2025年7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《Annals of the New York Academy of Sciences》在线发表题为“Short-term language switching training reveals an adaptive cerebellar network for bilingual language control”的研究论文，通过双语切换训练揭示了双语者语言控制过程中小脑网络的功能重组与可塑性神经机制。
在双语产生过程中，双语者需要主动选择目标语言并抑制非目标语言干扰，这一语言控制过程依赖于复杂的神经网络支持。已有的研究发现小脑与大脑共同参与了双语控制，但对小脑具体子区域功能分工及其内部的协同模式缺乏深入的探讨。因此，本研究系统考查了小脑及其网络在双语控制中的作用及训练可塑性。研究共招募44名汉-英双语者，将其随机分为训练组（22人）与控制组（22人）。两组被试在前测和后测阶段都要完成语言切换任务，并通过fMRI技术扫描他们的脑活动。训练组在两次测试之间接受8天的语言切换训练。结果显示，小脑内部多个子区域（含双侧IV-V小叶、VI小叶及右侧VIII小叶等多个后部子区域与前部小脑）参与了双语控制。经过短期双语切换训练后，训练组小脑目标子区域激活显著降低，且小脑网络连接发生适应性改变，表明小脑并非单一功能节点，而是通过多子区域协同及与大脑皮层的功能连接，动态支持双语语言控制，且该网络具有训练可塑性。
图1 研究流程与语言切换任务：（A）训练组需完成前测语言切换任务、8天语言切换训练及后测语言切换任务，控制组仅完成前测与后测语言切换任务，无训练环节；（B）语言切换任务中，被试根据图片边框颜色（蓝色/红色，颜色-语言映射在被试间平衡）用中文（L1）或英文（L2）命名图片，根据连续试次命名语言是否一致，分为切换试次（L1-L2或L2-L1）与非切换试次（L1-L1或L2-L2）
图2 行为结果：（A）训练期间的行为结果；（B）前测和后测的行为结果
图3 训练组前测与后测小脑激活对比（前测 > 后测）
为考查小脑网络连接的可塑性及其与行为提升的关联，该研究进一步构建训练组前测与后测的小脑有效连接网络，并分析了网络变化与行为切换代价的关系。结果发现，前测与后测中小脑网络的核心节点均为右侧VI小叶，但网络连接路径发生适应性重组：前测中右侧VI小叶通过两条路径分别连接至右侧VIII小叶与左侧VI小叶，后测中连接右侧VIII小叶的路径保持不变，连接左侧VI小叶的路径重组为右侧VI小叶→左侧VI小叶→另一右侧VI小叶集群；且gPPI分析显示，训练后右侧VI小叶与双侧中央前回及辅助运动区（SMA）的功能连接显著增强；SCA结果表明，小脑网络全局效率的提升与行为切换代价的降低显著正相关（p<0.001），即全局效率提升越多，语言控制能力改善越明显，证实小脑网络连接变化与行为提升直接相关。<>
图4 以激活分析得到的小脑集群作为种子区域，通过种子点-体素广义心理生理交互（gPPI）分析识别出的脑-小脑连接。（A）两个小脑种子区域在语言控制任务中表现出显著的任务调制功能连接（前测中切换试次＞非切换试次）。（B）峰值坐标为 [14, −66, −28] 的右侧 VI 小叶在训练后表现出增强的连接（后测 [切换试次＞非切换试次]＞前测 [切换试次＞非切换试次]）。结果采用体素水平 p＜0.05、聚类水平错误发现率（FDR）校正后 p＜0.05 的阈值进行统计。
图5 训练组前测和后测的小脑连接情况。（A）前测；（B）后测。核心节点用红色标记。
图6 规格曲线分析结果。图 A 展示了网络指标变化与行为切换成本变化之间的关联，横轴代表不同模型，纵轴代表每个模型的线性回归系数，每个圆点代表特定模型的标准化回归系数，圆点周围的误差线代表 95% 置信区间，模型按回归系数大小排序，红色圆点代表 p<0.05>
通过进一步对训练组与控制组前测小脑激活的对比分析，以及补充 L1>L2 对比的小脑激活变化和全脑激活变化分析，该研究发现，两组前测小脑激活无显著差异，排除初始个体差异对结果的干扰；且训练诱导的小脑激活与连接变化具有特异性，并非全脑广泛激活调整，进一步支持小脑网络在语言控制训练可塑性中的核心作用。
这项研究首次揭示了双语语言控制中小脑网络的训练可塑性，明确了小脑多子区域的功能分工及与大脑皮层的协同模式，为理解双语语言控制的神经机制提供了系统证据。在应用层面，该研究提示短期语言切换训练可有效调控小脑语言控制网络，为双语教育中语言切换能力的训练方案设计、以及语言控制障碍相关人群的康复干预提供了神经层面的理论依据，具有重要的实践指导价值。
文章的第一作者是郭桃梅课题组已毕业的2024届硕士生常骞文（现为伦敦国王学院在读博士生），合作者为辛辛那提大学的马凤阳博士、已毕业的2022届硕士生苑启明（现为牛津大学在读博士生）、2022届硕士生陈沫（现为北京大学在读博士生），通讯作者为郭桃梅研究员。该研究获得了国家自然科学基金（31871097）、科技创新2030-“脑科学与类脑研究”重大项目（2021ZD0200500）的资助。
相关论文信息：Chang, Q., Ma, F., Yuan, Q., Chen, M., & Guo, T. (2025). Short-term language switching training reveals an adaptive cerebellar network for bilingual language control - PubMed (nih.gov) .Annals of the New York Academy of Sciences, 1549(1), 274–287.
