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大人的语言功能由左脑主导,儿童有何不同?

撰文丨陈抒宁
 
责编丨戴 威
 
你或许在网上见过这张旋转的芭蕾舞者图片,据称,它可以测出你在使用的是左脑还是右脑—— 当然是一派胡言。不过,我却可以 “测” 出,你在读到这句话时,很可能是在使用左脑来理解的(除非你是左撇子)。这是因为成年人的一些认知功能往往是由单侧脑半球的特定区域来主导的,而语言功能主要由左脑主导。
 
根据最新研究成果,这里还要再加上另一个例外:儿童。2020年9月7日发表于《美国科学院院报》(PNAS)的一项脑科学研究发现,儿童同时使用左脑和右脑来处理句子 [1]。
 
“这对受到神经损伤的小孩来说是一个非常好的消息。”研究作者之一、乔治敦大学神经学教授 Eliss L. Newport 表示,“同时使用左脑和右脑为神经损伤提供了一种补偿机制。例如,如果左脑因围产期中风受损,儿童仍可以使用右脑来学习语言。患有脑瘫而导致一侧脑半球受损的儿童可以用完好的脑半球来发展所需的认知能力。我们的研究展示了为什么这是可能的。”
 
同时,Newport 表示,这项研究解决了一个困扰临床医生与神经学科学家许久的谜题。
图源:giphe.com
 
1 左脑优势来自先天还是后天?争论不休
 
19世纪中叶,巴黎郊区的一所医院里,30岁的患者 Louis Victor Leborgne 失去了说话的能力。他神志清醒,身体无外伤,一切都健康如常,只除了一件事:他张嘴只能发出 “Tan” 这个音。在接下来的十年中,Leborgne 的身体和精神状况逐渐恶化。1861年,他遇到了一名语言方面的专家:Pierre Paul Broca [3]。
 
Broca发现,该患者左脑一块区域的坏死导致了他的失语症。受到启发后,他又找到了25位类似的案例,并于1865年发表了他的结论:语言的表达是由左脑前额叶区控制的 [2]。在此后的一百多年中,有更多的证据充分证明了,除了左撇子可能有所例外,绝大部分成年人的语言功能(特别是句法的处理和使用)的中枢主要集中在左脑 [1]。
 
虽然成人的语言能力靠左脑是公认的结论,但左脑优势来自先天还是后天?现有的证据指向两个完全相反的结论。
 
临床医学上的发现似乎表明,早期儿童大脑并没有形成语言的侧化,两个脑半球共同参与语言的早期发展。一项对102名早期单边脑损伤的患者的观察发现:早于语言发展期的脑损伤,无论左脑还是右脑,造成语言障碍的可能性是相似的(左脑损伤为47%,右脑为51%)。在13岁以前接受大脑半球切除术的患者在术后永久性失语的可能性都较小,无论切除的是左脑还是右脑(左脑为6%,右脑为12%);而成年患者中,所有接受左脑半球切除术的患者都罹患永久性失语症,无一例右脑半球切除术导致永久性失语 [4,5]。
 
然而,解剖学、电生理学和功能磁共振成像(fMRI)扫描却显示,左脑的语言优势在婴儿期就已经建立了。婴儿大脑就表现出了左右脑颞叶和额叶体积的不对称性。扫描也显示早期语言活动是由左脑主导的。
 
2 关注个体左右脑活跃程度,有新发现
 
本次研究同样基于fMRI证据,为什么得出 “儿童左右脑都在处理语言” 与先前fMRI研究不同的结论?
 
乔治敦大学的科学家在论文中指出,这种矛盾的结论或许是由fMRI的传统数据分析方法导致的。大部分研究会使用一个偏侧化指数(laterality index,LI)来整体比较左脑和右脑的活跃性。偏侧化指数为0意味着左右脑活跃程度相等,大于0意味着左脑更活跃,小于0意味着右脑更活跃。这种分析方法可能使人忽略了一些重要的信息:偏侧化指数增加既可能意味着左脑更加活跃了,也可能是右脑活跃性减弱了,也可能两种情况同时存在 [1]。
 
同样,过去研究中的偏侧化指数无法直接反应左右脑各自对语言活动的参与度。同时,与偏侧化指数一起呈现的脑功能区激活图像(activation map)往往体现的是一组参与者的平均数据。在这些图像里体现的右脑活跃度较低不一定代表在某个患者身上也是如此,而可能仅仅是反映了右脑活跃度在人群中的差异较大 [1]。
 
鉴于此,这项研究关注各个脑半球的活跃情况,而不是整体上的偏侧化;同时分析了个体的激活图像,而不是只关注平均数据。
 
3 脑子处理语言,越长大,越单侧化
 
为了能生成个体的脑功能区激活图像,需要一个可靠而又能强烈刺激参与者大脑的实验任务。科学家选用了一种成熟的句子理解任务,叫做听觉描述决策任务(ADDT)。首先,参与者会听到一段对名词的描述(例如:灰色的大型动物是大象),如果他认为描述正确,就摁一下按钮。在对照情况下,参与者会听到同样的句子倒放一遍,并需要在听到结尾的滴声时摁下按钮。
 
实验包含了39名年龄在4-13岁之间的健康儿童(被分为4-6岁,7-9岁,10-13岁三组),14名年龄在18-29岁间的成年人。每一个参与者都是右撇子,母语为英语,智商正常,神经健全。在儿童进行的实验中,研究人员调整了实验选用的词汇,使任务对不同年龄组的参与者来说难度相似。
图1.各年龄组中参与者各体素的活跃比例。在最年轻的参与者中(n=10),右脑一些区域的活跃重合度达50%,而成年人组的重合度为0(n=14)。中间两组儿童的重合的活跃区域在两者之间。图源:[1]
 
研究发现,从年龄组平均来看,年幼的儿童也表现出了语言活动上的左脑侧化。然而,90%的4-6岁儿童的右脑对应区域也表现出了明显的活跃迹象。而随着年龄的增长,这种活跃情况大幅下降。对于成年人来说,这部分右脑的对应区域有完全不同的功能,如处理声音当中表达的情绪。然而年幼的儿童会用左右脑同时理解句子的含义和感知背后的情绪。
 
Newport 认为,“在句子处理任务中,右脑随着成长发育逐渐减少的活跃度反映了语言功能神经分布的改变,而不仅仅是句子理解技巧的发展变化。” 同时她也认为,如果对更年幼的儿童做同样的分析,“我们很可能会发现右脑在语言处理中的参与度比4-6岁儿童更高。”
 
她还表示,“我们的发现意味着,右脑在童年早期对语言处理的参与,或许可以使得在左脑受损时,仍然保持和增强右脑语言功能的发育。”下一步,他们将对出生时左脑中风的青少年和年轻成人的语言脑区激活情况进行研究,以了解大脑的不同脑区在处理语言时的神奇表现。
 
参考文献
 
[1]Olumide A. Oluladea, Anna Seydell-Greenwalda, Catherine E.Chambersa, Peter E. Turkeltauba, Alexander W. Dromericka, Madison M. Berlb, William D. Gaillardb, and Elissa L. Newporta,“The neural basis of language development: Changes in lateralization over age,” Proceedings of the National Academy of Sciences(2020). www.pnas.org/cgi/doi/10.1073/pnas.1905590117
 
[2]BROCA, Paul Pierre, Remarques Sur Le Siège De La Faculté Du Langage Articulé, Suivies D'une Observation D'aphémie (perte De La Parole). Paris: Masson, 1861.
 
[3]Konnikova, Maria. “The Man Who Couldn t Speak and How He Revolutionized Psychology.” Scientific American Blog Network. Scientific American, February 8, 2013. https://blogs.scientificamerican.com/literally-psyched/the-man-who-couldnt-speakand-how-he-revolutionized-psychology/.
 
[4]BASSER, L S. “Hemiplegia of Early Onset and the Faculty of Speech with Special Reference to the Effects of Hemispherectomy.”Brain, 85, no.3(, Sep 1962):427–460.
 
[5]Ronald S. Tikofsky, “Eric H. Lenneberg, Biological Foundations of Language. New York: John Wiley and Sons, 1967.” Behavioral Science, 13, no.6 (1968)https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/bs.3830130610.



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