp r o c e d u r eb a s e do na s s e m b l e dp h o n o l o g y ，w h i l et h es m a b r o c ap a t h w a yi si m p l i c a t e di nam e a n i n ga c c e s sp r o c e d u r eb a s e do na d d r e s s e dp h o n o l o g y 5 t h ei n t e 9 2 a t i v em e t h o d so fh u m a nb r a i np r o j e c ta n dn e u r o i n f o r m a t i c sa r ea l s oa p p l i e db a s e do nt h en e u r o i m a g i n gr e s u l t sa n dm o d e l i n ga n a l y s i s n e u r o i m a g i n gd a t a b a s ef o rc h i n e s ec o g n i t i o ni se s t a b l i s h e df o rd a t am i n i n ga n dk n o w l e d g ed i s c o v e r y a sar e s u l t ，i t sw i l lb eh e l p f u lf o ru n d e r s t a n d i n gt h eb r a i nk e yw o r d s ：c h i n e s ec o g n i t i o n ；n e u r o i m a g i n g ；f u n c t i o n a ln e u r a lm o d e l i n g ；b r a i np a t t e r no fi n f o r m a t i o np r o c e s s i n g ；q u a n t u mi n f o r m a t i o n汉字队知的脑内信息加工模式0 前言1 揭示脑的奥秘是2 1 世纪的最大挑战2 l 世纪是生命科学的世纪，生命科学中的核心内容之一是对大脑的研究和探索。认识脑、保护脑和创造脑是人类揭示大脑奥秘的终极目标。科学研究发现，一个成人大脑重约3 3 磅，体积1 5 公升，脑内有上千亿个神经细胞，还有超过1 0 1 4 个神经突触。大脑是生物体内结构和功能最复杂的组织，是接受外界信号、产生感觉、形成意识、进行逻辑思维、发出指令产生行为的指挥部，它掌管着人类每天的语言、思维、感觉、情绪、运动等高级活动。人脑也是极为精巧和完善的信息处理系统，是人体内外环境信息获得、存储、处理、加工和整合的中枢。脑的高级功能包括语言、记忆、感知觉、情绪、思维等许多方面，以往有关脑的研究手段包括神经解剖、神经生理、神经病理等，大部分是有创伤性的，不能活体直接观测。自九十年代初期，随着脑功能成像技术的不断成熟和发展，国际上越来越多的科学家和实验室开始运用脑功能成像技术来研究大脑的高级神经活动，得出了许多有意义的结果。比如语言区的精确定位、情绪区的新发现，记忆的脑内神经网络等等。据m e d l i n e 检索发现，功能磁共振成像领域的s c i 论文数量从1 9 9 0 年的几百篇迅速增长到2 0 0 1 年的9 0 5 7 9 篇，形成了一个国际研究热潮。近年来，把理论物理、应用数学、信息科学的理论和技术用于神经科学的交叉研究形成了全世界范围内的热点。可以预计，脑的研究是一项具有重大科学意义和哲学意义的战略性科学领域，揭示脑的工作原理是当代自然科学面临的最大挑战之一。2 为什么研究汉语认知揭示脑的奥秘需要选择合适的研究对象，它能代表脑的高级而复杂的功能。语言是人脑的高级功能，是人类区别于动物的独特之处。语言加工涉及到汉字认知的脑内情息加工模式额叶( 如b r o c a 区等) 、颞叶、顶叶( 如颞顶交界的w e r n i c k e 区) 、枕叶、小脑等重要脑功能区( 见图0 - 1 ) ，阐明语言加工的脑机制对揭示人脑的奥秘具有重要意义。汉语是中国特有的象形表意文字，具有很强的图形特征，在形、音、义加工方面与西方拼音文字有很大不同。不少学者认为，利用汉字的一些特点进行相应的研究有可能澄清目前国际上关于言语加工机制中一些重要的争论。此外，对言语加工区域进行精确定位可以有效地指导临床实践，其研究成果可以大大减轻甚至避免脑部手术引起的失语症等严重后遗症，并可尝试应用于脑外科手术方案的制定，具有重要的临床价值。同时，对于语言学习障碍( 如诵读困难、词汇加工困难等) 的梳制研究和有效治疗方法的探索阻及如何提高语言学习效率等问题，也需要从语言的脑机制中寻求答案。可以说，对汉语认知脑机制的研究既具有重要的科学意义，也具有重大的应用前景。图0 - 1 主要语言功能区3 国内外研究概况3 1迄今为止，对语言功能脑机制的了解和认识，与诸如学习、注意、记汉字认知的脑内信息加工模式忆等其它脑功能相比还相对较少，文献中肯定性的结论还为数不多。究其原因主要有二：第一，语言功能是人脑对文字的形、音、义等多种特征进行综合加工的产物，而且这些加工过程中同时又有注意、学习、记忆等高级神经活动的参与。语言加工脑机制研究进展不大的另一个原因是缺乏有效的研究手段。语言认知的研究方法包括1 ) 心理学方法，如命名法( n a m i n gt a s k ) ；词汇判断法( 1 e x i c a ld e c i s i o nt a s k ) ；语义分类法( s e m a n t i cc a t e g o r i z a t i o nt a s k ) ，语义联想法( s e m a n t i ca s s o c i a t i o n t a s k ) ；启动法( p r i m i n gp a r a d i g m ) 等。2 1 生理学方法，如眼动记录法( e y e m o v e m e n tr e c o r d i n g ) 、眼电图( e l e c t r o o c u l o g r a p h ) ；脑成像技术( n e u r o i m a g i n gt e c h n o l o g y ) ，包括事件相关电位( e v e n tr e l a t e dp o t e n t i a l ，e r p ) 、功能磁共振成像( f u n c t i o n a lm a g n e t i cr e s o n a n c ei m a g i n g ，f m r i ) ，正电子发射断层扫描( p o s i t r o ne m i s s i o nt o m o g r a p h y ，p e t ) 等。3 ) 计算机模拟，如基于物理符号系统( p h y s i c a ls y m b o ls y s t e m ) 或联结主义( c o n n e c t i o n i s m ) 假设的计算机模拟，激活脑区间的结构方程建模( s t r u c t u r a le q u a t i o nm o d e l i n g ) 及网络分析( n e t w o r ka n a l y s i s ) 等神经建模方法。以往有关脑的研究手段包括神经解剖、神经生理、神经病理等，大部分是有创伤性的，不能活体直接观测。比如，过去对于语言的研究主要是采用神经心理学方法，依据脑损伤病人的行为表现积累了一些资料并提出若干理论假设。但由于在病理条件下揭示出的一些相对静止的脑与行为关系特点，不足以反映正常人脑的功能活动规律，因此其脑机制一直是人们关心而又未搞清楚的问题( 张武田，1 9 9 7 ) 。又比如采用心理行为实验方法一一视野速视呈现刺激物的方法，记录被试的反应时和正确率，用以间接反映和确定大脑半球加工刺激物的功能活动情况。这种实验方法在原则上是科学的、可靠的，但在实际操作中，可能由于实验条件的些许差异而导致脑功能的不同反应结果。例如刺激物本身的清晰度和大小，刺激呈现的快慢和视野的偏侧程度、刺激物的性质( 词、词的组成成分或图形) 、刺激的识别难度、注意指向等都可能影响实验结果( 唐一源等，2 0 0 2 ) 。汉字认知的脑内信息加_ r 模式自九十年代初期，随着脑功能成像技术的不断成熟和发展，整体、无创的脑功能成像技术为研究语言认知提供了有效的工具和方法( p e t e r s e ne ta l ，19 9 0 ；p o s n e re ta l ，1 9 9 6 ；唐一源等，2 0 0 2 ) ，国际上越来越多的科学家和实验室丌始运用脑功能成像技术来研究大脑的高级神经活动，得出了许多有意义的结果。据m e d l i n e 检索发现，功能磁共振成像领域的s c i 论文数量从1 9 9 0年的几百篇迅速增长到2 0 0 1 年的9 0 5 7 9 篇，形成了一个国际研究热潮。本章将结合我们的研究，重点讨论利用脑成像技术研究语言认知的一些国内外进展情况。3 2 西方拼音文字研究：英文为代表的西方拼音文字是。一种表音文字，它利用不同字母的组合来构成单词，每个字母均可发音，整个单词的读音由字母的读音组合而成。其字形具有线性结构，不具有表意功能。国外对拼音文字的形、音、义加工的脑机制丌展了大量研究( p e t e r s e ne ta l ，1 9 8 8 ，1 9 9 0 ；f i e ze ta l ，1 9 9 8 ；p o s n e re ta l ，1 9 9 8 ；c a b e z ae ta l ，2 0 0 0 ，见图0 2 ) ，本文简单概述本领域进展情况。一、字词加工1 字词阅读一般采用出声读( 或默读) 一个呈现的字或单字词的方法来研究字词的脑内加工过程。它大概包括基本的感觉和运动成分，还有字形的分析( o r t h o g r a p h y ) ，字音的分析( p h o n o l o g y ) 以及字义的分析( s e m a n t i c s ) 这些成分。p e t e r s e ne ta i 最早用p e t 丌展英文词加工的脑成像研究，发现当要求被试默读词时激活左额区( 与词义加工有关) 、双侧枕区及左内侧扣带回，而读假词( 符合英文拼音规则) 时只激活左侧枕区( p e t e r s e ne ta l ，1 9 8 8 ，1 9 9 0 ) 。b o o k h e i m e re ta l 在阅读英文词条件下发现左额区、左颞区、双侧枕区激活( b o o k h e i m e re ta l ，1 9 9 5 ) 。r u m s e ye ta l 用“十”字为控制条件，让被试大声读出英文词，发现左额区、双侧颞区、左侧枕区、小脑激活( r u m s e ye ta l ，1 9 9 7 ) 。望兰坠型堕堕宣堕星型三堡l f i e z 。ta l 对九个脑成像研究结果做了比较，这些研究都要求被试大声读出单宁词，见图o 2 。其中的六个研究，控制条件为闭眼休息，或被动看一个“十”字，或看无意义的一条直线，我们称之为“基线控制”；其他三个实验，阱感觉运动为控制条件，要求被试对假字或辅音字符做出反应，发声“h i y a ”。九个研究结果都激活了以下部位：左侧枕区及枕颞区( b a l 8 和b a3 7 1 9 ) ，左额区岛盖部( b a4 4 ，4 5 区，前脑岛) ，双侧小脑，主运动皮层( p m c ，b a 4 区) ，颞上皮层和颞中皮层( b a2 2 2 1 4 1 ) ，辅助运动区( s m a ，b a 6 ) 的中间部分和前扣带( b a3 2 ) 。用基线控制时，有几个区域总是被激活，但这几个区域在使用感觉运动为控制条件时并不被激活，这些区域包括辅助运动区( b a 6 ) ，两侧的主运动皮层( b a4 ) ，小脑中部和颞上则右侧( b a2 2 2 1 ) 。所以可以断定，他们是由被试自己的声音刺激引起的( 右侧b a 2 2 ) 或者语言产生的动作部分( b a4 ，s m a和小脑中部) 造成的，在考虑阅读成分的脑激活区时，这些区域应该减掉( f i e ze ta l ，1 9 9 8 ) 。p r i c ee ta l 采用基线控制，做了默读词和出声读词的比较研究。发现默读和出声读任务中，颞上区都有激活，但是默读产生的激活区z 分数低于出声读激活区的( p r i c ee ta l ，1 9 9 6 ) 。t e m p l 。研究正常人与发展性失读症( 阅读困难) 病人发现，病人存在语音加工缺陷( 左颧顶区) ，可以意识到词的声音结构但在一些情况下基本的听觉快速加工出现问题( 左额区) 。另外，失读症病人在左额区与后部白质的连接中断( t e m p l e ，2 0 0 2 ) 。2 字形到字音的转换大声读字( 词) 产生了字音和音节表达。英语中正常被试的字形到字音转换过程得益于形声一致性，从两个方面来说明：第一，被试读低频一致字的速度快于低频例外字，第二，被试能很快读出非字而无需训练。汉宁认知的肺内信息力工模式有儿个研究涉及到形声一致性对读词功能解剖的影响。h e r b s t e re ta l 采用低频一致字和例外字以及可发音的非字作为任务，f i e ze ta l 采用低频一致字和例外字、高频一致字和例外字以及非字作为任务，他们都发现左额盖部( 激活区在b a4 4 ，b a 4 5 交界处附近，脑岛前部) 在低频例外字中有明显的激活，但低频一致字没有：同时，可发音的非字业产生了明显的激活( h e r b s t e re ta l ，1 9 9 7 ：f i e ze ta l ，1 9 9 9 ) 。r u m s e ye ta l 检测了低频例外字和非字阅读以及词汇判别、假同音词判别任务时的脑激活情况。发现左额盖部在低频例外字中有明显的激活，但非字没有产生明显激活。在假同音词判别任务( 有非词默读发音成分) 时，左额盖部有明显激活( r u m s e ye ta l ，1 9 9 7 ) 。结果表明，在包含b a4 4 ，b a 4 5 ，b a4 7 和脑岛前部的神经解剖区域下还存在不同的子功能区( b u c k n e re ta l ，1 9 9 5 ：f i e z ，1 9 9 7 ) 。形声一致性效应与字形到字音的转换有联系。额盖表现出一致性效应( 比如，例外字比一致字激活更大) ，可认为额盖参与了转换过程( p l a u te ta l ，1 9 9 6 ) 。如果定额盖参与了字形到字音的转换，那么左额盖的损伤就会破坏这个功能，除非有可替代的策略，或明显的功能恢复。那么以前的实验结果是否支持这一点呢?3 。神经病学与神经心理学证据在神经病学研究中，左额皮层和周围组织的损伤与b r o c a 失语症有关，包括如说话不流利，句子不合语法，句子复述不全，相对的语音理解困难等特征。字词阅读困难通常不认为是b r o c a 失语症的特征，脑成像实验中，被试大声读高频词而额下囤没有显著激活可以解释这个明显的矛盾。如果读高频词而没有额区参与，读低频词和非词的额区特殊损伤很容易被标准失语症诊断( 主要由高频词组成) 所遗漏。还要注意的是，许多伴有阅读问题的b r o c a 失语症里，损伤部位超过了或者根本没有包括颗皮层( b e n s o n ，1 9 7 9 ；d a m a s i o ，1 9 9 2 ；f i e ze ta i ，1 9 9 9 ) 。在神经心理学研究中，脑损伤可以导致不同类型的阅读问题，发音失读症汉宁认知的脑内信息加丁模式被认为是相对单纯的字形到宁音转换功能的损伤。我们想知道是否左额皮层损伤会导致发音失读症。考虑其中的l8 个研究，共有3 2 个发音失读症病例，这些病例中，1 4 个给出了损伤区的神经解剖学描述。其中3 个病例的受伤部位局限在左额皮层，其他4 个病例的受伤部位范围超出额叶，到了顶叶和，或颞叶。这些结果暂时支持左额叶损伤与发音失读症有联系。然而，额皮层的损伤不是发音失读症的必要条件，其中七个病例的损伤部位在顶叶，颞叶或者枕区。有趣的是，七个左额损伤中的六个病人在读非字时倾向于发出真字的读音，而五个左后区损伤中的四个病人在读非字时倾向于错误的发音。这提示我们，有可能发音失读症可以分为好几种，损伤部位只是病人之间差异的个因素( p a t t e r s o ne ta l ，1 9 8 2 ：c a r a m a z z ae ta l ，1 9 8 5 ：s a s a n u m ae ta l ，1 9 9 6 ；f r i e d m a n ，l9 9 6 ) 。简言之，神经病学和神经心理学研究证明，左额盖部参与字形到字音的转换过程，但我们仍需要进一步的研究以提供肯定性证据。4 可能的阅读模型除了定位阅读时的脑功能区之外，人们还想知道阅读是怎么实现的。1 9世纪有神经病学模型，它描述了听觉和视觉输入方式时，词加工的解剖和认知成分；2 0 世纪有认知模型，重点强调二个不同的阅读通路( p r i c e ，2 0 0 0 ) 。双通道阅读模型认为字形到语义的提取经过两条通路。一条是直接通路，由词形直接通达到语义的存储，进而提取词的意义；另一条是间接通路，由词形先转换成语音然后通达到词义。对形、音、义的加工是脑的三个不同功能区的特性，双通道模型可以解释l 临床上发现的两类截然不同的失读症现象。一类病人能读假词( 符合拼音规则但无意义的人造词) 但不能正确读例外词( 不符合常规拼音规则的真词，如p i n t ) ，另一类病人则有相反的表现。从能否读假词可以推测该病人是否在阅读时经语音通路，如果他不能读假词而能读例外词，则表明通达语义的通路是正常的而语音通路有故障。双通道模型是模块理论的一种，认为脑内各脑区具有不同的功能分工( h u m p h r e y se ta l ，1 9 8 5 ；c a s t l e s7汉字认知的脑内信息加工模式e ta 1 ，19 9 3 ，19 9 6 ；b e s n e re ta l ，1 9 9 7 ) 。联结主义阅读模型是另一个有影响的认知模型，对双通道模型的假设提出挑战。联结主义模型认为阅读是通过平行分布式加工实现的。它强调脑的大量功能是由个系统完成的，该系统含有数量有限而又高度相互作用的成分。它不承认上述的脑内模块分工，认为词汇加工是由形、音、义三种成分双向连接相互作用的过程。例如从书面词提取语音可以由正字法( 字形) 直接与语音相连接而产生，也可以间接地从正字法通过语义再到语音。连接主义同样可以解释前述两种相反的失读症现象，例如语音失读症患者( 不能读可拼音的假词)被解释为j e 字法与拼音之间的连接破坏造成；而表面失读( 读不规则拼写的词有困难) 是由语义加工的缺损造成。尽管连接主义模型能解释某些临床现象，但是他们所强调的平行分布的加工过程尚未得到神经生理学的验证( s e i d e n b e r ge ta l ，1 9 8 9 ：p l a u te ta l ，1 9 9 6 ) 。另外一点，虽然我们重点讨论左额盖的激活模式，但在阅读理论中也必须考虑进去其它脑区对不同刺激的不同反应。例如，左额盖和左后上颢皮层( b a2 2 ) 都包含在语音过程中，但是对这两个区域，只有左额盖表现出一致性效应，这表明牵涉到这两个区域的语音加工的本质是不同的。另一方面，毛运动皮层观察到一致性效应( 低频一致字和非字的激活大于低频例外字) 就很难和现有的阅读模型结合起来。这个结果说明现有模型无法解释字形到字音转换的精确过程，或者运动皮层参与的加工已超出了模型的范围( f i e ze ta l ，1 9 9 9 ) 。一系列功能成像研究证明了1 9 世纪神经病学家的预测，左上颞区后部及前额区后部参与听觉和视觉词重复，更明确了w e r n i c k e 区和b r o c a 区的作用。另外，词提取时左下颞区后部激活，所以提供了2 0 世纪认知模型预测的第二条阅读通路。因为选择性损伤病例很少，这个区域及其功能被1 9 世纪神经病学家错过了。以前连接视觉词形系统的角回，现在认为是分布式词义系统的一部分，可以存取物体、面孔和语音。词义系统的其它部分包括颞叶中、下部的几个区域。8汉字认知的脑内信息加工模式依据脑成像研究结果，可以提出一个新的词加工模型，它可以协调19 世纪和2 0 世纪的二个模型。进一步的进展需要行为学、计算科学、神经生理学方法( 包括脑成像) 研究结果的整合( p r i c e ，2 0 0 0 ) 。图0 - 2 九个大声读出单字的实验研究结果( 引自f i e ze la l ，1 9 9 8 )圆圈和方块分别表示左、右半球的平均激活位置5 语义理解语义理解是语言功能的一个重要方面。b i n d e re ta l 用f m r i 研究了3 0 个右利手被试，发现与语言加工有关的皮层激活限制在左半球的额叶、颞叶和顶叶的网络区。在w e r n i c k e 区外存在颞顶语言区，包括颞中、下回，梭状回和角回。在b r o c a 区外存在扩展的左前额语言区。这与经典的语言功能定位略有差异，但基本符合，为进一步深化和细化经典语言功能区提供支持( b i n d e re ta l ，1 9 9 5 ) 。d e s m o n de ta l 对7 名已经进行过w a d a 试验的颞叶癫痫病人研究，发现左侧前额叶下部( l i p c ) ，即b a 4 5 ，4 6 ，4 7 区在执行语义任务时被激活，两种方法所得的结果有很高的一致性( d e s m o n de ta l ，1 9 9 5 ) ；d e s m o n de ta l 又采用不出声完成单词的方法，给被试一些词干，每个词干只需完成一个词。一些词干有很多完成方式( m a n y ) ，另一些词干只有极少完成方式( f e w ) 。执行任务时，在m a n y 条件下，左侧额中回( b a 9 1 0 ) 和尾状核显著激活，说明该区与词的9汉字认知的脑内信息加1 ：模式选择有关，并与选择难度有关( 多个选择) 。在f e w 条件下，右侧小脑后上部显著激活，说明该区与词的搜索有关( d e s m o n de ta l ，1 9 9 8 ) 。b e l l g o w ae ta l 以听觉方式呈现刺激，让2 8 例左侧或右侧颞叶癫痫病人执行语义判别任务。两组病人在额叶和顶叶的语言区激活相似，总激活像素数没有明混差别。但右侧颞叶癫痫病人在左侧颞中回激活更强，包括海马，海马旁阐和侧沟。可能是网为颞叶与听觉有关，右侧受损后，左侧发生代偿所致。一个结论是，可以根据语义任务中左侧颞中回的激活区分病人是左侧还是右侧颞叶癫痫( b e l l g o w ae ta l ，1 9 9 8 ) 。c h e ee ta l 以听觉和视觉形式呈现词，每种呈现方式下，被试都执行两种任务：语义任务和非语义任务。语义任务在听觉和视觉呈现时是相同的，即让被试判断词是抽象的还是具体的；非语义任务在听觉和视觉呈现时是不同的，在听觉h , j ，被试任务为判断词是单音节还是多音节；在视觉时，被试任务为判断侧呈现在上方还是下方。结果发现，在听觉和视觉呈现时执行语义任务，二者激活区重叠较多，b a 4 5 ，4 6 ，1 0 ，8 ，6 区都激活。听觉时，颞中回、梭状同、右侧小脑有激活，而视觉时无此现象。执行非语义任务时，若取被试的平均数，左侧额叶下部及颞叶语言区无激活，其激活存在个体差异( c h e ee ta 1 ，19 9 9 ) 。j e s s e ne ta l 用事件相关f m r i ，随机呈现无意义字母串和单词，左侧颞上回，左顶叶和枕叶在无意义字母串刺激时，表现出激活，这些部位可能与词汇评价有关。左侧角回，双侧楔前叶，左侧扣带回后部与单词的语义加工有关( j e s s e ne ta l ，1 9 9 9 ) 。b o o k h e i m e r 对词义加工的脑内模式做了总结，认为有三点：1 ) 左下额叶参与词义加工，并与额叶其他语言区分离2 ) 物体和概念分类在颞十3 ) 右半球参与理解上下文和比喻的含义( b o o k h e i m e r ，2 0 0 2 ) 。二、句子加工1 句子理解汉字认知的脑内信息加工模式理解一个句子，不仅包括对视觉信息的编码、字词的确认，还要对句子中词与词之间的句法关系和语义关系进行分析，比字词识别复杂得多。m a z o y e r用p e r 研究了句子加工，发现左颞中回( w e r n i c k e 区) 参与旬义加工( m a z o y e r ，19 9 3 ) 。f l e t c h e re ta l 实验发现，左颞上回( b a 2 2 ，3 9 ) 、双侧颞极( b a 3 8 )在旬予理解中激活( f l e t c h e re ta l ，1 9 9 5 ) 。之后，陆续的实验发现，左颞中回，左颞上叫，左侧或双侧角回缘上回及临近区域参与句子加工( b a v e l i e re ta l ，1 9 9 8 ；c a r p e n t e re ta l ，1 9 9 9 ；c r o z i e re ta l ，1 9 9 9 ；m a g u i r ee ta l ，1 9 9 9 ) 。2 语法句法加j i ：j u s te ta l 用视觉呈现的句子理解作为任务研究脑激活情况，发现b r o c a 区、w e r n i c k e 区的激活体积随句子复杂程度的增加而增大。其结论是脑激活是由句子复杂程度引起的，没有单一特定脑区负责句子加工( j u s te ta l ，1 9 9 6 ) 。s t r o m s w o l de ta l 采用p e t 对8 个被试进行了句子阅读和判别实验。结果发现，句子加工发生在左1 贝u b r o c a 区附近部分，理解难度增加的句子需要更大的记忆负荷( s t r o m s w o l de ta l ，1 9 9 6 ) 。k a n ge ta l 用事件相关f m r i 检测内在的短语水平的语法和语义过程。以视觉方式呈现动词短语，左侧b a 4 4 对语法敏感。b a 4 5 ，1 0 ，4 6 显示出两侧的差异，左侧对语法敏感，右侧对语义敏感。实验中多次发现下顶叶，b a 3 2 与注意和记忆有关( k a n ge ta l ，1 9 9 9 ) 。d e p r e t t oe ta l 的研究证实部分b r o c a 区与语法功能的执行有关，左前额下回与语义功能的执行有关。以听觉方式呈现非母语的可理解词时，被试的b r o c a区和角回被激活，这些区域与语义和语法的理解有关( d e p r e t t oe ta l ，1 9 9 9 ) 。c h e ee ta l 采用视觉呈现的汉语和英语句子为刺激材料，被试任务为句子理解，结果发现，汉语、英语句子理解，b a 4 4 ，4 5 ，4 7 ，6 ，8 ，9 ，2 2 ，2 1 ，3 8 ，3 9 ，s m a ，双侧b a 7 及枕区激活。执行语音任务时，男性大脑区域的激活集中在左侧额叶下部，而女性的激活区域则显得较分散。语法的复杂程度影响b r o c a 区部分区域汉宁认知的脑内信息加工模式的激活程度，越复杂则激活程度越深( c h e ee ta l ，1 9 9 9 b ) 。s a k a ic ta l 认为由于以上实验任务实际的内容刁i 完全相同，所以导致了激活脑区的不一致性( s a k a ie ta l ，2 0 0 1 ) 。s a k a i 等的系列研究得出结论：w e r n i c k e区，角回缘上倒与b r o c a 区作为功能模块直接与语音、语义和句法加工有关。左额下区域参与一些语音、语义加工，左前额皮层( 额下回、背侧前额叶) 负责句子理解和句法加工，而左颞中区域对句子加工至关重要( s a k a ie ta l ，2 0 0 1 ；h a s h i m o t oe ta i ，2 0 0 2 ；s u z u k ie ta l ，2 0 0 3 ) 。二三、语言习得与第二语言母语和外语获得机制也引起有关学者的关注。p e r a n ie ta t 采用p 酣研究成年人母语和第二语言，实验任务为听故事( 分别以母语、7 岁后习得的第二语言以及第三种未知语言播放) 。母语的激活脑区与以前的单一语言的结果类似，但第二语言没有：第二语言及未知语言都激活了左半球与语音加工有关的特殊脑区。作者认为部分脑区在早期接触母语过程时已被塑造，而这些区域在成人后学习该语言不能被激活( p e r a n ie ta l ，1 9 9 6 ) 。k i me ta i 也证明了这一点，在b r o c a 区，成年后获得第二语言与母语激活的空间位置不同，而早年学习第二语言，与母语激活的额区位置是重叠的。在w e r n i c k e 区，与获得第二语言年龄有关的分离现象未观察到( k i me ta l ，1 9 9 7 ) 。c h e ee ta l 的研究得出相反的结论。采用2 4 个右利手流利双语被试，其中15 个6 岁前接触双语，9 个幼时学习中文，1 2 岁后学习英文。中英文在前额区、颞区和顶区都出现激活。可以说在单词水平上激活脑区没有显著不同，早年习得与成年后获得第二语言显示重叠的激活模式。c h e ee ta l 又采用视觉呈现的汉语和英语句子为刺激材料，被试任务为句子理解。结果表明，早年学习第二语f i - 与成年后获得第二语言的双语者，其激活脑区是重叠的，没有明显的差异( c h e ee ta t ，1 9 9 9 a ，1 9 9 9 b ) 。h e r n a n d e ze ta l 让英语、西班牙语双语被试命名图画，在左半球背侧前额汉字认知的脑内信息加工模式皮层延伸到b r o c a 区出现激活，但二种语言激活模式没有差异，符合早期习得双语者脑区重叠的结论( h e r n a n d e ze ta l ，2 0 0 1 ) 。与此结论相同的研究还有k l e i ne ta l 的p er l 、报告( k l e i ne ta l ，1 9 9 4 ；1 9 9 5 ) 以及最近h a s c g a w ae ta l 的f m r i结果( h a s e g a w ae ta l ，2 0 0 2 ) 。p r i c ee ta l 用p e t 研究了德语为母语，约9 岁开始习得第二语言英语的6名流利双语被试，任务为翻译或读视觉呈现的德语词、英浯词或二者交替。山乎意外的是副译时主要激活前扣带回和皮下结构( 双侧壳核、尾状核) ，而不是经典语言区。p r i c e 解释这是因为翻译时需要头脑更大的协调，从而抑制与读词相关的直接回路。在二种语言切换时，b r o c a 区与双侧缘上回激活，这是凶为这些脑区参与了字形到语音的加工，说明语音加工是语言切换时难度的原因。p r i c e 也解释了控制回路与失语症的关系，她认为失语症的许多问题可能不是语言回路本身的受损，而是控制结构的问题，她强调双语加工