李修軍，郭啟勇，吳景龍

（1.長春理工大學 計算機科學技術(shù)學院，長春 130022；2.中國醫(yī)科大學附屬盛京醫(yī)院 放射科，沈陽 110004；3.日本岡山大學 自然科學研究生院，岡山 700-8530）

語言是人腦所特有的一種高級功能，是人類社會信息傳遞的主要形式。如何讓計算機的中文處理達到人腦的水平，開發(fā)更接近人類的智能機器，是人工智能領域的熱門課題。研究人腦的語音加工處理機制是實現(xiàn)人工智能的重要理論基礎和前沿研究。在語音加工處理研究中，語音控制與語音模式識別是其中重要的一部分，本研究將對中文和日文的讀音處理進行深入研究。

目前，應用功能性磁共振成像技術(shù)研究語言加工腦機制是應用語言學和認知神經(jīng)科學的熱點問題和前沿研究。尤其像是對漢語-英語第二外語的研究已經(jīng)取得了部分科研成果［1-5］，但關(guān)于漢語-日語第二外語的研究才剛剛起步。功能磁共振成像技術(shù)能對大腦的結(jié)構(gòu)和活動狀態(tài)進行成像，進而輔助醫(yī)療診斷的設備，和其他手段相比（比如腦電（ERP，Event-Related Potentials）等）具有高空間解像度的優(yōu)勢，能達到毫米級。本實驗采用功能磁共振成像技術(shù)探討中日雙語被試第二外語讀音加工的腦機制。

第二外語教學中，常常發(fā)現(xiàn)這樣一個問題，有些學生認為英語入門難，學起來會越來越簡單，而有些學生認為日語卻是入門簡單越學越難。原因是什么呢？原因之一是與語系有關(guān)。日語和漢語屬于同一語系，具有相似的特點。而英語對于中國人來說則是完全陌生的語言。本研究被試為中日雙語者，即學過日語的中國人。近年來國內(nèi)外眾多語言研究者圍繞著這一科研課題進行了大量的行為學實驗和腦神經(jīng)影像學的研究［6-9］，并且得到了一些科研成果，這些成果對語言課堂教學提供了基礎數(shù)據(jù)和理論依據(jù)。

有關(guān)中-英雙語研究中，具有代表性的是Tan等人［3］用第二外語是英語的大學生和母語為英語的被試，研究了母語和第二外語腦功能的差異，并確定了部分中-英第二外語的特有腦區(qū)。但是英語為字符語言，漢字為象形文字，二者之間無論從形態(tài)上還是發(fā)音上都存在很大的差異。本實驗將利用中日雙語被試，使用中文讀音判斷任務和日文讀音判斷任務對此內(nèi)容做深入的研究。

1 實驗

1.1 被試

實驗使用中-日雙語被試共計15人，其中男8人，女7人，平均年齡23.08歲，均為沈陽中國醫(yī)科大學七年制本碩連讀學生，所有被試均符合身體健康，無精神類疾病，右利手，視力聽力正常的條件。所有被試在實驗前均進行了日語水平1級測試并簽署了由中國醫(yī)科大學倫理委員會制定的《知情同意書》。

1.2 實驗刺激

本實驗刺激分為中文讀音相關(guān)刺激和日文讀音相關(guān)刺激（表1中只給出了中文刺激，日文刺激和其類似）兩種。被試將對兩種刺激分別進行判斷。兩種刺激分別根據(jù)讀音配對成相同組和不同組，各24對，如成功（cheng gong）-進攻（jin gong）為相同組，緊張（jin zhang）-放棄（fang-qi）為不同組。共組成48張圖片，作為控制刺激使用字號大小判斷刺激，使用字號為127和107的兩種非詞語刺激，圖片像素為245×245，顯示器分辨率采用1024×768，實驗中使用的視角為8度。兩個刺激之間用一個“+”作為固視點，所有刺激均以黑底白字的形式呈現(xiàn)給被試。

表1 實驗刺激圖

1.3 實驗任務

在功能性核磁共振實驗掃描時，所有的實驗刺激通過反光鏡折射至被試眼部。在進行序列掃描時要求被試頭不動（頭動超過1.5mm的被試將被剔除），根據(jù)提示語對屏幕中同時出現(xiàn)的兩個漢語單詞或日語單詞的讀音是否相同或者字號是否相同進行辨別，相同時用左手拇指按鍵，不同時用右手拇指按鍵。四種實驗刺激均隨機出現(xiàn)。刺激呈現(xiàn)時間均為2500ms，間隔時間為1500ms，一個組塊為24s。間隔的時候只提示注視點“+”。一共48個刺激，一個序列的時間就是大約6分鐘。然后為了制作個人的標準腦圖像和圖像對齊我們加掃了3D和T1圖像。

1.4 數(shù)據(jù)采集與分析

數(shù)據(jù)采集：本實驗采用中國醫(yī)科大學附屬盛京醫(yī)院的Philips Intera Achieva 3.0T超導型MR掃描系統(tǒng)，刺激儀為深圳美德公司的SA9900視聽覺刺激提示系統(tǒng)，應用8通道SENSE頭線圈，層厚為3.5mm，TR為2s，TE為30ms。

數(shù)據(jù)分析：首先把所有文件統(tǒng)一放在一個文件夾里以便后面的數(shù)據(jù)處理，然后將原始數(shù)據(jù)的Dicom文件使用MRIcro軟件進行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換為Matlab7.5能夠識別的文件格式（即.hdr和.img格式）。接下來使用基于Matlab7.5的SPM5軟件（www.fil.ion.ucl.ac.uk）進行圖像后期處理。后處理包括：一、前處理：（1）頭動校正和圖像的配準（Realign），（2）空間標準化（Normalize），（3）平滑化（Smoothing）；二、統(tǒng)計分析處理。在個人結(jié)果處理時，采用一般線性模型（General Linear Model，Y＝βX+E），得出對比圖像（具體結(jié)果后面有詳細說明）。在平均結(jié)果處理時，采用隨機效應模型（Random Effects Models），對數(shù)據(jù)分別進行單樣本和雙樣本t檢驗分析，閾值采用 p＜0.001（uncorrected）。將漢字讀音判斷任務與日語讀音判斷任務相減做比較得到二者的對比圖像。

1.5 實驗結(jié)果

所有被試的fMRI腦成像平均結(jié)果如圖1所示，中日雙語被試在進行日文讀音加工任務時激活了一個由多個腦區(qū)參與構(gòu)成的漢字讀音加工處理的腦神經(jīng)網(wǎng)絡，主要包括：視覺區(qū)（BA17/18/19/37），其主要功能是負責視覺信息的處理；顳葉（BA21/22/38），是多感覺處理區(qū)，比如聽覺，觸覺等；頂葉（BA7/40），其主要負責時間及空間位置判斷；額葉（BA9/44/45/46），其主要負責讀音詞匯等信息的處理和認知機能的處理（P＜0.001）。而在進行中文讀音加工任務時，則激活了很少的腦區(qū)，主要集中在頂葉（BA7/40），這部分的功能主要負責時間及空間位置判斷（P＜0.001）。

圖1 中日雙語被試日文讀音和中文讀音判斷時各自的腦激活情況

圖2 中日雙語被試進行日文與中文讀音判斷時差異性腦區(qū)的腦激活情況

如圖2所示，對于中日雙語被試，日文讀音判斷任務和中文讀音判斷任務相減，得到了二者差異性腦區(qū)，即日文讀音處理腦區(qū)。其中主要包括：右側(cè)額葉下回（BA44/45），右側(cè)顳葉（BA7/40），左側(cè)紡錘狀回（BA37）（P＜0.001，如表2所示）。

2 討論

本研究主要是利用中文與日文雙語被試，使用中文讀音判斷和日文讀音判斷兩種實驗任務與字號大小判斷任務，通過功能性磁共振成像技術(shù)比較被試在判斷日文讀音和中文讀音任務中不同的腦激活情況，結(jié)果得到了中-日雙語被試在進行日語讀音處理和中文讀音處理時的差異性腦區(qū)，然后根據(jù)這些特殊腦區(qū)探討中文與日文第二外語腦神經(jīng)機制。本實驗中在進行讀音加工任務時，激活了由多個腦區(qū)構(gòu)成的神經(jīng)網(wǎng)絡（見圖1），與以往對第二外語（中英文以及中日文）的研究結(jié)果均相近［3，6，10-13］。

中日雙語被試在第二外語讀音判斷時的腦神經(jīng)網(wǎng)絡如下：主要激活腦區(qū)為右側(cè)額葉下回（BA44/45），右側(cè)顳葉（BA7/40），左側(cè)紡錘狀回（BA37）。其中右側(cè)額葉下回（BA44/45）是布洛卡區(qū)，是公認的語言處理腦區(qū)，本實驗中此腦區(qū)的激活主要是語言的詞匯和音韻的處理機能，這和被試辨別語言的讀音處理相關(guān)。右側(cè)顳葉（BA7/40）是空間位置判斷腦區(qū)，本實驗中主要可能是被試判斷漢語和日語在屏幕中的位置關(guān)系導致的激活。左側(cè)BA37是紡錘狀回，這個腦區(qū)的主要功能是物體的形狀處理，本實驗中此腦區(qū)的激活可能和漢字或日文形態(tài)處理相關(guān)，即被試雖然是進行讀音判斷，由于是視覺刺激的形式提示，所以此腦區(qū)也會有相應的激活。

以上結(jié)果顯示，中日雙語被試組進行日文讀音判斷和中文讀音判斷時腦功能存在差異，本文認為這些差異性腦區(qū)為中-日第二外語讀音處理腦區(qū)，尤其是進行中文讀音判斷時激活區(qū)域非常小，這可能是對于被試來說任務過于簡單，很容易就能判斷出來。有眾多研究者對母語和第二外語進行了研究發(fā)現(xiàn)母語與第二外語存在巨大的差異，比如中國人雖然熟練的學習了英語（經(jīng)過測試分值較高者），但是和美國人相比其在英語加工時，并沒有激活美國人加工英語時的某些特定的腦區(qū)。但是日語和漢語屬于同一語系，均為象形文字，那么作為第二外語它們之間是否有相同的特定腦區(qū)呢？本實驗給出了強有力的證據(jù)，驗證了即使是同一語系的漢語和日語在進行讀音判斷任務時也是有不同的激活腦區(qū)。這樣的結(jié)果告訴我們在進行第二外語課題教學的時候就要根據(jù)不同的外語采取不同的教學方法，比如日語和英語，只有這樣才能更加有效提高教學質(zhì)量。

3 結(jié)論

實驗結(jié)果表明，中日雙語被試在進行中文讀音處理和日文讀音處理時腦活動之間存在差異，主要集中在以下腦區(qū)：右側(cè)額葉下回（BA44/45），右側(cè)顳葉（BA7/40），左側(cè)紡錘狀回（BA37）。

［1］何文廣，陳寶國.語言對認知的影響——基于雙語認知“優(yōu)勢效應”的分析［J］.心理科學進展，2011，19（11）：1615-1624.

［2］王瑞明，鄧漢深，李俊杰，等.中-英雙語者語言理解中非加工語言的自動激活［J］.心理學報，2011，43（7）：771-783.

［3］Tan L，Spinks J，F(xiàn)eng C，et al.Neural systems of second language reading are shaped by native language［J］.Hum Brain Mapp，2003，18：158-166.

［4］董奇，薛貴.雙語腦機制的幾個重要問題及其當前研究進展［J］.北京師范大學學報：人文社會科學版，2001，4（166）：91-98.

［5］陳瑩.第二語言語音感知研究的理論基礎和教學意義［J］.外國語，2013，36（3）：68-76.

［6］Yokoyama S，Kim J，Uchida S，et al.Left middle temporal deactivation caused by insufficient second language word comprehension by Chinese–Japanese bilinguals［J］.Journal of Neurolinguistics，2009，22：467-485.

［7］許貴芳，呂勇，宋娟.第二語言語音獲得的影響因素及其腦機制［J］.現(xiàn)代生物醫(yī)學進展，2008，8（9）：1725-1728.

［8］翟洪昌，任靜，肖勝勇，等.讀寫分離的腦機制：來自fMRI的證據(jù)［J］.心理學報，2011，43（2）：132-142.

［9］Siok W T，Niu Z D，Jin Z，et al.A structural-functional basis for dyslexia in the cortex of Chinese readers［J］.Proceedings of the National Academy of Sciences，2008，105（14）：5561-5566.

［10］Pu Y，Liu H L，Spinks J A，et al.Cerebral hemodynamicresponse in Chinese（first）and English（second）language processing revealed by event-related functional MRI［J］.Magnetic Resonance Imaging，2001，19（5）：643-647.

［11］Perani D，Dehaene S，Grassi F，et al.Brain processing of native and foreign languages［J］.NeuroReport，1996，7：2439-2444.

［12］Li G，Cheung T，Gao F R，et al.Cognitive processing in Chinese literate and illiterate subjects：An fMRI study［J］.Human Brain Mapping，2006，27：144-152.

［13］Petersson KM，Reis A，Castro Caldas A，et al.Effective auditory-verbal encoding activates the left prefrontal and the medial temporal lobes：a generalization to illiterate subjects［J］.Neuroimage，1999，10：45-54.