近日,北京师范大学心理学部冯小霞、杨秀杰团队及合作者在《Neurobiology of Language》(中科院心理学类1区Top)在线发表了题为“Neural Coding of Multiple Linguistic Components During Reading Comprehension Across Development”的研究论文。人类语言理解涉及从语义解析、句法加工到情境模型构建等一系列复杂的层级认知过程,然而大脑如何在神经层面表征和整合这些语言成分,以及这种表征和整合方式如何在儿童期和成年期发生变化,至今仍是语言神经科学领域的核心未解问题。
尽管已有研究表明额颞网络是支持语言加工的核心神经基础,但关于该网络内部不同区域究竟以“单一编码”(即各区域专门处理单一语言成分)还是“组合编码”(即同一区域整合多种语言成分)的方式工作,学界尚存争议。与此同时,儿童语言网络的功能组织如何随发展逐步趋于成熟,也缺乏直接的神经机制层面的证据。
针对上述问题,研究团队招募了64名被试(34名儿童,平均年龄11.82岁;30名成年人,平均年龄23.50岁),让其在fMRI扫描过程中完成一项层级阅读任务。该任务包含四个条件:假词、词语、句子和故事,分别对应不同层级的语言加工需求,从而可以分解出语义、句法和情境三种核心语言成分的神经响应。在此任务框架下,研究团队构建了七个认知模型:包括三个单一编码模型,分别是语义、句法和情境模型;四个组合编码模型,分别是语义+句法模型、语义+情境模型、句法+情境模型、语义+句法+情境的全模型。通过模型驱动的多元回归分析与表征相似性分析(RSA),系统考察了语言网络各区域与上述认知模型的对应关系。
研究发现,无论在儿童还是成人中,语言网络均主要采用“组合编码”方式加工多层级语言成分。成年人脑激活主要集中于左侧额颞叶核心语言区域,不同组合编码模型的激活模式呈现出高度空间重叠,表明这些核心语言脑区具有整合多种语言成分的功能特性。进一步的儿童和成人的对比分析揭示,语言网络的功能组织经历了由广泛分布向局部集中的成熟过程:相比成人,儿童的脑激活范围更广,除核心语言网络外,还招募了枕叶皮层、小脑等非核心脑区;表明随着发展,脑激活逐渐收敛于左侧额颞语言网络,神经组织模式更加专门化和高效(图1)。
图1 成人与儿童在七种认知模型下的全脑激活。左:成人;右:儿童。
进一步地,研究者基于各语言感兴趣区与七种认知模型的拟合优度开展聚类分析,揭示了语言网络内部三个功能簇,并发现前后部语言功能簇在儿童和成人之间存在显著的功能分化。与儿童相比,成年人在前部额颞叶区域对“句法+情境”组合编码模型的拟合显著更强;而儿童在后部额颞叶区域对“情境”单一编码模型的拟合显著强于成人。这一双向分离揭示了情境模型表征的发展重组——儿童依赖后部颞叶对情境信息进行单一成分式加工,成年人则逐步在前部额颞网络中实现句法与情境信息的高效整合(图2)。
图2 语言网络功能簇的聚类结构及其发展差异
综上,本研究采用组合编码视角,系统揭示了语言网络以功能性聚簇的形式整合多种语言成分的内部架构,并为这一架构从儿童期到成年期的发展重组提供了神经机制层面的证据。这些发现加深了我们对语言网络功能精细化组织原理的理解,也为探索高效层级语言加工的神经发展机制提供了新的实证基础。
论文信息:
北京师范大学心理学部已毕业博士陈洁为论文第一作者,北京师范大学认知神经科学与学习国家重点实验室冯小霞老师和心理学部杨秀杰老师为共同通讯作者。北京大学心理与认知科学学院孟祥芝老师和北京师范大学认知神经科学与学习国家重点实验室丁国盛老师也为本研究做出了重要贡献。其它参与作者包括课题组已毕业博士张佳,刘林焱,雷扬和在读学生唐婵,樊思怡,赵柠欣。该研究得到了国家自然科学基金和中央高校基本科研业务费等项目的资助支持。
论文链接:Chen J, et al. Neural Coding of Multiple Linguistic Components During Reading Comprehension Across Development. Neurobiology of Language. 2026:1–63. https://doi.org/10.1162/NOL.a.286