漢、維語動詞產生任務的腦因果效應差異研究*

楊冰，張俊然△，席艷玲，陳富琴，蔣小梅

（1.四川大學 電氣信息學院，四川 成都610065；2.新疆醫科大學第一附屬醫院神經醫學中心，新疆烏魯木齊830001）

1 引 言

對于不同語系的人群來說，是否存在腦結構或者功能上的差異，是目前神經語言學研究的一個熱點［1，2］；有研究發現不同語種的被試在進行讀寫任務時，存在共同的讀寫腦網絡［3］；漢語和英語在進行語言理解任務時，兩者語言處理主要由左側半球的傳統語言腦區完成，但是腦區間的交互方式有差異［4］。然而，對于我國最大兩種語言漢-維語人群之間是否存在腦功能差異，以及相關腦區的交互方式是否具有明顯差異還缺乏相應的研究。

維吾爾語屬于拼音文字，其主要特點是書寫時自右向左，自上而下；漢語是一種象形表意文字，漢字的文字特性主要表現在字形特征上。拼音文字均普遍存在一種形-音轉換規則，即可以從字形上直接通達語音；而對漢字來說，不管是未成年人還是成年人，都是一字一音一義地逐個習得。拼音文字表現及記錄的是音素，其字母本身無意義；而漢字卻是一種語素文字，其基本元素是形、音、義之統一體［5］。此外，維語是我國第二大語系，對漢-維兩個完全不同語種的語言腦功能差異的研究，能幫助我們闡明兩個語種人群在語言活動過程中神經機制的差異，為探索兩個語種之間的思維習慣和認知方式提供科學依據。

目前，僅有的幾項針對漢-維語腦功能差異的研究主要集中在新疆醫科大學［5-6］。其中：維吾爾語正常人動詞產生任務激活的腦區主要分布在雙側的外上側前額葉、島葉、枕葉，左側顳葉、頂葉。漢、維正常人在執行動詞產生任務時，維族左側頂下小葉、額下回、梭狀回和海馬旁回等腦區可見明顯的正激活，漢語組相對激活較弱，而漢語組右側顳上回可見明顯激活。目前為止，除了激活腦區的差異外，由兩種語言文字特點、思維方式和發音習慣造成的差異是否反映在腦區交互方面，并未見相關的研究。

由于腦功能活動一般以功能環路或者功能連接作為基礎，所以，研究腦區交互比單純發現腦區激活差異更為重要。為探明腦區間的交互關系，對兩種語系大腦語言功能進行皮層交互建模，進而探索大腦有效連接可以有效的揭示兩語系之間的功能腦網絡差異。近年來，因果分析方法在神經科學研究中取得了許多成果［7-8］，使用Granger因果分析可以避免由于對模型的預假設出現錯誤而導致結論可靠性低的問題。本研究采用Granger因果分析方法研究漢維語功能腦網絡，對比以漢語和維語為母語的人群進行動詞產生任務時大腦處理過程的差異性，從神經機制方面為探索兩個語種人群之間思維習慣的差異提供科學依據。

2 資料與方法

2.1 臨床資料

研究受試對象來自新疆醫科大學。最終共納入母語為漢語或者維語的51例語言功能正常且只會一種語言的受試者，其中漢語組（21～77歲）受試者25例（男15例，女10例）；維語組（21～74歲）受試者26例（男女各13例）。受試者均為右利手，無精神系統疾病，且均為初試。

2.2 fMRI設備及掃描參數

采用GE公司生產的Signa3.0T磁共振掃描機。試驗任務采用視覺呈現方式，采用組塊設計模式（block design paradigm），功能掃描流程為：任務態與靜息態交替，掃描初始的18 s是采集信號數據作為基線，之后進入9次的組塊序列，動詞產生任務首先在屏幕中央呈現一個單字名詞，時間為2 s，然后注視屏幕中央的“＋”號，與此同時要求被試者聯想與該名詞相關的動詞，時間為3 s，在刺激態30 s內，2種狀態交替呈現6次，然后進入靜息態30 s。漢語組被試者采用漢語，維語被試者采用維語，內容完全相同。如漢語名詞為“飯”，動名詞組為 “做飯”、“吃飯”；維語名詞為“”，動名詞組為“”、“”。

2.3 數據預處理

使用DPARSF分析軟件對從實驗中獲取的fMRI數據進行數據預處理，包括時間層校正、頭動校正、空間標準化、平滑以及協變量（頭動參數，白質、腦脊液信號）的剔除。

2.4 激活腦區計算

使用（statistical parametric mapping 8，SPM8）軟件對數據進行任務態激活，進行specify 1st level分析，結果顯示漢語組激活的腦區（voxel大于50）為左側尾狀核、枕下回、輔助運動區、頂下緣角回；維語組未見明顯激活腦區。specify 2nd level分析（漢-維）顯示激活差異腦區為左側尾狀核區域。

2.5 Granger因果分析

使用Granger因果分析方法來描述種子點（CAU.L）和全腦其他體素的時間序列間的有效連接。根據任務態激活結果，選取組間差異顯著性最強的區域（T值點對應 MNI坐標（-9，12，12），位于左側尾狀核（CAU.L））為種子點。接下來，選用REST分析軟件進行全腦范圍的Granger因果分析。

2.6 數據統計分析

采用雙樣本t檢驗對兩組結果進行統計分析，同時將各組被試的年齡、性別作為協變量剔除。最后采用GRF校正方法進行校正分析，分析結果見表1、表 2。

3 結果

以CAU.L為種子點，按照內、外向流，進行漢-維組間比較，其中表1為其他腦區對 CAU.L的Granger因果內向信息流的組間差異結果。與維語組相比，漢語組在右側的背外側額上回，左側中央回、扣帶回、距狀溝等語言、記憶、視覺相關的腦區對CAU.L的Granger因果連接顯著增強。

表1 Granger內向信息流漢維語組間對比（體素水平P＜0.01，簇水平P＜0.05，GRF校正）Table 1 Two-sample t-test（voxel-level P＜0.01 and cluster P＜0.05 Gaussian random field corrected）of difference in causal influence to the left caudate

表2為CAU.L對其他腦區的Granger因果連接結果。與維語組相比，漢語組對右側顳中回、扣帶回、距狀溝等腦區的Granger因果連接增強。

表2 Granger外向信息流漢維語組間對比（體素水平P＜0.01，簇水平P＜0.05，GRF校正）Table 2 Two-sample t-test（voxel-level P＜0.01 and cluster P＜0.05 Gaussian random field corrected）of difference in causal influence from the left caudate

4 討論

研究采用Granger因果分析方法，同時選取任務態激活腦區進行組分析，組間分析結果顯示左側尾狀核區域為激活差異顯著性水平最高的腦區。皮層下結構（左側丘腦、尾狀核、以及鄰近的白質）對語言功能具有重要作用，相關研究發現雙語者在進行詞匯和語言切換時，CAU.L會起到檢測和控制的作用［8］；此外，語言認知控制會調用以尾狀核為節點的包含額葉、頂葉和皮層下結構的通用認知控制網絡［9］。因此，根據文獻提示和激活結果選取CAU.L作為本研究的感興趣區。從語言腦區交互關系方面探索漢、維語之間神經機制的差異，通過對種子點與其他腦區之間的Granger有向信息流進行組間對比，發現漢語組CAU.L同語義、記憶、視覺相關腦區間的有效連接強度普遍大于維語組，漢語組動詞產生任務有效連接更加復雜。

GC內向流的信息主要來自雙側額葉、頂葉、枕葉及左側的內側旁扣帶回，且漢語組的連接強度全部高于維語組（見圖1）。其中，顯著性水平最高且體素最多的一條信息流來自于大腦右側前額葉及頂葉皮層的連接區（楔前葉、角回等）。楔前葉、角回被認為會參與到語言、記憶相關活動，相關研究發現楔前葉會參與詞匯相關的記憶任務，角回在記憶提取處理中會起到調節作用［10-11］，推測在此處參與了語言記憶信息的處理［12］，并通過有效連接通路將信息傳到CAU.L，從而促進語言信息的進一步加工。

圖1 正常語言水平漢-維語動詞產生任務組間對比Granger因果模型，節點大小表示對應腦區體素多少Fig 1 Illustration of the normal speech-level model under verbal generation task in NH compared with NW group，the node size is decided by the number of voxels of corresponding cluster

另一方面，左側半球的楔葉、距狀溝區域對CAU.L的有效連接增強。楔葉和距狀溝是視覺信息接收和處理的重要腦區，由于動詞產生任務要求被試者持續注視屏幕，文字圖形信息通過視覺神經傳到初級視覺皮層（V1），V1將信息處理后再傳導到皮層下顯著激活的CAU.L。上述結果提示動態的內向流輸入在影響CAU.L本身信息處理的同時，也會影響CAU.L對大腦皮層其他腦區的外向流輸出，從而實現CAU.L在動詞產生任務中整個大腦活動網絡中的調節作用［11］。

在三條GC外向信息流中，漢語組CAU.L對右側扣帶回和顳中回兩個部位的GC連接增強。扣帶回與記憶的提取、傳遞等一系列活動有關，相關動詞產生任務的fMRI研究中同樣出現了扣帶回的激活［12］；而顳中回除在面部識別和獲取文字意義時發揮重要作用外，也參與語義記憶加工等連續活動［13］。漢語組在這兩個腦區GC外向流增強，可能是語言記憶相關任務產生信息流不斷由CAU.L傳遞至這兩個腦區從而強化了這些通路。由于動詞產生任務包含了記憶的調用、傳輸和處理等諸多過程，基于經濟型原則，漢語組CAU.L與扣帶回等記憶相關腦區之間增強的GC連接，可能是由于漢語組在執行動詞產生任務時會頻繁與這些腦區進行交互，從而易化了這些通路。在進行動詞產生任務時，漢語組CAU.L同語義、記憶、視覺相關的多處腦區間有效連接普遍強于維語組；任務態激活分析結果也顯示，在進行動詞產生任務時漢語組激活腦區大小和強度遠大于維語組，提示漢語受試者在執行動詞產生任務時大腦更為活躍、進行了更復雜的腦區交互即神經機制更為復雜。

本研究采用Granger因果分析技術，從時空聯系角度探討漢、維語正常人動詞產生任務時大腦相關腦區的有效連接差異。研究表明，漢語組CAU.L與語言、記憶、視覺相關等腦區間的有效連接強度普遍強于維語組，說明漢語組動詞產生任務神經機制可能更加復雜。本研究將有效連接方法應用到漢、維語動詞產生任務的研究，進一步闡明了兩種語言動詞產生任務腦區間的交互差異，有助加深對于對兩種語言神經機制差異的理解。之后的研究可進一步從網絡角度來探索兩種語言不同的神經機制。