科研进展
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  • 郭桃梅课题组在《Brain Structure and Function》发表论文揭示双语者语言控制的脑网络
     
          2021年1月,北京师范大学认知神经科学与学习国家重点实验室郭桃梅课题组在《Brain Structure and Function》在线发表题为 “Patterns and networks of language control in bilingual language production” 的论文。该研究综合运用多体素模式分析(MVPA)和基于扩展的统一结构方程模型(euSEM)的脑网络分析方法揭示了双语产生过程中语言控制的脑网络。
     
          随着经济的全球化,越来越多的人开始学习第二语言。熟练的双语者可以使用两种语言,并且能根据不同的语言使用情境进行语言选择和切换。那么,双语者如何能够选择正确的语言中合适的词汇来表达自己的意图?郭桃梅课题组在2020--2021年发表的一系列研究综合运用不同的研究技术和实验方法揭示了双语者语言控制机制的影响因素及其一般领域的认知控制的关系。这些研究发现,双语者语言控制的脑机制具有可塑性变化,会受到双语者第二语言熟练程度的调节(Chen et al., 2020);还会受到双语切换经验的调节(Zhang et al., 2021)。此外,双语者的抑制能力与语言控制机制高度相关(Kang et al., 2020),不同成分的个体抑制能力能够预测不同水平的语言控制机制(Li et al., 2021)。
     
          在这些研究基础上,该研究进一步采用多体素模式分析(MVPA)分析考察了与语言控制有关的的脑区。实验过程中,要求双语被试完成语言切换任务,并同时用功能性核磁共振成像(fMRI)扫描被试的大脑活动。语言切换任务要求被试根据图片边框颜色选择恰当的语言来命名图片(如,红色-中文,蓝色-英文),变换的边框颜色使得双语者在两种语言间来回切换,从而最大程度地调用他们的语言控制功能。研究发现,双语者在左侧背外侧前额叶、左侧额下回、左侧辅助运动区、左侧中央前回、前扣带回、右侧中央前回和左侧小脑区域产生了显著的局部活动模式的改变。
    图1 可以显著区分语言切换和非切换条件的脑区。LDLPFC:左侧背外侧前额叶,LIFG:左侧额下回;LSMA:左侧辅助运动区,LPCG:左侧中央前回,ACC:前扣带回,RPCG:右侧中央前回,LCereb:左侧小脑。 
     
          在探测局部活动模式变化的基础上,研究者进一步运用基于统一的扩展结构方程模型的有效连接方法考察了这些脑区如何进行信息传递来实现双语者的语言控制功能。研究发现,语言控制网络以左侧辅助运动区(LSMA)为核心节点组成3个不同的子功能网络,共同负责双语者的语言控制功能。
    图2 双语者语言控制的脑网络。LDLPFC:左侧背外侧前额叶,LIFG:左侧额下回;LSMA:左侧辅助运动区,LPCG:左侧中央前回,ACC:前扣带回,RPCG:右侧中央前回,LCereb:左侧小脑。
     
          该研究首次结合多体素模式分析(MVPA)和有效连接分析揭示了实现双语者语言控制功能的大脑局部活动模式和长距离脑网络。郭桃梅课题组其它相关研究还进一步揭示了双语者语言控制网络会受到语言情景和双语者抑制控制能力的调节(Wu et al., 2020)。语言控制和一般领域的认知控制的脑网络彼此之间出现适应性调节变化(Yuan et al., 2020)。
     
          这一系列的研究得到了国家自然科学基金、中央高校基本科研业务费专项资金、北京师范大学学科交叉建设项目资金等资助。由郭桃梅课题组2019级硕士生苑启明、2019级博士生张曼、2018级硕士生张兆祺、2020届博士毕业生吴俊杰、2020届硕士毕业生陈沫、2019届硕士毕业生李姝桦、2018届博士毕业生康春燕以及认知神经科学与学习国家重点实验室的丁国盛教授、卢春明教授以及郭桃梅教授等合作完成,通讯作者为郭桃梅教授。
     
    论文链接:
    Yuan, Q., Wu, J., Zhang, M., Zhang, Z., Chen, M., Ding, G., Lu, C., & Guo, T. (2021). Patterns and networks of language control in bilingual language production. Brain Structure and Function. https://doi.org/10.1007/s00429-021-02218-7
    Chen, M., Ma, F., Wu, J., Li, S., Zhang, Z., Fu, Y., Lu, C., & Guo, T. (2020). Individual differences in language proficiency shape the neural plasticity of language control in bilingual language production. Journal of Neurolinguistics, 54. https://doi.org/10.1016/j.jneuroling.2020.100887
    Kang C., Ma F., Li S., Kroll J.F.,  & Guo T. (2020). Domain-general inhibition ability predicts real-time inhibition on non-target language in bilingual word production: An ERP study. Bilingualism: Language and Cognition, 23, 1056-1069.
    Li, S., Botezatu, M.R., Zhang, M., Guo T. (2021). Different inhibitory control components predict different levels of language control in bilinguals. Memory & Cognition.
    Wu, J., Zhang, Z., Chen, M., Yuan, Q., Zhang, M., Yang, J., Lu, C., & Guo, T. (2020). Language context tunes brain network for language control in bilingual language production. Neuropsychologia, 147, 107592. https://doi.org/10.1016/j.neuropsychologia.2020.107592
    Yuan, Q., Ma, F., Zhang, M., Chen, M., Zhang, Z., Wu, J., Lu, C., & Guo, T. (2020). Neural interaction between language control and cognitive control: Evidence from cross-task adaptation. Behavioural Brain Research, 401, 113086. https://doi.org/10.1016/j.bbr.2020.113086
    Zhang M., Li S., Ma F., Kang C., & Guo T. (2021). Mixed language training enhances proactive language control in bilingual language production. Language, Cognition and Neuroscience, 36, 152-166.