聾人早期手語經驗對腦功能及結構的塑造作用

丁國盛 李妍妍

摘要語言經驗對腦功能和結構發展有重要的塑造作用。然而，目前的相關證據主要來自對腦損傷導致的失語癥病人的語言康復、第二語言學習以及針對成人讀者進行的語言訓練等方面的研究。幼兒時期的早期語言經驗對腦結構與功能發展的影響更加重要，但直接的研究證據卻相當缺乏。本文提出一個研究設想，擬綜合使用多種腦成像技術，系統探討有早期手語經驗和無早期手語經驗的聾人個體在腦皮層語言功能的組織及腦結構發育的差異，包括語言任務中大腦語言區的激活模式，靜息狀態下腦功能聯結的默認網絡特征，腦皮層灰質密度，以及神經纖維束發育狀況等，揭示早期語言經驗對大腦功能和結構發育的塑造作用。

關鍵詞聾人；語言經驗；腦成像：腦可塑性

分類號B845.1

1前言

腦具有在外界環境和個體經驗的作用下不斷塑造其功能和結構的能力，這稱為腦的可塑性。腦的可塑性水平與年齡密切相關。在腦和神經系統發育的早期，其功能和結構特別容易受到環境和經驗的影響，可塑性水平最高；在成人時期，腦仍然保持著一定程度的可塑性，并可以持續終生。語言是人腦的一項特殊而重要的功能，語言經驗對腦功能和結構發展同樣有重要的塑造作用。目前的相關證據主要來自對腦損傷導致的失語癥病人的語言康復、第二語言學習以及針對成人讀者進行的語言訓練等方面的考察。幼兒時期的早期語言經驗對腦結構與功能發展的影響更加重要，但直接的研究證據卻相當缺乏，主要原因是缺乏有效的手段來操控早期語言經驗這一變量。

先天性重度耳聾群體為研究早期語言經驗的作用提供了一個重要突破口。因為種種原因，這類聾童在早期語言經驗方面存在著很大的個體差異。一部分先天性重度聾童，其父母也是聾人，從小接觸豐富的手語刺激，學習并熟練掌握手語。而另一部分先天性重度聾童，由于其父母是健聽者，不會手語，因此出生后缺乏適當的語言刺激，在6、7歲以后，進入專門的學習機構才開始系統學習手語。因此，這兩類聽障群體的早期手語經驗存在顯著的差異。本研究提出一個研究構想。擬綜合采用腦功能和結構成像技術，比較這兩類群體的腦功能與結構發展，揭示早期語言經驗對腦功能和結構發展的影響。

2語言經驗與腦可塑性

2.1語言經驗與腦功能可塑性

腦功能可塑性發生在不同層次上，主要包括分子層面、細胞層面、皮層地圖層面以及神經網絡層面等。分子和細胞層面的功能重組包括突觸效能的改變、突觸連接的改變等(Holtmaat＆Svoboda，2009；Poldrack，2000)；皮層地圖層面的重組包括表征面積、表征區域、表征方位以及表征區域之間聯合或分離的變化等；在神經網絡層面，大腦的可塑性主要表現為系統水平的可塑性，例如，不同感覺通道之間跨通道聯系的可塑性(Poldrack，2000)。對語言經驗的作用的考察集中在皮層地圖層面和神經網絡層面，主要來自三方面證據：

1)腦損傷導致的失語癥患者的語言功能康復。通常腦損傷兒童的語言能力可以得到相當程度的恢復，這是大腦具有高度可塑性的重要證據。腦成像研究顯示，左側大腦語言功能區的早期損傷會使語言的優勢功能區轉移到右腦對應區域，其右腦在語言任務中的激活模式與正常控制組的左腦激活模式驚人的相似。對于成人，左側外側裂周邊腦區的損傷通常會導致特異性的語言障礙，而右側對應區域的損傷則通常對一些輔助性語言功能有影響，如語言的韻律、語用功能等。經過語言康復訓練，成人被試的語言能力會得到一定程度的恢復。

2)第二語言學習和成人語言訓練過程中的腦功能可塑性變化。這方面的研究主要使用成人被試，集中考察了第二語言學習和實驗室條件下的言語訓練引起的腦功能變化(參見綜述，李妍妍，丁國盛，2007)。第二語言的詞匯—語義學習引起的腦功能變化主要受熟練程度的影響，而句法學習引起的腦功能變化主要受習得年齡的影響；實驗室言語訓練可以引起語言加工相關區域激活增強或減弱，以及出現新的激活區域。

3)語言發展的敏感期。語言的敏感期體現了早期語言經驗在腦功能發展中的關鍵作用。在敏感期內，適當的語言經驗對個體的腦功能發展，特別是語言功能的發展至關重要。但這方面缺乏嚴格的實驗證據。有關證據主要來自對早期被隔離的兒童語言能力發展情況的考察。由于這些兒童的早期語言經驗嚴重匱乏，他們語言學習能力也較差，無法熟練掌握語言，特別是語法方面的知識。最典型的案例是關于“狼孩”的研究。例如，著名的8歲印度狼孩“卡瑪拉”在回到人類社會后，盡管受到了大量訓練，但直到死也未能真正學會講話，4年內只學會6個詞，聽懂幾句簡單的話，7年時才學會45個詞并勉強地學幾句話。另外一個著名的個案研究是對一個化名叫“Genie”的女孩進行的考察。從出生到13歲7個月間，她被嚴重忽視和虐待，一直處于與世隔絕的，環境。經過訓練，她可以學會一些英語詞匯，但是與正常個體的學習過程有很大差異。表現為學習速度很慢，學習語法方面非常困難，有些語法始終不能夠掌握，基本沒能說出完整的句子等。這些個案研究對于理解早期語言缺乏對語言發展的影響具有十分重要的作用。

2.2經驗與腦結構可塑性

經驗可以改變腦結構。系統水平上的腦結構可塑性在主要體現在經驗作用下，腦重量、皮層厚度、不同腦區溝回面積的改變(Benlouc．正Bennett，＆Rosenzweig，1995；Kolb，Forgie，Gibb，Gomy，＆Rowntree，1998)；微觀水平上的腦結構可塑性則表現為經驗作用下樹突長度的增加、樹突棘密度的改變、神經元數量的改變等(KoIb et al.，1998)。

在動物和人類的畢生發展中，腦結構都具有一定的可塑性(Holtmaat＆Svoboda，2009)。基于動物的研究已經積累了很多證據。例如，飼養環境的差異可以引起動物大腦形態的差異[Diamond，1967；Globus，Rosenzweig，Bennett,＆Diamond。1973)；果蠅的社會性活動及性活動會引起大腦體積的增加(Heisenberg，Heusipp，＆Wanke，1995)。成年工蜂的工作由照顧蜂王和養育幼蜂轉變為外出覓食后，其腦結構也發生巨大變化，而且這種變化是與覓食經驗緊密相聯的，與年齡因素無關(Withers，Fahrbach，＆Robinson，1993)。對于人類而言，經過幾個月雜耍訓練后，個體的雙側顳中回、左側頂內溝后部灰質有顯著的增加，說明雜耍訓練對運動物體的空間感知和預測使得與視覺有關的區域發生了結構上的變化(Draganski et al.，2004)。多年的數學思維訓練會改變數學家相應腦區的解剖結構，與普通人相比，數學家的左側額下和雙側頂下皮層的灰質密度都有顯著增加，其中右側頂下皮層的灰質密度與專業數學訓練的時間之間存在高相關(Aydin et al.，2007)。更多的證

據表明，音樂訓練(Gaser,Nenadie，Volz，Buchel，&Sauer，2004；Gaser&Sehlaug.2003；Sluming etal.，2002；Zatorre，Belin，&Penhune，2002)、雜耍訓練(scholz，Klein，Behrens，＆Johansen-Berg。2009)、腦外傷經歷(samond et al.，2006)、截肢(Draganski et al.，2006)等帶來的個體經驗的變化，都可以引起大腦灰質密度的改變。

經驗也可以引起白質纖維髓鞘化程度的改變。對白質發展情況的考察，主要應用的是彌散張量成像技術(diffusion tensor imaging，DTI)。DTI可以定量觀察活體組織的彌散特征，了解組織纖維的走行方向和完整性。例如，音樂的經驗可以引起大腦感覺運動區白質纖維的髓鞘化程度的變化(Bengtsson et al.，2005；Gaser＆Schlaug，2003)，這種變化與訓練時間，特別是早期訓練時間相關(Bengtsson et al.，2005)。

目前關于語言經驗與腦結構可塑性的研究還相當有限，主要考察了第二語言經驗和不同文字的經驗對腦皮層灰質密度的影響。研究表明，第二語言經驗可以引起大腦灰質密度的變化。雙語者與單語者相比，左側頂下皮層灰質密度增加，而且第二語言越熟練、習得年齡越低，該區域灰質密度越大(Mechelli et al.，2004)。不同文字的經驗也可能會引起腦皮質灰質密度的不同。一項研究比較了漢語母語的中國人和拼音文字為母語的高加索人大腦的結構差異，結果發現中國人的左側額中回、顳中回下前部C布羅德曼2l區的喙部)、右側頂上小葉的密度更大，而高加索人左側頂上小葉的密度更大(Koehunov et al.，2003)。但該研究未能排除其結果來自人種差異的可能性。我們課題組新近的一項研究顯示，漢語口語一手語雙語者的左側尾狀核頭部的腦灰質密度大于漢語單語對照組(zou，Ding，Abutalebi，Shu，&Peng，2011，)，該腦結構與雙語者的語言切換和控制功能有關。我們進一步發現，雙語者在尾狀核頭部的腦灰質密度變化與其在語言切換任務中的額外激活呈正相關(zou et al.，2011，)，說明其結構的變化與擔負的認知功能有密切關系。

2.3早期語言經驗對腦的塑造：困境及突破

從上述介紹可以看出，目前語言經驗引起腦功能改變的研究主要集中在腦損傷、第二語言學習和成人語言訓練方面，引起腦結構改變的證據則非常有限。同時，多數研究揭示的是個體已經熟練掌握母語的基礎上，新增加的語言經驗的作用，如第二語言學習和陌生語言訓練。這些語言經驗的作用自然不能與母語經驗的作用相提并論。而且在獲得時間上，這些語言經驗主要發生在語言敏感期的晚期，甚至過了語言敏感期。無疑，敏感期內的早期母語經驗在塑造腦功能和結構方面扮演著更重要的角色，自幼兒時期被剝奪語言環境的個體認知能力發展，像狼孩、Genie的個案就是鮮明的證據。

腦成像技術為直接考察正常個體的腦功能和結構特征提供了強有力的工具。然而，盡管該技術在腦可塑性研究中的應用日益深入(Poldrack，2000)，考察早期語言經驗作用的腦成像研究卻鮮有報道。其中最重要的原因是缺少一種有效的措施來操控早期語言經驗這一變量，畢竟在實際生活中被剝奪早期有聲語言經驗的個體非常罕見，且易受很多干擾因素的影響。因此，探討早期語言經驗對腦可塑性的作用，需要在研究思路上有新的突破。

先天性重度耳聾群體為研究早期語言經驗的作用提供了可能。因為種種原因，這個群體在早期語言經驗方面存在著很大的個體差異。一部分聾童，其父母是健昕者，由于條件的限制，在進入專門的機構和學校后才開始學習手語(通常6、7歲以后)，之前的語言經驗基本上是空白。而另一部分，由于父母也是聾人，他們可以從小接觸豐富的手語刺激，發展成他們的第一語言，因此他們的早期語言經驗與健聽兒童相似，遠比第一類聾童豐富。因此，這兩類聽障群體在早期語言(手語)經驗上存在顯著的差異。通過對這兩類群體的腦功能與結構發展的比較，可以揭示早期手語經驗對腦發育的影響，從而提供了一個探討早期語言經驗與腦可塑性關系的絕佳突破口。

3聾人的手語加工與腦可塑性

3.1聾人手語加工的神經基礎及腦可塑性

先天性重度耳聾者由于與生俱來的聽力障礙，通常需要借助手語與其他人交流。手語在表達形式上與口語有很大差異，手語是主要借助于“手”和“眼”的視一動系統，口語則是借助于“口”和“耳”的聽一說系統。但手語在語言特性方面與口語又是共同的，例如，同樣包括語形(語音)、詞匯和句法三個成分，手語句子也存在一定的語法規則。手語語形(語音)的構成要素包括手形(handshape)、方向(orientation)、方位和移動(movement)這四大視覺要素。改變其中任何一個要素的某些特征都會改變手勢的意義。目前國際上已普遍承認了手語的語言學地位。在美國，美國手語(American Sign Language，ASL)被認為是聾人的第一語言，而英語只是聾人的第二語言。

基于腦損傷及腦成像的研究證據顯示，聾人的手語加工與健聽者口語加工有相似的腦機制，集中在左腦外側裂周邊腦區(Horwitz et al.，2003；MacSweeney,2004，2006；Neville et aI_，1998；Petitto et al.，2000)。對于先天聾且有早期語言經驗的成年人，他們的大腦在體積、灰質密度、白質密度方面與聽力正常人沒有顯著的差異(Emmorey,Allen，Brass，Schenker,＆Damasio，2003；Penhune，Cismaru，Dorsaint-Pierre，Petitto，＆Zatorre，2003)。這表明，手語和口語似乎存在著某些共同的內在機制。研究者也發現，手語加工與口語加工的神經機制存在差異。例如，Neville等發現與口語母語者相比，手語母語者在語言理解時右半球有更多參與(Neville et al.，1998)。另外，聾人在加工手語時左側緣上回(Emmorey，Mehta，＆Grabowski，2007；MacSweeney et al.，2002)、頂上，J、葉(Braun，Guillemin，Hosey,&Varga，2001；Emmorey et al.，2007)和雙側顳枕區(MacSweeneyet al.，2002)的激活顯著大于健昕者加工口語時的腦激活。

探討聾人的語言及認知過程的神經基礎，可以揭示人腦在聽覺經驗被剝奪的情況下發生的可塑性變化。顳葉的聽覺皮層，包括初級聽覺皮層

(赫氏回)和聽覺聯合皮層(顳上回)是研究者尤為關注的腦區。如Nishimura等發現，先天聾人的手語理解激活顳上皮層，顯示該腦區發生了跨通道可塑性變化(Nishimura et al.，1999)。Sadato等人則發現，致聾年齡對該腦區的可塑性變化有重要影響。不管是早期致聾者(2歲以前)還是晚期致聾者(5歲以后)，手語理解都激活了顳上回中后部的顳平面部分(即威爾尼克區)，

健聽手語者的手語理解則沒有激活該腦區；而早期致聾者還激活了雙側顳上溝中部，晚期致聾者則沒有激活該腦區(Sadato et al.，2004)。

3.2聾人早期語言經驗對語言和認知能力發展的影晌

聾人學習手語的年齡越早，其手語理解能力和產出熟練度就越強。Newport比較了開始學習手語時間不同的三組聾人的手語能力。三組聾人的手語學習時間分別為A組：從出生開始學習；B組：4-6歲，和c組：12歲以后。研究發現不管是手語產生還是和手語理解任務，A組的成績比B組好，B組比c組好(Newport，1984)。這說明手語的習得年齡可能對手語的理解和產生有持久的影響。這一結論得到了很多研究的支持，如Mayberry等人發現，手語習得年齡與手語句子回憶的正確率成負相關。在控制使用手語的時間等因素后，在不同的語言測試任務中，如語法判斷等，均發現早期手語經驗對語言能力發展的重要作用(BoudreauIt & Mayberry，2006；Mayberry＆Eichen，1991)。

研究者進一步發現，如果聾童在致聾之前有過一定的有聲語言經驗，這種經驗可以促進接下來的手語學習，同樣，聾童的早期手語經驗也可以促進接下來的有聲語言的學習，而沒有早期經驗的群體在語言學習方面存在困難(Mayberry，1993；Mayberry,Lock，&Kazmi,2002)。因此，無論早期語言經驗的形式如何，都可以促進接下來其它語言的學習，而早期語言經驗缺乏將影響到終生的語言學習能力。因此，早期語言經驗對后期語言能力發展的重要作用在認知、行為層面已經積累了很多證據，然而，用實驗手段，從神經層面直接考察個體早期語言經驗對腦功能和結構的塑造作用，國際上尚沒有文獻報道。

4我國對聾人的認知及手語加工的研究現狀

國內研究者在認知、行為層面對中國聾人的語言加工和認知方式進行了相應的探索。研究發現，聾人在一些認知能力，如視覺搜索、視覺圖形識別敏度、心理投影能力等方面，與健全人相比有一定的優勢(張茂林，2007；雷江華，李海燕，2005；王庭照，張鳳琴，方俊明，2006)，但在另外一些能力方面，如拓撲性質知覺中的錯覺關聯效應等，與健聽者沒有差異(王庭照，方俊明，張鳳琴，2007)。在識別漢語字詞中，聾人的語義提取采用由形到義的直通加工方式(張朝，2005，)，漢字的筆畫數和熟悉度也是影響聾人識別漢字的重要因素(馮建新，方俊明，2004)。語音編碼在聾生漢字加工過程中也起了非常重要的作用(譚和平，昝飛，劉春玲，2003)。在語音意識的發展方面，聾生的首音一韻腳意識的發展好于音節意識的發展，但比健聽學生要差(張麗君，2005)。另外，聾人在漢語書面語的學習類似健聽者對第二語言的學習，如聾人的漢語生造詞在出現頻率、類型分布、產生原因等方面與學習漢語(作為第二語言)的留學生有相似之處(呂會華，2008，)，但聾人學習漢語比正常人學習第二語言會遇到更多的困難(吳玲，2007)。在對空間詞的概念組織方面，聾人大學生與健聽大學生既有相似性，也存在一定差異，其差異反映了語言對空間認知的影響(張積家，蘆松敏，方燕紅，201 0)。這些研究為探討中國聾人手語加工的腦機制提供了借鑒。

在腦機制研究方面，一篇采用功能磁共振成像(fMRI)技術的研究報道考察了中國手語在聾人左、右半球大腦皮層的功能定位情況，發現手語與有聲語言的絕大多數功能區是疊合的，與正常人和美國手語的研究結果相似，聾人的視覺性語言優勢半球也是在左半球(方俊明，何大芳，2003)。我們課題組采用功能磁共振成像(fMRI)研究了中國聽障兒童手語的語言產生的腦機制，研究發現聽障兒童手語產出激活了一個復雜的神經網，同口語產生一樣，需要多個腦區的協同合作(Hu et al.，2011)。

5研究構想

5.1文獻總結與問題提出

上面的文獻分析可以總結為以下幾點：

1)盡管有證據顯示語言經驗對腦功能和結構有重要的塑造作用，但探討早期語言經驗對腦功能和結構的塑造作用的研究非常有限。其中最重要的原因是缺少有效的措施來操控早期語言經驗這一變量。

2)先天性重度耳聾群體為研究早期語言經驗的作用提供了可能。通過對比有早期手語經驗的聾童(父母是使用手語的聾人)和沒有早期手語經驗的聾童(其父母是不懂手語的健聽者)，可以揭示早期手語經驗對腦功能和結構發育的影響。但鮮有文獻從這個角度來探討早期語言經驗與腦可塑性的關系。

3)針對手語加工的神經基礎，國內外研究者已經開展了較為充分的研究。同時，認知一行為層面的研究也顯示聾人早期語言經驗對其日后的語言和認知能力發展有重要的影響。這些研究為進一步揭示早期手語經驗對腦功能和結構的塑造奠定了基礎。

基于文獻分析，我們提出如下問題：

1)早期手語經驗如何改變或調節腦的語言功能網絡?

2)早期手語經驗是否以及如何影響腦結構發育?

3)早期手語經驗作用下，腦的語言功能可塑性和腦結構發育可塑性的內在關系是什么?

5.2研究假設

關于早期語言經驗如何改變或調節腦的語言功能發展和腦結構發育，目前國際上沒有現成的理論或模型。我們根據對腦發育、語言的神經基礎、經驗與腦可塑性的關系等方面的背景知識，針對擬研究的問題將重點檢驗以下研究假設：

(1)早期語言經驗的缺乏對語言加工網絡中一些負責多通道信息整合或多個認知模塊連接的特定腦區的功能發展有重要影響。重點關注：后部的顳上溝、頂下小葉(包括角回／緣上回)和前部的額下回及腦島。語言的重要特征之一是多通道信息(如視覺和聽覺)的整合和多加工模塊之間的協同配合。語言發展的過程，即是多通道信息整合及各加工模塊之間協作的高度有序化和自動化過程。顳上溝和角回，緣上回在語言的多通道信息整合中發揮重要作用，而顳下回后部(布洛卡區及相鄰區域)在發音過程的動作序列編碼、句法加工及語義編碼均有重要作用。腦島與多種認知功能有關，其結構發育(如灰質密度)對不同類型的語言(如手語／口語)或感覺經驗(如有聽覺經驗的健聽者／無聽覺經驗的聾人)比較敏感(Allen，Emmorey，Bruss，＆Damasio，2008)。因此，這幾個腦區的功能最可能受到早期語言經驗的影響。本研究將對

有／無早期手語經驗的兩組先天聾人進行對比，檢驗這些腦區在語言理解和語言產生中的功能激活強度，以及激活強度與語言成績的相關，以推測這些腦區擔負的語言功能的發展情況。

(2)早期語言經驗的缺乏將削弱或損害特定的遠距離腦區功能連接的形成。腦功能發育的一個重要規律是局部腦區內功能的分化伴隨遠距離腦區間功能連接的形成及增強(Fair et al.，2007；Zhao，Zhou，Chen，Hu，&Wang，2010)。我們假設，早期語言經驗在的缺乏將削弱或損害特定的遠距離腦區功能連接的形成，

重點關注的腦區連接包括：顳上溝一額下回、角回／緣上回．額下回。

(3)早期語言經驗對特定腦區的結構發育有影響，包括腦島及其他腦區的灰質密度、皮層厚度及白質纖維束。鑒于已有文獻中腦島對同類型的語言或感覺經驗的敏感性(Alien et al.，2008)，該腦區將是我們首要關注的腦區，同時我們也會考察顳上回，顳上溝及頂葉的灰質發育及鄰近的白質發育，及弓形束(連接布洛卡區和威爾尼克區)與鉤束(連接顳葉前部與額下回及腦島)的發育情況。

5．3研究設計及預期結果

研究一：聾人早期手語經驗對局部腦區功能發展及腦區間功能連接發展的影響

通過綜合使用調查問卷、行為評定、認知實驗技術等，全面細致地了解被試的詳細情況，做好被試的分組和匹配工作，篩選出先天耳聾的被試。根據其學習手語的時間早晚分成有、無早期手語經驗組，前者為從出生開始接觸和學習手語，后者為6歲以后開始學習手語，并控制其他無關變量。使用功能磁共振成像(fMRI)技術，比較二者在執行手語理解和產生任務中的腦功能激活及腦功能連接模式，以及在靜息狀態下的腦功能聯結網絡，揭示手語經驗對聾人語言功能區的塑造作用。具體包括3個實驗方案：

實驗1：不同任務條件下，聾人早期手語經驗對局部腦區功能發展的影響。采用組間設計，對有和無早期手語經驗的先天聾個體進行fMRI功能掃描。實驗任務包括手語理解和手語產生。手語理解是對手語句子的可理解性判斷(事先錄制)，手語產生任務是對圖片刺激進行手語命名。刺激呈現采用ER(事件相關)設計。重點考察早期經驗是否會影響聽障者在理解和產生手語句子時的腦激活模式。預期手語產生激活的腦區網絡與理解網絡有重疊，但不完全相同，其中前部額葉腦區在手語產生中有更多的激活。在產生過程中，重點考察腦島，布洛卡區的激活，預期兩組被試在擬檢驗的關鍵腦區(如，顳上溝、角回、布洛卡區等)的激活強度不同。

實驗2：不同任務條件下，聾人早期手語經驗對腦區功能連接發展的影響。研究設計與實驗任務同實驗1。考察早期經驗是否會影響聽障者在手語理解、產生時的腦功能連接模式。預期聾人早期手語經驗對腦區功能連接的發展有重要影響，與無早期語言經驗組相比，有早期手語經驗組的腦區功能連接更強。

實驗3：早期手語經驗對聾人靜息態腦功能網絡的影響。靜息態掃描是對無特定任務下的BOLD信號進行的掃描，可以揭示大腦內部穩定的，不依賴具體實驗任務的功能聯結模式。通過比較有、無早期手語經驗的先天聾個體的靜息態腦區低頻振幅(ALFF)、局部功能一致性(ReHo)、及腦區功能聯結的差異，揭示早期手語經驗在塑造腦功能網絡中的作用。

研究二：聾人早期手語經驗對腦結構的塑造作用

使用結構磁共振成像技術和彌散張量成像技術，對比有、無早期手語經驗的聾人的腦皮層灰質密度、皮層厚度和白質纖維束發展的差異，揭示早期手語經驗在腦結構發展中的作用。

實驗4：早期手語經驗與大腦灰質密度／皮層厚度的關系。對有、無早期手語經驗的聽障個體進行MRI掃描，比較他們的大腦灰質發育的差異，揭示早期手語經驗對腦結構發展的影響。我們預期在腦島及顳上回等區域，有語言經驗組的灰質密度，皮層厚度比無語言經驗組的灰質密度，皮層厚度高。通過計算經典語言區灰質密度，皮層厚度與母語習得年齡，語言能力(前面實驗中的測試成績)的相關，進一步考察這種結構的差異與經驗、語言能力的關系。

實驗5：早期手語經驗與大腦神經纖維的發展及連接情況的關系。對被試進行DTI掃描，重點考察大腦神經纖維的髓鞘化程度、連接情況與語言經驗的關系。進行類似于實驗4的數據分析，以揭示早期手語經驗對腦結構的塑造作用。

研究三：早期經驗作用下，對腦功能可塑性和結構可塑性的綜合分析

本部分將對上述5個實驗的數據進行深入挖掘和聯合分析，結合感興趣腦區分析(ROI)，功能和結構數據的關聯分析等，綜合探討功能結構性和結構可塑性的內在關系。腦功能可塑性與結構可塑性在腦區上可能并非一一對應的關系，或是嚴格的因果關系。我們將對相關數據進行認真梳理和分析，揭示其內在聯系和規律。

6理論構想

關于早期語言經驗如何對腦結構發育和語言功能發展產生影響，我們提出一個理論構想，該構想主要包括以下三個方面。

1)語言加工的腦網絡是包含多個信息處理模塊，由眾多腦區參與的一個高度整合的復雜系統，其組織和工作方式具有以下三個特點：(A)多通路；(B)層級性；(c)多腦區協同震蕩。多通路表現為，對于語言加工中的主要功能模塊，都有多條神經通路平行進行加工，這些通路通常存在一定的功能分工，在不同的語言任務中發揮重要作用。例如，聽覺語言加工包含背側通路和腹側通路(Hickok＆Poeppel，2004，2007)，前者從初級聽覺皮層區出發，經威爾尼克區、顳頂結合區、緣上回到達布洛卡和發音運動區，在聽覺與語音信號轉換成發音動作編碼中發揮重要作用：后者從初級聽覺皮層區出發。經顳中回、顳下回后部、顳葉前部到達額下回三角部，在語義加工中發揮重要作用。同樣，視覺詞匯加工(閱讀)中也存在腹側通路和背側通路的分離，分別在亞詞匯語音加工和詞匯語語義加工中發揮重要作用(Borowskyet al.，2006)。因此，多通路并存是語言加工網絡的一個重要特點。層級性則表現為在各條神經通路上，不同層級的腦區分別處理不同層級和抽象水平的信息，在每條通路內部，信息處理遵循簡單到復雜、從具體到抽象的過程。以閱讀的腹側通路為例，從基本視覺加工區(V1)出發，沿著V2，V4到枕顳區，其功能可能分別與線條、字母、字母串、單詞相對應(Dehaene，Cohen，Sigman，＆Vinckier,2005)。多腦區協同振蕩是指語言加工過程是通過負責各通路及各層級信息處理的腦區協同振蕩來實現的。具體表現為，在語言加工中，信息的流動和各腦區之間激活不是單向的，而是動態的、雙向交互的，并在相關的腦區和神經回路中形成振蕩，并逐步達到其穩定狀態。

2)早期語言經驗對語言功能網絡的塑造，主要作用于各模塊之問的信息整合和聯系的神經基礎，包含兩個方面：(A)對擔負加工模塊間信息整

合的一些特定腦區功能發展的影響；(B)對遠距離腦區之間的功能連接的影響。由于語言加工涉及對多種感覺通道信息(如視覺和聽覺)的整合，并包含了多個信息處理模塊，例如字形加工、語音加工、句法加工、語義加工等。加工模塊間的信息整合和聯系，是通過兩種方式來實現的，一種是由特定腦區來承擔，例如顳上溝中后部和腦島。顳上溝中后部是語音(顳上回)、、字形(顥枕聯合區)和語義加工(顳中、下回)模塊交匯的中介腦區(interface，)，對三種信息加工模塊的整合發揮重要作用。腦島是功能比較綜合的腦區，擔負多種認知功能，與語言產生中語音、語義信息的整合及發音編碼等都密切有關。另一種方式是遠距離腦區之間的功能連接，這種功能連接通常有相應的結構基礎。例如額葉和枕葉之間有上縱束，顳葉前部與枕葉之間有下縱束，額葉與顳葉之間有弓形束和鉤束。早期語言經驗對語言功能網絡發展的影響，表現在特定腦區的功能變化和腦區間功能連接的變化兩個方面。就腦區而言，顳上溝中后部和腦島是最容易受到早期語言經驗影響的腦區。有早期手語經驗的先天聾人在語言理解和語言產生任務中兩個腦區的功能激活強度會高于無早期手語經驗的先天聾人，其信息整合和各加工成分協作的有序化和自動化也更好。同時，早期語言經驗對語言功能網絡中遠距離腦區之間的功能聯結也產生影響，表現為早期語言經驗的缺乏將削弱或損害特定的遠距離腦區功能連接的形成，其中主要影響顳上溝與額下回，以及角回／緣上回與額下回之間的連接。

之所以早期語言經驗主要作用于模塊之間的信息整合和聯系的神經基礎，主要有以下原因：(A)這些腦區在語言功能組織的層級上處于較高的層次，其功能發展比低層級的腦區更容易受經驗的影響。(B)語言的重要特征是在不同類型的信息之間建立聯結，即使沒有早期語言經驗，其知覺經驗及相應的認知功能發展也會使各信息加工模塊得到相應發展。而語言經驗對信息模塊間的聯系和相互作用提出了更高的要求，因此早期語言經驗直接影響到這一部分功能的神經基礎。

3)早期語言經驗對腦結構也存在塑造作用，并與語言功能網絡的變化密切相關，表現為特定腦區灰質密度、皮層厚度及白質纖維束的變化。早期語言經驗對腦結構的塑造，與其對語言功能網絡的塑造是相輔相成、相互影響的。在腦發育過程中，腦結構發育為功能發展提供了物質基礎，同時功能發展對腦結構發育又有調節作用(Casey，Giedd，＆Thomas，2000)。早期語言經驗不僅對腦島和顳、上溝的功能發展有重要影響，對這兩個腦區的結構發育，包括灰質密度及皮層厚度也有重要影響。同時，連接特定腦區的神經纖維也會受到影響。我們預期，弓形束(連接布洛卡區和威爾尼克區)及鉤束(連接顳葉前部與額下回及腦島)是最易受影響的纖維結構。