科研进展
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  • 短期双语切换训练对语言控制脑机制的调节作用
     
    2017年8月1日,北京师范大学心理学部认知神经科学与学习国家重点实验室郭桃梅课题组在国际著名神经影像学杂志 《Human Brain Mapping》在线发表了题为“Short-term Language Switching Training Tunes the Neural Correlates of Cognitive Control in Bilingual Language Production”的论文。他们的研究考查了双语切换经验对语言控制神经机制的训练效应。

    随着国际化的发展,学习和使用两种语言的人越来越多,他们通常被称为“双语者”。双语者能随意选择使用哪种语言,并根据情境需要在两种语言之间来回切换。双语者的语言控制机制,在国内外是一个热门的研究话题,并已获得一些成果。然而,该机制的可塑性问题却还没有得到足够的探索。此外,语言经验会否影响语言控制过程及其神经机制?这些都是有待解决的问题。

    已有研究通常采用语言切换范式,给双语者呈现国旗或其他线索,提示其用某一种语言说出随后看到图片的名称。有趣的是:语言切换会要求被试付出更多的时间代价,但是从第二语言切换到母语的代价(L1切换代价),比从母语切换到第二语言的代价(L2切换代价)更大,换而言之,双语者从不那么熟悉的第二语言切换到熟悉的母语更困难。对于这个现象,前人研究笼统地认为它们是双语者在双语产出时会对优势语言施加更强抑制地证据。近年来,郭桃梅教授及其团队在已有研究的基础上,关注双语者语言控制机制的可塑性,取得了一系列初步的研究成果。

    他们通过行为研究(Wu et al., in press)发现,非平衡双语者(汉语比英语熟练的双语者)在短期语言切换训练过程中,局部水平(L1切换代价)和全局水平(反转的优势语言效应)都出现训练效应;然而如果在训练中变换线索和语言的对应关系,会发现局部水平的训练效应不再出现,但全局水平的训练依然稳定存在。该研究揭示了局部水平和全局水平的语言控制机制的可塑性及复杂性。

    除了考察不同水平的语言控制机制的可塑性,该课题组还研究了不同阶段的语言控制机制的可塑性。在另一个脑电研究中(Kang et al., 2017),他们采用类似的实验范式,招募一批非平衡双语者,随机将被试分配为实验组(中间经过8天的语言切换训练),和控制组(未经过语言切换训练)。发现在后测时,实验组在线索阶段的N2成分的潜伏期得到了提前,而控制组没有。而脑电中的N2成分被认为反映了抑制功能,这表明双语者经过8天的语言切换训练,可以更加快速通过抑制控制功能建立语言任务图式。

    在以上行为研究和脑电研究的基础上,他们采用通过功能性核磁共振成像技术(fMRI)探讨了双语者语言控制机制可塑性的神经基础。该研究招募了17名非平衡双语者,同样采用语言切换范式,前后测在核磁扫描间进行,中间8天在行为实验室完成双语切换训练。此外,为了考察语言切换训练的迁移效应,我们设置了两套不同的图片材料,被试仅对其中的一套进行训练,而前后测时需要对两套材料均完成图片命名的任务。

    图一. 随着训练天数的增加,双语者的切换代价不断减小
     
    在双语训练过程中,双语者的切换代价随着训练的进行有着显著下降的过程,双语者语言控制的能力随着训练逐步得到提高。前后测的脑成像结果发现,与抑制控制有关脑区的激活在后测时显著减弱。进一步的感兴趣区分析发现dACC与LCN的可塑性表现出的不同模式。后测与前测相比,dACC的激活在训练材料和未训练材料上都获得同等程度减弱,表明被试在未训练材料上获得的冲突监控能力可以迁移到未训练材料;然而左侧尾状核(LCN)的激活只在训练材料上显著降低,表明被试在训练材料所获得的与词汇熟悉度相关的能力无法迁移到未训练材料。值得注意的是,dACC激活下降的量与训练中获得的切换代价下降量成正比。该结果印证了dACC涉及领域一般性的(domain general)抑制功能,而LCN涉及语言特异性(language specific)的抑制功能。该研究揭示了短期双语切换训练对语言控制神经机制的调节作用。 该研究成果已于2017年9月3日发表在《Human Brain Mapping》。

    图二. 与抑制控制有关的脑区在经过训练后神经活动显著降低

    图三. 前扣带回背侧在训练材料与未训练材料上都表现出明显的训练效应,而左侧尾状核则仅在训练材料上有训练效应
     
    以上研究表明,短期的双语切换训练可以调节双语者的语言控制机制,并引起相应的行为、脑电和脑功能激活的改变。

    这些研究得到科技部“973”项目、国家自然科学基金委、中央高校基本科研业务费专项资金和北京师范大学学科交叉建设项目资金的资助。

     
    参考文献:
    Wu, J., Kang, C., Ma, F., Gao, X., Guo, T. (in press). The influence of short-term language switching training on the plasticity of the cognitive control mechanism in bilingual word production. The Quarterly Journal of Experimental Psychology.
    Kang, C., Ma, F., & Guo, T. (2017). The plasticity of lexical selection mechanism in word production: ERP evidence from short-term language switching training in unbalanced Chinese–English bilinguals. Bilingualism: Language and Cognition, 1-18.
    Kang, C., Fu, Y., Wu, J., Ma, F., Lu, C., & Guo, T. (2017). Short-term language switching training tunes the neural correlates of cognitive control in bilingual language production. Human Brain Mapping.