功能和结构的神经可塑性与二语能力相关:中英双语者的MRI研究

一、文献名称 ¶

Wang, R. M., Ke, S. S., Zhang, Q., Zhou, K., Li, P., & Yang, J. (2020). Functional and structural neuroplasticity associated with second language proficiency: An MRI study of Chinese-English bilinguals. Journal of Neurolinguistics, 56, 100940. http://doi.org/10.1016/j.jneuroling.2020.100940

二、研究背景 ¶

​ 两种语言的双语心理控制是否能增强认知控制一直是人们争论的焦点。然而，有足够的证据表明，双语体验会引起大脑功能、结构和网络的改变。虽然大多数研究都考察了与第二语言学习相关的功能或结构神经适应，但很少在一项研究中包含多个测量方法。本研究采用多模态脑成像方法，探讨与第二语言学习相关的功能和结构神经可塑性，试图揭示其趋同性。

三、研究过程 ¶

广东外语外贸大学的30名中英双语者（10男），由于母语为中文（L1），他们学习英语(L2)的平均年龄为7.27岁，是较晚的双语者。右利手，无神经系统障碍。用QPT测试评估他们的英语能力水平，语言背景采用语言史问卷（LHQ）。

Tab-1

表1为详细内容。QPT分数与他们自我报告的英语阅读、听力、写作等呈正相关，因此他们的QPT分数被用来表示L2熟练程度。

从UCSD国际图片命名项目（IPNP)图片数据库中选择的96幅黑白线条的具体无生命物体，在图片命名功能磁共振成像(fMRI)任务中以视觉方式呈现给参与者。图片中物体的中文名称对应的是2 - 3个字的中文单词，而对应的英文名称则是由3-7个字母组成的单音节或双音节单词。

1、静息fMRI session

在进行图片命名任务之前，所有参与者都要完成8分钟的rs-fMRI扫描。在此过程中，他们被要求放松，躺在扫描仪上一动不动，同时盯着屏幕上的固定十字架，保持清醒。

2、图片命名fMRI session

Fig-1

如图1所示，在两个单独的fMRI测试中，被试分别用普通话(L1)和英语(L2)命名图片。参与者被要求在3500毫秒内尽快准确地说出图片的名字。红色框提示说中文，绿色框提示说英文。

1、rs-fMRI 数据

对每个参与者的rs-fMRI扫描，计算ALFF显示他们的大脑区域自发神经活动。使用DPABI,在控制年龄、性别和L2 AoA的情况下，研究ALFF与双语者L2熟练度之间的相关性，以确定三种神经成像方法验证的中英双语者L2熟练度一致的生物标记。

2、图片命名fMRI数据

使用dpapi对两个图像命名过程的fMRI数据进行预处理。基于每个被试的脑激活数据，对不同语言条件下的脑激活进行了组水平分析。

3、基于体素的sMRI数据形态测量（voxel-based morphometry of sMRI data）

4、二语熟练度的回归分析

四、结果分析 ¶

1、图片命名任务中的行为表现

Fig-2

​ 如图2a所示，我们的30名被试为中后期中英双语者，他们在二语中命名图片时的反应明显慢于一语中命名图片的准确程度。双语者在二语图片命名任务中的准确率或反应时间与二语熟练程度之间没有显著的相关性。

2、图片命名任务中的大脑活动

​ 单样本t检验：L1中的图像命名诱发了左侧IFG (ba44)、双侧辅助运动区(SMA) (ba6)、右侧岛叶、左侧IPL和双侧梭状回(ba19)的脑激活。 L2图像命名激活了右侧MFG (ba6)和IFG (ba44)、双侧SMA (ba6)、岛叶和梭状回(ba37 /19)的神经活动。左海马回、左丘脑和双侧小脑在L2加工过程中也表现出显著的激活。

​ 双样本t检验：L1图像命名中双侧MFG、左侧STG和左侧IPL的神经反应比L2条件下更多，而L2条件下双侧IFG、前扣带回(ACC)和梭状回的脑激活明显更强。左跟脑回和小脑在L2组也比L1组更活跃。

Tab-2

3、二语熟练程度对脑功能和结构神经可塑性的影响

​ 分别进行脑功能和脑结构的回归分析，以L2熟练度为兴趣的协变量，控制年龄、性别和L2学习能力的影响。

Fig-3

Tab-3

​ 在二语图片命名过程中，L2熟练程度高的被试在左侧中央前回(ba6)、双侧岛叶、右侧IPL、右侧梭状回和左侧扣带回后回(ba31)的神经活动明显高于L2熟练程度低的被试。

​ fMRI和rs-fMRI的功能数据集中于左岛叶和右梭状回的受累。rs-fMRI和sMRI的无任务测量都涉及双侧梭状回。基于任务的fMRI和sMRI数据突出显示了右侧梭状回L2能力相关的神经可塑性。这三种测量都表明了右侧梭状回在母语为汉语的非熟练英语学习者中的重要作用。

五、讨论及其他 ¶

​ 本研究采用多模态神经成像方法，考察了低至中高水平的中英双语中晚期学习者与二语学习相关的神经可塑性。本研究强调了以汉语为母语的非熟练英语学习者右侧梭状回与二语学习之间的相关性。第二语言学习引起了功能性的大脑变化和认知控制，大脑结构变化与二语熟练程度相关。