晁芳 劉賜融 孫學進 莫茵 解玥 趙建山 田 偉

1 四川省宜賓市第二人民醫(yī)院CT/MRI 室 644000；2 中國科學院昆明動物研究所靈長類研究室 650223；3 昆明醫(yī)科大學第一附屬醫(yī)院磁共振室 650031

國內(nèi)外學者大多專注于大腦語言功能區(qū)的研究，對語言的大腦結(jié)構(gòu)的基礎研究相對較少。Maguire 等[1]成功運用基于體素的形態(tài)學分析（voxel-based morphometry，VBM）方法研究了學習和后天鍛煉對大腦結(jié)構(gòu)的影響。隨著神經(jīng)影像學研究方法的飛速進步，近年來VBM 在雙語使用者的腦形態(tài)方面的應用越來越廣泛。Mechelli 等[2]利用VBM 對意-英雙語者和英語非雙語者的第二語言熟練程度和習得年齡對大腦結(jié)構(gòu)影響的研究初步探討了大腦結(jié)構(gòu)的可塑性。然而，目前對于中國少數(shù)民族雙語使用者的研究國內(nèi)外仍少見報道。

本研究通過分析在中國特有的聚居于云南、擁有自己民族語言并且熟練掌握漢語的白族雙語者與漢族非雙語者的全腦灰質(zhì)密度差異，以及第二語言習得對大腦結(jié)構(gòu)的影響，初步探討少數(shù)民族第二語言習得可能的大腦基礎，為各種語言功能障礙的診斷與治療提供基礎理論依據(jù)，減少或避免臨床手術過程中對大腦語言區(qū)的損害，為臨床大腦語言功能區(qū)恢復的評估提供更多的影像學依據(jù)。

1 資料與方法

1.1 一般資料

回顧性分析2012 年4 月至2013 年4 月于昆明醫(yī)科大學第一附屬醫(yī)院就診的33 名熟練掌握白族語言和漢語2 種語言的白族健康成年人[簡稱白族白-漢雙語者，均來自大理白族自治州，其中男性18 名、女性15 名，年齡20～50（25.33±4.65）歲]和30 名使用漢語單一語言的漢族健康成年人[簡稱漢族非雙語者，其中男性13 名、女性17 名，年齡20～50（26.16±2.05）歲]的大腦MRI 顯像資料。納入標準：（1）智力正常（智力商數(shù)>85），右利手，本科及以上學歷；（2）常規(guī)頭顱MRI 掃描腦實質(zhì)未見異常。排除標準：（1）認知功能障礙；（2）長期服藥史及酗酒史；（3）腦部外傷史；（4）具有MRI 檢查禁忌證；（5）被確診的腦神經(jīng)失調(diào)病史；（6）具有精神病和神經(jīng)病癥狀及體征。研究開始前所有受試者均被告之研究的過程及可能存在的風險，且均簽署了知情同意書；本研究符合《赫爾辛基宣言》的原則。

1.2 MRI 檢查

MRI 檢查于昆明醫(yī)科大學第一附屬醫(yī)院MRI檢查室中進行，采用荷蘭Philips 公司Achieve 3.0T MRI 系統(tǒng)及八通道相控陣頭部線圈行全腦掃描。受試者取仰臥位，用泡沫墊固定頭部減少頭部運動，戴上耳罩減輕噪聲。首先行三平面（冠狀面、矢狀面、橫斷面）T1 定位像掃描，然后采用三維快速擾相梯度回波序列（three-dimensional fast spoiled gradient-recalled，3D_FSPGR）行全腦矢狀面高分辨率三維T1 結(jié)構(gòu)像采集，共采集188 層，掃描時間為6 min。掃描參數(shù)：重復時間為shortest、回波時 間為shortest、反 轉(zhuǎn) 角 為7°、層 厚 為1 mm、激勵次數(shù)為1、視野（上下方向為256 mm、前后方向為256 mm、左右方向為188 mm）、體素分辨率為 1.0 mm×1.0 mm×1.0 mm。另外，所有受試者均行常規(guī)MRI 自旋回波序列橫斷面掃描（T1 加權(quán)、T2 加權(quán)），并將顱腦MRI 無任何形態(tài)學異常者納入數(shù)據(jù)處理。

1.3 數(shù)據(jù)處理

采用VBM 方法分析所有受試者的全腦灰質(zhì)密度。應用統(tǒng)計參數(shù)圖8（SPM8）中的VBM5 軟件（http://dbm.neuro.uni-jena.de/wordpress/vbm/download）進行數(shù)據(jù)預處理，在MATLAB 平臺上進行計算和圖像處理，具體步驟：（1）原始數(shù)據(jù)分類整理；（2）頭動校正；（3）分割三維T1 結(jié)構(gòu)像以獲得灰質(zhì)、白質(zhì)及腦脊液圖像，然后在圖像模板上行圖像配準以及空間標準化；（4）采用三維高斯核進行圖像空間平滑處理（半高全寬為8 mm）。

1.4 統(tǒng)計學分析

應用統(tǒng)計參數(shù)圖8（SPM8）軟件進行統(tǒng)計學分析。采用雙樣本t檢驗比較白族白-漢雙語者與漢族非雙語者的全腦灰質(zhì)密度差異；采用AlphaSim進行多重比較校正。P<0.05 為差異有統(tǒng)計學意義。

2 結(jié)果

由表1 可知，與漢族非雙語者相比，白族白-漢雙語者灰質(zhì)密度明顯增高的腦區(qū)包括右側(cè)額中回、右側(cè)眶回、右側(cè)直回、左側(cè)直回、左側(cè)豆狀核（均P<0.001），差異腦區(qū)主要集中在前額葉和紋狀體，其統(tǒng)計參數(shù)圖見圖1、2；未發(fā)現(xiàn)灰質(zhì)密度降低的腦區(qū)。

圖1 白族白-漢雙語者與漢族非雙語者相比灰質(zhì)密度有差異的腦區(qū)統(tǒng)計參數(shù)圖 A～C 分別為冠狀面、矢狀面和橫斷面的腦區(qū)統(tǒng)計參數(shù)圖，顯示白族白-漢雙語者右側(cè)額中回灰質(zhì)密度較漢族非雙語者明顯增高。白族白-漢雙語者為熟練掌握白族語言和漢語2 種語言的白族健康成年人；漢族非雙語者為使用漢語單一語言的漢族健康成年人Figure 1 Statistical parameter mapping of significant regional differences in grey matter density between Bai-Han bilinguals and Han nonbilinguals

表1 白族白-漢雙語者與漢族非雙語者全腦灰質(zhì)密度差異的比較Table 1 Difference comparison of grey matter density of the whole brain between Bai-Han bilinguals and Han non-bilinguals

3 討論

目前，國內(nèi)外眾多學者從不同水平、不同層面對不同語言大腦激活區(qū)進行了深入研究[3-6]；但對雙語或多語言習得所導致的大腦微觀結(jié)構(gòu)改變的報道較少，特別是對中國白族雙語習得導致大腦微觀結(jié)構(gòu)改變的研究更是罕見。VBM 方法已經(jīng)廣泛應用于2 組研究對象在體素水平的腦組織濃度或者體積差異的研究，可以定量分析大腦MRI 圖像中的灰質(zhì)、白質(zhì)密度變化，比較組間局部腦組織的不同。

國外研究者通過對音樂家與業(yè)余音樂愛好者、出租車駕駛員與非出租車駕駛員、意-英雙語者和英語非雙語者的VBM 研究發(fā)現(xiàn)，大腦的微觀結(jié)構(gòu)會受到后天學習和鍛煉的影響，其重要基礎在于神經(jīng)元的可塑性[1-2,7]。目前已知前額葉與大腦的多種高級認知功能有關，比如執(zhí)行、學習、語言、決策、抽象思維等[8-10]。不少國內(nèi)外學者采用任務態(tài)功能MRI 從多方面證實了額葉在語言、工作記憶及執(zhí)行控制中起著重要作用。如：Reverberi 等[11]通過對雙語者功能MRI 的研究結(jié)果證實，前額葉在雙語者自由選擇語言的行為中起著重要作用；Sierpowska 等[12]通過對雙語者的功能MRI 研究，結(jié)果發(fā)現(xiàn)額葉皮層在語言轉(zhuǎn)換過程中存在功能區(qū)分，額中回與額下回的相互配合對于維持有效的交流至關重要，這說明前額葉（尤其是額中回）與雙語者第二語言的學習和運用有關；Ramírez 等[13]對11 個月的雙語嬰兒進行腦磁圖研究的結(jié)果發(fā)現(xiàn)，雙語嬰兒的神經(jīng)反射集中在前額葉和眶回，推測這2 個結(jié)構(gòu)可能與雙語使用有關。此外，腦部眶回、直回是額葉底面的重要結(jié)構(gòu)，與記憶有關，具有與內(nèi)臟活動、情緒反應、記憶活動等有關的復雜功能。國內(nèi)學者應用功能MRI 研究了國內(nèi)漢-英雙語者在使用英語時的大腦激活區(qū)，包括左側(cè)運動區(qū)、右側(cè)運動區(qū)、左側(cè)額下回、右側(cè)額下回、左側(cè)顳上回等[5]。

圖2 白族白-漢雙語者與漢族非雙語者相比灰質(zhì)密度有差異的腦區(qū)統(tǒng)計參數(shù)圖（橫斷面） 各分圖為兩者灰質(zhì)密度有差異的腦區(qū)團塊的橫斷面按照一定層厚間隔呈現(xiàn)的連續(xù)層面，其中彩色區(qū)域代表白族白-漢雙語者較漢族非雙語者灰質(zhì)密度增高的腦區(qū)，包括右側(cè)額中回、右側(cè)直回、右側(cè)眶回、左側(cè)直回、左側(cè)豆狀核。白族白-漢雙語者為熟練掌握白族語言和漢語2 種語言的白族健康成年人；漢族非雙語者為使用漢語單一語言的漢族健康成年人Figure 2 Statistical parameter mapping of the significant regional differences in grey matter density between Bai-Han bilinguals and Han nonbilinguals（axial section）

通常認為左側(cè)大腦半球是語言的優(yōu)勢半球，但Calabrese 等[14]利用任務態(tài)功能MRI 研究發(fā)現(xiàn)，雙語者在使用第二語言的過程中右側(cè)前額葉激活，并認為右側(cè)大腦半球在第二語言的加工中起著關鍵性作用。本研究結(jié)果亦顯示，白族白-漢雙語者雙側(cè)直回、右側(cè)額中回及右側(cè)眶回的灰質(zhì)密度比漢族非雙語者高，推測在白-漢雙語者第二語言的習得過程中，額葉微觀結(jié)構(gòu)也在發(fā)生改變，這可能是通過增加灰質(zhì)密度來滿足更高的語言需求。

豆狀核是由殼核和蒼白球構(gòu)成的，其是基底神經(jīng)節(jié)核團的重要組成部分。近年來的研究結(jié)果顯示，以基底節(jié)損害為主的神經(jīng)系統(tǒng)疾病，如：豆狀核變性、帕金森病及亨廷頓舞蹈癥等經(jīng)常伴隨著不同形式和程度的語言障礙[15-16]。有國外學者通過研究證明了基底神經(jīng)節(jié)區(qū)是參與控制雙語語言的重要結(jié)構(gòu)[17]。還有一些研究者在研究豆狀核在語言中的作用時發(fā)現(xiàn)，在使用不同語言的人群中雙側(cè)豆狀核發(fā)揮的作用不同[6,18]。Archila-Suerte 等[19]在對雙語兒童的神經(jīng)解剖研究中發(fā)現(xiàn)，與熟練使用第一語言的兒童相比，第一語言與第二語言熟練程度更高的雙語兒童雙側(cè)殼核相對較大，提示殼核參與了雙語的習得過程。而我們則發(fā)現(xiàn)，漢族非雙語者較白族白-漢雙語者的左側(cè)豆狀核的灰質(zhì)密度低，推測左側(cè)豆狀核可能與語言的直接處理有關。白族是一個只有語言沒有文字的民族，白-漢雙語者在學習漢語的過程中，不僅要學習漢族的語言，同時還要學習漢族的文字，而作為重要語言調(diào)節(jié)中樞的豆狀核可能通過增加神經(jīng)元的密度來滿足這個復雜的學習過程，因此，我們認為工作記憶或是語言記憶的神經(jīng)基礎不僅集中在大腦皮質(zhì)，基底節(jié)也起著非常重要的作用。

通過本研究我們得出的結(jié)構(gòu)差異腦區(qū)與國內(nèi)外有關研究[6,20]得出的差異腦區(qū)不完全相同，其可能原因如下。（1）語系不同所致。有學者根據(jù)各種語言的語音、詞匯、語法規(guī)則不同將人類語言進行語言譜系分類，分為語系、語族和語支[21]。漢語和白語分別屬于漢藏語系中的不同語族，漢語屬于漢藏語系的漢語族，白語屬于漢藏語系的藏緬語族白語支；而英語和意大利語分別屬于日耳曼語系和拉丁語系。2 種語系的語音詞匯和語法規(guī)則有本質(zhì)區(qū)別。因此，在學習過程中可能激活的神經(jīng)元不同。在今后的研究中，我們將增加同一語系的不同語族語言的研究。（2）受試者個體差異所致，包括第二語言的習得年齡和熟練程度等。雙語語言的熟練程度對于大腦功能激活區(qū)的影響基本已經(jīng)得到了學者的公認，但語言習得年齡的影響目前尚存在許多爭議[19]。（3）人種差異所致。大部分國外學者選擇的研究人群是高加索人種或者澳洲人種，而本研究選擇的均為東亞人種，不同人種在學習過程中激活的神經(jīng)元或許有差異。

本研究因受試者人數(shù)較少，存在一定的局限性；且因大腦發(fā)育過程非常復雜，此間還會受到諸多因素的影響。少數(shù)民族有自己特有的生活環(huán)境、生活及學習習慣，我們選取的2 組志愿者來自不同民族，無法排除生活環(huán)境、生活及學習習慣等因素對研究結(jié)果的影響。今后，我們將進一步對雙語者的選擇條件進行完善，并增加受試者人數(shù)，利用更多的MRI 和圖像后處理技術更加準確地探索與語言習得相關的神經(jīng)解剖基礎，為少數(shù)民族語言教學提供指導，也為臨床上少數(shù)民族各種語言障礙疾病及功能區(qū)恢復的個體性、差異性評估提供更多的影像學依據(jù)。

利益沖突本研究由署名作者按以下貢獻聲明獨立開展，不涉及任何利益沖突。

作者貢獻聲明晁芳負責研究過程的實施、試驗的操作、數(shù)據(jù)的后處理、論文的撰寫與修訂；劉賜融、孫學進、莫茵負責試驗的指導、數(shù)據(jù)后處理的指導、論文的審閱；解玥、趙建山負責試驗的操作；田偉負責論文的審閱。