认知心理学和认知神经科学/文本理解的神经科学
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当我听到一句话时，我的脑海中发生了什么？我如何处理书面文字？本章将更深入地了解与语言理解相关的脑部过程。在处理自然语言理解时，我们区分神经科学和心理语言学方法。由于文本理解跨越认知心理学、语言学和神经科学的广泛领域，我们的主要关注点将放在后者的交叉点，即神经语言学。
为了找出单词和句子是如何被处理的，需要检查不同的脑区。很长一段时间，科学家只能从某些脑损伤得出相应脑区功能的结论。在过去的 40 年中，脑成像和 ERP 测量技术已经确立起来，这使得更准确地识别参与语言处理的脑部区域成为可能。
关于这些现象的科学研究通常分为听觉和视觉语言理解的研究；我们将讨论这两种。不可否认的是，仅仅研究英语是不够的：为了理解一般的语言处理，我们必须研究非印欧语系和其他语言系统，如手语。但首先，我们将关注语言在大脑中的粗略定位。
尽管功能侧化研究和分析发现，人格或认知风格的个体差异不偏向任何一个半球，但某些脑功能发生在脑部的某一侧。语言倾向于在左侧，而注意力则在右侧（Nielson、Zielinski、Ferguson、Lainhart 和 Anderson，2013）。有大量证据表明，每个大脑半球在语言理解中都有其独特的功能。最常见的是，右半球被称为非优势半球，而左侧则被视为优势半球。这种区别被称为侧化（来自拉丁词 lateral，意思是侧面的），而它首先是在对裂脑患者的实验中提出的。遵循自上而下的方法，我们将讨论右半球，它可能在更高层次的理解中发挥主要作用，但尚未得到很好的理解。关于左半球的研究很多，我们将讨论为什么它在以下部分讨论这个大脑半球中语言基本处理的相当好的理解之前可能是优势的。
左半球和右半球之间的解剖学差异
首先，我们将考虑左半球和右半球之间最明显的差异部分：它们在形状和结构上的差异。肉眼可见，人类大脑的两半之间存在明显的非对称性：右半球的额叶区域通常比左半球更大、更宽、更向外延伸，而左半球的枕叶区域更大、更宽、更向外延伸（M. T. Banich，“神经心理学”，第 3 章，第 92 页）。在大多数人类大脑中，颞叶表面的某个部分明显更大，被称为颞上回。它位于韦尼克区和其他听觉联想区附近，因此我们可以推测，左半球可能更强烈地参与语言和语音处理的过程。
事实上，这种语言功能的左半球优势在 97% 的人群中都很明显（D. Purves，“神经科学”，第 26 章，第 649 页）。但实际上，人类大脑中颞上回“左优势”可追踪的百分比只有 67%（D. Purves，“神经科学”，第 26 章，第 648 页）。哪些其他因素起作用尚待解决。
来自“裂脑”患者的功能不对称证据
在癫痫的严重病例中，一种很少进行但流行的手术方法是所谓的胼胝体切开术，用于减少癫痫发作的频率。在这里，对连接左右半球的“沟通桥梁”胼胝体进行彻底的切除；结果是“裂脑”。对于胼胝体被切断的患者，意外身体伤害的风险降低了，但副作用很明显：由于左右脑半部分的这种根除性横切，这两个半部分不再能够充分沟通。这种情况提供了研究半球之间功能差异的机会。罗杰·斯佩里及其同事于 1960 年和 1970 年在加州理工学院进行了第一批关于裂脑患者的实验（D. Purves，“神经科学”，第 26 章，第 646 页）。它们引导研究人员对语言的侧化和人类大脑的整体组织得出重大结论。
| 关于视觉系统侧化的一点题外话 |
 左视野内的刺激将完全到达右视觉皮层进行处理和加工。在“健康”的大脑中，这些信息还会通过胼胝体到达左半球，并在那里进行整合。在裂脑患者中，这种信号流被中断；刺激对左半球仍然是“不可见的”。 |
我们现在要考虑的实验基于视觉系统的侧化：左半部分视野中看到的东西将在右半球处理，反之亦然。了解了这一原理后，测试人员将物体图片呈现给视觉视野的一半，同时要求参与者说出看到的物体，并用对侧的手盲目地从一堆具体物体中挑选出来。
可以证明，例如骰子图这样的图片，它只被呈现给左半球，可以被参与者说出（“我看到了一个骰子”），但无法用右手选择（不知道从桌子上选择哪个物体）。相反，如果骰子是在右半球被识别的，那么参与者无法说出骰子，但可以用左手轻松地从桌上的物体堆中把它挑选出来。
这些结果清楚地证明了人类大脑的功能不对称。左半球似乎主导语音和语言处理功能，但无法处理空间任务，如与视觉无关的物体识别。右半球似乎主导空间功能，但无法独立处理单词和意义。在第二个实验中，发现裂脑患者只能在将书面指令（如“现在站起来！”）呈现给左半球时才能遵循。右半球只能“理解”图片指令。
下表（D. Purves，“神经科学”，第 26 章，第 647 页）对功能进行了粗略的区分
| 左半球 | 右半球 |
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首先，重要的是要记住，这些区分只包含功能优势，而不是排他性能力。在单侧脑损伤的情况下，大脑的一半经常接管另一半的任务。此外，应该提到的是，该实验只对呈现时间少于一秒的刺激有效。这是因为不仅胼胝体，而且一些皮质下连合也用于半球间传递。总的来说，两者都可以同时为表现做出贡献，因为它们在处理中发挥互补作用。
| 关于手性的题外话 |
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探索不同大脑组织结构时，一个重要问题是手性，即在执行活动时使用左手或右手的倾向。纵观历史，左撇子，仅占人口的 10% 左右，经常被认为是不正常的。据说他们邪恶、固执、叛逆，甚至到 20 世纪中叶，他们被迫用右手写字。 关于手性如何影响大脑半球，最普遍接受的观点之一是大脑半球的劳动分工。由于说和动手都需要精细的运动技能，因此假设在一个大脑半球执行这两项工作比将其分开更有效率。由于大多数人的左脑控制着说话，因此右手占主导地位。该理论还预测，左撇子的大脑劳动分工是反转的。 在右手使用者中，语言处理主要在左半球进行，而视觉空间处理主要在另一半球进行。因此，95% 的语音输出由左脑半球控制，而只有 5% 的人由右脑半球控制语音输出。另一方面，左撇子的大脑组织结构异质性。他们的脑半球要么以与右手使用者相同的方式组织，要么以相反的方式组织，或者甚至以两种半球都用于语言处理的方式组织。但通常情况下，在 70% 的情况下，语言由左半球控制，15% 由右半球控制，15% 由任何一个半球控制。当对所有类型的左撇子进行平均时，似乎左撇子的侧化程度较低。 例如，如果左半球受到损害，就会出现视觉空间缺陷，这在左撇子中通常比在右手使用者中更严重。差异可能部分源于大脑形态的差异，这是从颞上回的不对称性得出的结论。尽管如此，可以认为左撇子两个半球之间的劳动分工不如右手使用者，而且更有可能缺乏神经解剖学上的不对称性。 关于为什么人们是左撇子以及其后果可能是什么，已经有很多理论。有些人说左撇子寿命较短或事故率较高或自身免疫性疾病较多。根据格什温德和加拉布尔达的理论，性激素、免疫系统和认知能力概况之间存在关系，这些关系决定了一个人是左撇子还是右撇子。总之，已经提出了许多遗传模型，但原因和后果仍然是一个谜（M.T.Banich，“神经心理学”，第 3 章，第 119 页）。 |
右半球
[edit | edit source]右半球在文本理解中的作用
对“裂脑”患者的实验以及很快将讨论的证据表明，右半球通常不是（但在某些情况下，例如 15% 的左撇子）语言理解的主导半球。最常归因于右半球的是认知功能。当大脑的这一部分受到损害或当右半球的颞叶区域被切除时，会导致认知交流问题，例如记忆力下降、注意力问题和推理能力差（L. Cherney，2001 年）。调查得出的结论是，右半球以格式塔和整体的方式处理信息，特别强调空间关系。这里，区分两个不同面孔的优势就出现了，因为它以全局的方式检查事物，并且它也对较低的空间频率和听觉频率做出反应。前一点可以被右半球能够阅读大多数具体词语并进行简单的语法比较这一事实所削弱（M. T. Banich，“神经心理学”，第 3 章，第 97 页）。但是为了以这种方式起作用，大脑两半球之间必须存在某种交流。
韵律 - 围绕单词的声音包络
考虑一下，在 Banich 的以下背景中，简单的陈述“她又做了一次”会如何解释：LYNN：艾丽丝非常喜欢骑山地自行车。在她摔断胳膊后，你以为她会谨慎一些。但昨天，她又出去骑了“杰克船长号”。那条路很险峻 - 狭窄，有很多树根和石头。昨晚，我听说她下坡时摔了一跤。SARA：她又做了一次萨拉是以升高的音调还是强调地以下降的音调说这句话的？在第一种情况下，她会问艾丽丝是否又受伤了。在另一种情况下，她断言她知道或想象的事情：艾丽丝第二次受伤了。显然，围绕单词的声音包络 - 韵律 - 确实很重要。
当考虑到右半球前部区域受损的患者时，就出现了认为韵律模式识别出现在右半球的理由。他们患有无韵律言语，也就是说，他们的言语都是以相同的音调发出的。他们听起来可能像 80 年代的机器人。大脑损伤还出现了另一种现象：韵律障碍言语。在这种情况下，患者说话的语调紊乱。这并非由于右半球病变，而是由于左半球受损时出现的。解释是，左半球向右半球发出时间不当的韵律提示，因此影响了正确的语调。
超越词语：从神经学角度推断
在词语层面，目前的研究所得出的结论大多相互一致，并且与大脑病变研究的结果一致。但当谈到对整个句子、文本和故事情节的更复杂的理解时，研究结果出现了分歧。根据 E. C. Ferstl 的综述“文本理解的神经解剖学。迄今为止的故事是什么？”（2004 年），有证据表明右半球区域在语用学和文本理解中发挥关键作用，也有证据表明并非如此。根据目前的知识水平，我们无法准确地说认知功能（如构建情景模型和推断）如何以及在哪里与“纯粹的”语言过程协同工作。
由于本章涉及语言的神经学，因此应该指出，右半球受损的患者在推断方面有困难。请考虑以下句子
蚊子、小飞虫和蚱蜢到处飞，她遇到了一只被用来窃听她谈话的小黑虫。
你可能需要重新解释这句话，直到你意识到“小黑虫”不是指动物，而是指间谍设备。右半球受损的人难以做到这一点。他们难以遵循故事的线索并推断出所说的话。此外，他们难以理解句子的非字面含义，例如比喻，因此当他们听到有人“哭得眼睛都肿了”时，他们可能会非常害怕。
请参阅下一章以详细讨论情景模型
左半球
[edit | edit source]左半球优势的进一步证据：Wada 技术
在关注左半球的具体功能之前，提供了左半球优势的进一步证据。所谓 Wada 技术具有相关性，它可以测试哪个半球负责语音输出，通常在癫痫患者手术期间使用。它不是脑成像技术，而是模拟脑病变。通过向患者的一侧颈动脉注射巴比妥类药物（阿米巴比妥钠）使一侧半球麻醉。然后要求他命名卡片上的多个物品。如果他无法做到这一点，尽管他一小时前可以做到这一点，那么该半球就被认为是负责语音输出的半球。该测试必须进行两次，因为患者有可能双侧产生语音。这种可能性并不高，事实上，根据 Rasmussen & Milner 1997a（如 Banich 的第 293 页所述），这种情况只发生在 15% 的左撇子中，而右手使用者中则没有。（左撇子大脑中这些差异的来源尚不清楚。）
这意味着在大多数人中，只有一侧半球“产生”语音输出 - 在 96% 的右手使用者和 70% 的左撇子中，是左半球。这里证实了脑病变研究关于不对称性的发现：通常情况下（在健康的右手使用者中），左半球控制着语音输出。
左半球优势的解释
关于为什么左半球可能具有特殊的语言能力，还有两种理论正在讨论。第一种理论指出，左半球的优势是由于对口头和手部发音器官的精确时间控制的专门化。这里的主要论点是，与故事情节相关的姿势最常使用右手进行，因此由左半球控制的手进行，而其他手部动作则在两只手上出现的频率相同。另一种理论认为，左半球占主导地位是因为它专门用于语言处理，并且是由于一位患者 - 一位美国手语使用者，其左半球受损。他既无法产生也无法理解手语，但仍然可以通过在非语言领域使用手势进行交流。
大脑的组织结构有多么固有？
不仅左撇子案例，而且脑成像技术也显示了双侧语言处理的例子：根据 ERP 研究（由 Bellugi 等人于 1994 年进行，以及 Neville 等人于 1993 年进行，引自 E. Dabrowska 的“语言、思维和大脑”，2004 年，第 57 页），患有威廉姆斯综合征（WS）的人也没有语言优势半球。WS 患者有很多身体和精神障碍，但与他们其他的（较差的）认知能力相比，他们表现出非常好的语言能力。这些技能并不依赖于一个优势半球，而是由两个半球平等地贡献。因此，虽然大多数人都有一个语言处理优势左半球，但也有一些例外。Dabrowska（第 57 页）认为，大脑中存在不同的“组织可能性”，这表明大脑的组织结构可能不像人们普遍认为的那样固有和固定。
听觉语言处理
[edit | edit source]本节将解释语言在哪里以及如何被处理。为了避免与视觉过程交叉，我们将首先集中在口语上。科学家已经开发出三种方法来获取关于这个问题的信息。前两种方法基于脑病变，即失语症，而最近的方法则依赖于现代脑成像技术的成果。
神经学视角描述了语言为了被理解所遵循的路径。科学家发现，大脑内部存在着处理语言具体任务的特定区域。最著名的区域包括布罗卡区和韦尼克区。
布罗卡失语症
最著名的失语症之一是布罗卡失语症，它会导致患者无法流利说话。此外，他们还会在产出词语方面遇到很大的困难。然而，这些患者的理解能力相对完整。由于这些症状不是由声带肌肉的运动障碍造成的，因此必须存在大脑中负责语言输出的区域出现了病变。布罗卡发现，导致流利言语的大脑区域负责语言输出，必须位于额叶腹侧，位于运动皮层之前。最近的研究表明，布罗卡失语症也可能是由皮质下组织和白质损伤造成的，而不仅仅是皮质组织。
| 自发言语示例 - 任务：你在这张图片上看到了什么？ |
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| “哦，是的。这是一个男孩和一个女孩……还有一个……一辆……车……房子……灯柱（杆）。一只狗和一个……船。还有那是一个……嗯……一个……咖啡，还有读书。那是一个……嗯……一个……那是一个男孩……钓鱼。”（改编自《神经科学原理》第四版，2000 年，第 1178 页） |
韦尼克失语症
另一种非常著名的失语症，被称为韦尼克失语症，会导致相反的症状。患有韦尼克失语症的患者通常说话非常流利，词语发音正确，但它们的组合毫无意义 - 通常被称为“词语沙拉”。理解韦尼克失语症患者所说的话特别困难，因为他们使用错词（在言语错词中用一个词替换另一个词，在语义错词中用意思相似的词替换另一个词，在音位错词中用一个音素替换另一个音素）和新词。对于韦尼克失语症患者来说，理解简单句子是一项非常困难的任务。此外，他们处理听觉语言输入和书面语言的能力也受到损害。通过对大脑结构及其功能的了解，我们可以推断出导致韦尼克失语症的区域位于颞叶、顶叶和枕叶的交界处，靠近赫施尔回（初级听觉区），因为所有接收和解释感官信息的区域（后皮质）以及将感官信息与意义联系起来的区域（顶叶）都可能参与其中。
| 自发言语示例 - 任务：你在这张图片上看到了什么？ |
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| “啊，是的，是……一些东西。是一个女孩……解开……在一条船上。一只狗……还有另一只狗……嗯……很长……在一条船上。这个女士，是一个年轻的女士。还有一个男人，他们在吃东西。这里就是那个地方。这个……一棵树！一条船。不，这是一个……这是一个房子。这里……一块蛋糕。还有，有很多水。啊，好吧。我想我已经提到了那条船。我注意到那里有一条船。我已经提到过了……一些东西在下面，不同的东西在下面……一只蝙蝠……一块蛋糕……你有一个……”（改编自《神经科学原理》第四版，2000 年，第 1178 页） |
传导性失语症
韦尼克认为，介于布罗卡区和韦尼克区之间的失语症，即传导性失语症，会导致患者在重复刚刚听到的句子时出现严重问题，而不是在理解和产出言语方面遇到问题。事实上，患有这种失语症的患者表现出无法重复句子，因为他们经常会犯音位错词，可能会替换或省略单词，或者根本不说。研究表明，在传导性失语症的情况下，连接布罗卡区和韦尼克区的“连接线”，即弓状束，几乎总是受损。这就是为什么传导性失语症也被认为是一种分离综合征（由于两个连接的大脑区域之间的连接受损导致的行为功能障碍）。
| 重复句子“糕点师很高兴”的示例 |
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| “面包师……/vaskerin/……嗯……”（改编自《神经科学原理》第四版，2000 年，第 1178 页） |
皮质下运动性失语症和全球性失语症
皮质下运动性失语症是另一种由连接中断导致的大脑病变，与布罗卡失语症非常相似，区别在于重复能力得以保留。事实上，患有皮质下运动性失语症的人经常会患有模仿症，即需要重复他们刚刚听到的内容。通常患者的大脑在布罗卡区以外受损，有时更靠前，有时更高。患有皮质下感觉性失语症的个体与患有韦尼克失语症的个体有类似的症状，只是他们会表现出模仿症。左半球大部分区域的病变会导致全球性失语症，从而导致患者无法理解和产出语言，因为布罗卡区或韦尼克区不仅仅是受损的区域。（Barnich，1997 年，第 276-282 页）
| 失语症类型 | 自发言语 | 错词 | 理解 | 重复 | 命名 |
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从神经学角度看失语症的影响概述
（改编自 Benson，1985 年，第 32 页，引用自 Barnich，1997 年，第 287 页）
自 20 世纪 60 年代以来，心理学家和心理语言学家一直在努力解决语言如何在脑中组织和表征的问题。失语症患者为语言理解和产出的三个主要部分（即语音学、语法和语义）的位置和区分提供了有力的证据。
语音学
语音学处理由单纯的声音产生的语言有意义的部分。此外，还存在语音表征和音位表征之间的差异。后者意味着语音可以在不同的情况下以不同的方式产生。例如，pill 中的 /p/ 的声音与 spill 中的 /p/ 的声音不同，因为前者 /p/ 是送气的，而后者则不是。
为了检查哪些部分负责语音表征，可以比较患有布罗卡失语症或韦尼克失语症的患者。由于患有布罗卡失语症的患者的言语特征是非流利的，即他们在产出正确的声音的语音表征和音位表征方面存在问题，而患有韦尼克失语症的患者则没有出现流利说话的问题，但也会在产出正确的音位方面遇到问题。这表明布罗卡区主要参与语音产出，并且音位表征和语音表征不在大脑的同一区域进行。科学家在更精细的层面上研究了言语产出，即音位的区别特征，以观察失语症患者在哪些特征上出现了错误。
区别特征描述了不同的发音方式和发音部位。例如，/t/（如 touch 中的 /t/）和 /s/（如 such 中的 /s/）是在相同的位置产生，但发音方式不同。/t/ 和 /d/ 在相同的位置以相同的方式产生，但它们在浊音方面存在差异。
结果表明，无论是流利的还是非流利的失语症患者，通常只会混淆一种区别特征，而不是两种。总的来说，与发音部位相关的错误比与浊音相关的错误更为常见。有趣的是，一些失语症患者非常清楚两个音位的不同特征，但他们无法发出正确的声音。这表明，尽管患者在正确发音方面存在很大困难，但他们对词语的理解仍然相当好。这对于患有布罗卡失语症的患者来说是典型的，而患有韦尼克失语症的患者则表现出相反的症状：他们能够正确地发音，但无法理解单词的意思。这就是为什么他们经常会说出在语音学上正确的词语（新词），但这些词语不是真正的词语，没有意义。
语法
语法描述了如何排列词语以形成有意义句子的规则。通常，人类都会知道母语的语法，因此如果句子中的词语顺序错误，就会说错话。然而，失语症患者经常在句子解析方面遇到问题，这不仅体现在语言产出方面，也体现在句子理解方面。表现出无法理解和产出句子的患者通常患有某种前部失语症，也称为无语法失语症。这可以在句子测试中得到体现。这些患者如果主语和宾语都可以发挥主动作用，就难以区分主动语态和被动语态。例如，患者无法区分“男孩追女孩”和“男孩被女孩追”，但他们理解“男孩看到苹果”和“苹果被男孩看到”，因为他们可以寻求语义的帮助，而无需仅仅依靠语法。患有后部失语症的患者，例如患有韦尼克失语症的患者，不会表现出这些症状，因为他们的言语是流利的。仅仅通过语法手段就能理解句子，但语义方面也必须考虑在内。这将在下一部分进行讨论。
语义
语义处理词语和句子的含义。研究表明，患有后部失语症的患者在理解简单文本方面存在严重问题，尽管他们对语法的了解是完整的。通常用“指示词测试”来检查语义缺陷，在这个测试中，患者需要指向简单句子中所指的物体。可以预料的是，患有前部失语症的患者在语义方面没有问题，但他们可能无法理解较长的句子，因为此时也需要用到语法的知识。
| 前部失语症（例如布罗卡） | 后部失语症（例如韦尼克） | |
| 语音学 | 语音表征和音位表征受到影响 | 音位表征受到影响 |
| 语法 | 受到影响 | 无影响 |
| 语法 | 无影响 | 受到影响 |
从心理学角度看失语症的影响概述
总的来说，对病变患者的研究表明，前部区域对于言语输出至关重要，而后部区域对于言语理解至关重要。如上所述，前部区域对于语法处理也更为重要，而后部区域参与语义处理。但这种对大脑各个部分及其功能的严格划分是不可能的，因为后部区域对于句子理解以外的其他功能也很重要，因为患有该区域病变的患者既无法理解也无法产出任何言语。（Barnich，1997 年，第 283-293 页）
自 20 世纪 70 年代第一批脑成像技术问世以来，测量正常大脑和受损大脑的功能成为可能。利用这些技术，我们能够在受试者例如在听笑话时“观察大脑的工作”。这些方法（在第 4 章中进一步描述）表明了早期发现是否正确和精确。
一般来说，成像显示，某些功能性大脑区域比脑损伤研究中估计的要小得多，而且它们的边界更加清晰（参见 Banich p. 294）。确切的位置因人而异，因此将许多脑损伤研究的结果放在一起，导致之前对功能区域的估计过大。例如，在癫痫手术期间对脑组织进行电刺激并观察结果（例如，命名任务中的错误），可以更好地了解语言处理区域的位置。
PET 研究（Fiez & Petersen，1993，如 Banich 中所引用，p. 295）表明，事实上语言理解和处理中都激活了前部和后部区域，但强度不同——这与病变研究一致。实验中需要越多的主动言语产生，额叶的激活就越明显：例如，当呈现的词语需要重复时。
另一个结果（Raichle 等人，1994，如 Banich 中所引用，p. 295）是刺激的熟悉程度起着重要作用。当受试者在熟悉的实验任务中被呈现熟悉的刺激集并必须重复它们时，前部区域被激活。这些区域在损伤时会导致传导性失语症。但当单词是新的，或者受试者以前从未做过这样的任务时，激活记录在更后面的区域。这意味着，当你重复一个意料之外的词语时，大脑最活跃的组织大约位于你左耳上方，但当你事先知道下一个要重复的词语时，它会更靠近你的左眼。
当我们阅读或写作时，就会进行书面语言的处理，人们认为它发生在一个不同于听觉语言处理的神经处理单元中。阅读和写作分别依赖于视觉，而口语首先由听觉系统介导。负责书面语言处理的语言系统必须与参与口语处理的感官系统进行交互。
一般来说，视觉语言处理从字母的视觉形式（“c”或“C”或“c”）映射到抽象字母标识开始。然后，这些字母被映射到词语形式和相应的语义表示（词语的“含义”，即它背后的概念）。对因脑损伤而失去语言能力的患者的观察表明，视觉语言的感知（阅读）和产生（写作）之间存在差异，就像在非视觉语言处理中发现的那样。
失读症患者能够写作，但不能阅读，而失写症患者能够阅读，但不能写作。虽然失读症和失写症通常是由角回损伤造成的，但人们发现有些患者存在失读症而没有失写症（例如，Greenblatt 1973，如 M. T. Banich 中所引用，“神经心理学”，p. 296），或者存在失写症而没有失读症（例如，Hécaen & Kremin，1976，如 M. T. Banich 中所引用，“神经心理学”，p. 296）。这是一个双重分离，表明阅读和写作有独立的神经控制系统。
由于在语音失读症和表面失读症中也发现了双重分离，因此实验结果支持了语言产生和感知分别被细分为独立的神经回路的理论。双通路模型展示了人们认为这两个神经回路如何为从书面词语到思想以及从思想到书面词语提供了通路。
从本质上讲，双通路模型包含两条通路。每条通路都以不同的方式推导出词语的含义或含义的词语，具体取决于我们对该词语的熟悉程度。
使用语音通路意味着在感知和理解书面语言之间有一个中间步骤。当我们利用音素-字母规则时，就会发生这个中间步骤。音素-字母规则是一种确定给定字母的语音表示的方法。字母是最小的书面词语单位（例如，“shore”中的“sh”），代表一个音素。另一方面，音素是最小的语音词语单位，它将一个词语与另一个听起来相同但不同的词语区分开来（例如，“bat”和“cat”）。学习阅读或遇到新词语的人经常使用语音通路来获得含义表示。他们为每个字母构建音素，然后将单个音素组合成与特定含义相关的音型（参见 1.1）。
直接通路应该在没有中间语音表示的情况下起作用，以便印刷品直接与词语含义相关联。当阅读“colonel”这样的不规则词语时，必须使用直接通路。应用音素-字母规则会导致错误的语音表示。
根据 Taft（1982，如 M. T. Banich 中所引用，“神经心理学”，p. 297）和其他人的说法，直接通路应该比语音通路更快，因为它不使用“语音迂回”，因此据说它用于已知词语（参见 1.1）。但是，这只是一个观点，其他人，如 Chastain（1987，如 M. T. Banich 中所引用，“神经心理学”，p. 297），认为即使在熟练阅读者中也依赖语音通路。
可以区分几种失读症，通常取决于语音通路还是直接通路受损。脑损伤患者参与了实验，他们在实验中必须读出词语和非词语，以及不规则词语。例如，非词语的阅读需要访问语音通路，因为对于这种字母组合没有“存储”的含义或声音表示。
左半球颞结构（确切位置不同）受损的患者会出现所谓的表面失读症。他们表现出以下特征性症状，表明强烈依赖语音通路：非常常见的是规律性影响，即对拼写不规则的词语的错误发音，如“colonel”或“yacht”（参见 1.2）。这些词语根据音素-字母规则发音，尽管在某些情况下，高频不规则拼写词语可能会保留，但根据语音通路的读音是错误的。
此外，词语的预期发音反映在阅读理解错误中。当被要求描述“bear”这个词语的含义时，患有表面失读症的人可能会回答类似于“一种饮料”之类的东西，因为对于这些人来说，“bear”产生的音型与“beer”相同。这种特征伴随着混淆同音词的趋势（发音相同但拼写不同且具有不同含义的词语）。然而，这些人仍然能够读出拼写规律的非词语，因为他们可以对这些非词语应用音素-字母规则。
相反，语音失读症的特点是由于左半球更后颞结构的损伤导致语音通路受损。患者可以通过使用与特定视觉形式相关的存储信息来读取熟悉的规则词语和不规则词语（因此不存在表面失读症中的规律性影响）。但是，他们无法处理未知词语或非词语，因为他们必须依赖直接通路（参见 1.3）。
词语类别效应和形态错误也很常见。例如，名词比功能词更容易读出，有时甚至比动词更容易读出。不改变词语的语法类别或含义的后缀（屈折后缀）通常会被替换（例如，“farmer”代替“farming”）。此外，具体词语的错误率低于抽象词语，如“freedom”（具体性效应）。
深层失读症与语音失读症有许多症状特征，例如无法读出非词语。就像语音失读症一样，患者在词语屈折和功能词方面也会出错，并且在抽象词语上表现出以视觉为基础的错误（“desire” → “desert”）。除此之外，深层失读症患者将词语误读为具有密切相关含义的不同词语（“woods”代替“forest”），这种现象被称为语义误读症。Coltheart（如“神经语言学手册”中所引用，第 41-3 章，p. 563）假设深层失读症中的阅读由右半球介导。他认为，当影响语言能力（除了阅读以外）的大病变阻止进入左半球时，就会使用右半球的语言存储库。存储在那里的词条被访问并用作左半球输出系统的输入。
就像阅读一样，人们认为存在两条独立的通路——语音通路和直接通路。人们认为语音通路利用了音素-字母规则，而直接通路将思想与写作联系起来，没有中间的语音表示（参见 1.4）。
需要注意的是，音位到字母的规则（用于拼写）和字母到音位的规则之间存在区别，两者并非简单的反转关系。对于字母“k”来说，最常见的音位是/k/。然而，音位/k/最常见的字母是“c”。语音失写症是由左侧边缘回病变引起的，左侧边缘回位于顶叶，位于席尔维乌斯裂的后部上方（M. T. Banich，“神经心理学”，第 299 页）。书写规则和不规则词的能力得以保留，而书写非词的能力却无法保留。这与前缀的检索能力较差（前缀未存储在词汇中）相结合，表明无法通过音位到字母的规则将口语词与其正字法形式联系起来。患者依靠直接途径，这意味着他们使用存储在词汇记忆中的正字法词形表征。顶叶后部和顶枕交界处的病变会导致所谓的词汇失写症，有时也称为表面失写症。顾名思义，它与表面失读症类似，患者难以访问词语的词汇-正字法表征。词汇失写症的特点是不规则词拼写较差，而规则词和非词拼写良好。当被要求拼写不规则词时，患者经常犯规律化错误，因此该词以语音学上正确的方式拼写（例如，“whisk”将被写成“wisque”）。最佳的连接方式是将您想让读者理解的词大写。
来自先进神经科学方法的证据
[edit | edit source]我们如何找到支持双途径理论的证据？迄今为止，神经科学研究还无法确定是否存在代表上述系统的神经回路。寻找视觉语言处理两条途径（如 Seidenberg & McClelland 所述，引自 M. T. Banich，“神经心理学”，第 308 页）与一条途径的证据的问题在于，尚不清楚什么特征性的脑部激活可以表明它是在两条或一条途径上发生的。为了研究是否存在一个或两个系统，神经影像学研究检查了角回（被认为是书面语言处理中一个关键的脑区）的激活与其他脑区的激活之间的相关性。研究发现，在阅读非词时（这将强烈地激活语音途径），激活主要与参与语音处理的脑区相关，例如颞上区（BA 22）和布罗卡区。在阅读正常词时（这将强烈地激活直接途径），在枕叶和腹侧皮层中发现最高的激活。这至少可以暗示存在两条不同的途径。然而，这些结论是根据最高相关性得出的，不能保证这种推测。神经影像学研究确实确定的是，语音途径和直接途径的使用有很大的重叠，这并不奇怪，因为流利的说话者混合使用两种途径是合理的。其他研究还提供了数据，这些数据表明，在阅读非词和阅读正常词时，激活的脑区不同。ERP 研究表明，左半球拥有一些机制，可以对字母串中的组合做出反应，或对其正字法和/或字母串的语音表征做出反应。在对字母串的视觉形式进行早期分析时，ERP 波形会有所不同，如果字母串代表一个正确的词，或者只是一个可发音的无意义词（Posner & McCandliss，1993，引自 M.T. Banich，“神经心理学”，第 307-308 页）。这表明这种机制对正确或不正确的词敏感。
与左半球相反，右半球不参与词语意义的抽象映射，而是负责编码特定词语的视觉形式。ERP 和 PET 研究提供了证据表明，右半球对字母串的反应比左半球更强烈。此外，分割视野研究表明，右半球比左半球更能区分同一字母的不同形状（例如，在不同的笔迹中）。视觉语言处理对两个半球的贡献是，右半球首先识别书面词为字母序列，无论它们是什么样子，然后左半球的语言网络构建出词语的抽象表征，即对词语的理解。
其他符号系统
[edit | edit source]大多数神经语言学研究都关注英语语言的产生和理解，无论是书面还是口头。然而，从神经科学的角度来看不同的语言系统可以证实和区分公认的语言处理理论。以下部分展示了对三种符号系统的研究，每种系统在某些方面都不同于英语，这些研究使得我们能够区分 - 至少在一定程度上 - 处理语言模态的脑区（因此可能因语言而异，取决于所讨论的语言是口头语还是手语）和对一般语言处理似乎是必要的脑区 - 无论我们是处理手语、口语还是音乐语言。
平假名和片假名
[edit | edit source]平假名和片假名是日语中并行的两种书写系统。由于它们在表示词语时采用了不同的方法，因此研究患有失读症的日语患者是检验关于存在通往意义的两种不同途径的假说的一个好机会，这在上一节中已经解释过。
英语书写系统是语音学的 - 英语书写中的每个字母大约代表一个语音 - 一个辅音或一个元音。然而，还有其他可能的方法来写下口语。在像日语假名这样的音节系统中，一个字母代表一个音节。如果英语是音节化的，它可以包括一个代表“nut”音节的符号，出现在“donut”和“peanut”这两个词中。音节系统是基于声音的 - 由于字母代表口语词的单元而不是直接代表意义，因此必须创建一个词语的听觉表征才能获得意义。因此，音节系统的阅读应该需要一个完整的语音途径。除了假名，日语还使用一种叫做汉字的意音文字系统，其中一个字母代表一个完整的词或一个概念。与语音系统和音节系统不同，意音文字系统不包含视觉形式与其发音方式之间的系统化关系 - 相反，视觉形式直接与对应词语的发音和意义相关联。因此，阅读汉字应该需要完整的直接通往意义的途径。
关于存在通往意义的两种不同途径的假说已经得到证实，因为在脑损伤后，假名和汉字之间可能存在双重分离。因此，一些日语患者可以阅读假名，但不能阅读汉字（表面失读症），而另一些患者可以阅读汉字，但不能阅读假名（语音失读症）。此外，有证据表明，日语母语人士在阅读假名和汉字时，不同的脑区会被激活，尽管与英语母语人士的情况一样，这些脑区也存在重叠。
由于直接途径和语音途径之间的区别在日语中也有意义，因此这可能是一个适用于所有书面语言的普遍原则，即阅读它们依赖于两个独立的（至少部分独立的）系统，这两个系统都使用不同的策略来捕捉书面词语的意义 - 或者将视觉形式直接与意义关联起来（直接途径），或者使用听觉表征作为视觉形式和词语意义之间的中介（语音途径）。
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手语
[edit | edit source]从语言学的角度来看，手语与口语有很多共同点 - 存在许多区域性的手语，每种手语都有独特的语法和词汇。由于手语同时在“表达”词语的方式（即模态）上与口语不同，因此对它们进行神经科学研究可以产生宝贵的见解，揭示是否存在与语言相关的普遍神经机制，无论其模态如何。
手语的结构
手语是语音语言 - 每个有意义的手语都由几个音位（音位曾经被称为音节（希腊语 χερι: 手），直到它们与口语中的音位的认知等价性被认识到）组成，这些音位本身没有意义，但对于区分手语的意义至关重要。手语音位的一个显著特征是发音位置 - 同一个手形可以有不同的意义，具体取决于它是在眼睛、鼻子或下巴的位置发出。其他决定手语意义的特征包括手形、手掌方向、动作和非手动标记（例如，面部表情）。
为了表达句法关系，手语利用了符号产生的视觉空间媒介的优势——因此手语的句法结构往往不同于口语。大多数手语语法（包括美国手语 (ASL)、德国手语 (DGS) 和其他几种主要手语）的两个重要特征是方向性和信息的同步编码。
- 方向性
符号制作的方向通常决定句子的主语和宾语。手语中的名词可以“连接”到空间中的某个特定点，在后面的话语中，可以通过再次指向同一个点来指代它们（这在功能上与英语中的代词相关）。然后，可以通过改变及物动词符号制作的方向来切换宾语和主语。
- 信息的同步编码
视觉媒介还使得能够同时编码多条信息。例如，考虑句子“航班很长，而且我不喜欢它”。在英语中，关于航班时长和令人不快的信息必须通过在句子中添加更多词语来顺序编码。为了用关于航班令人不快的信息来丰富短语“航班很长”，必须在原始短语中添加另一个短语（“我不喜欢它”）。因此，为了传达更多信息，原始句子的长度必须增加。然而，在手语中，短语中信息的增加并不一定会导致短语长度的增加。为了传达关于过去经历的长途航班令人不快的信息，人们可以使用过去时态标记的“航班”的单个符号，以代表“长”属性的方式移动，并结合厌恶的表情。由于所有这些特征都是同时签署的，因此与“航班很长且我不喜欢它”相比，表达“航班很长”并不需要额外的 时间。
手语的神经学
由于手语中的句子是通过视觉编码的，而且它的语法通常基于不同符号之间视觉关系而不是顺序关系，因此可以认为手语的处理主要依赖于右脑，而右脑主要负责视觉和空间任务的执行。然而，有证据表明，手语和口语的处理可能同样依赖于左脑，即相同的基本神经机制可能负责所有语言功能，无论其模式如何（即语言是口语还是手语）。
左脑在手语处理中的重要性可以通过以下事实来表明：右脑受损的签语者可能不是失语症患者，而对于听觉对象来说，签语者左脑的损伤会导致微妙的语言障碍（Gordon, 2003）。此外，对失语症原住民签语者的研究表明，左脑前部（布罗卡区）的损伤会导致与布罗卡失语症类似的综合征——患者会失去交流的流畅性，他们无法正确使用句法标记和动词变位，尽管他们签署的词语在语义上是合适的。相反，颞上回后部（韦尼克区）受损的患者仍然可以正确地对动词进行变位，从话语位置建立和检索名词，但他们签署的序列没有任何意义（Poizner, Klima & Bellugi, 1987）。因此，与口语一样，左脑的前部和后部似乎分别负责语言的语法和语义。因此，对于大脑的“语法处理机制”来说，语法是通过空间标记同时传达还是通过词序和附加到词语的词素来依次传达并不重要——在两种情况下，相同的底层机制可能负责语法。
对口语和手语相同底层机制的进一步证据来自使用 fMRI 对比以下语言处理的研究：
- 1. 天生聋哑的英国手语原住民签语者，
- 2. 听觉的英国手语原住民签语者（通常是聋哑父母的听觉孩子）
- 3. 青春期后学习英国手语的听觉签语者
- 4. 非签语者
调查这些不同群体中的语言处理，可以对影响大脑语言组织的不同因素进行一些区分——例如，聋哑对大脑语言组织的影响程度与仅仅将手语作为第一语言相比（1 与 2），或者将手语作为第一语言学习与将手语作为母语学习相比有何不同（1, 2 与 3），或者与签语者相比，语言在说话者中是如何组织的（1, 2, 3 与 4）。
这些研究表明，典型的左脑区域在给予书面刺激的英语母语者和给予符号刺激的原住民签语者中都被激活。此外，还有一些区域在聋哑者处理手语和听觉者处理口语的情况下都被激活——这一发现表明，无论语言模式如何，这些区域构成了核心语言系统（Gordon, 2003）。
然而，与说话者不同的是，签语者也表现出右脑的强烈激活。这部分是由于需要处理视觉空间信息。然而，其中一些区域（例如角回）只在原住民签语者中被激活，而不在青春期后学习手语的听觉者中被激活。这表明学习手语（以及一般语言）的方式会随着时间的推移而发生改变：晚期学习者的大脑无法招募某些专门用于处理这种语言的大脑区域（Newman 等人，1998）。]
我们已经看到，失语症和神经影像的证据表明，相同的底层神经机制负责手语和口语。很自然地会问，这些神经机制是否更普遍，即它们是否能够处理任何类型的符号系统，这些符号系统是某种语法和语义的基础。这种更普遍的符号系统的例子是音乐。
音乐
[edit | edit source]与语言一样，音乐是人类的一种普遍现象，它涉及一些组合原则，这些原则控制着将离散元素（音调）组织成结构（短语），以传达某种意义——音乐是一种具有特殊语法和语义的符号系统。因此，有趣的是要问音乐和自然语言是否共享一些神经机制：音乐的处理是否依赖于语言的处理，反之亦然，或者它们背后的底层机制是否完全独立。通过研究音乐背后的神经机制，我们可能会发现，语言背后的神经过程是否只属于自然语言领域，即语言是否模块化。到目前为止，音乐神经生物学的研究在这些问题上产生了相互矛盾的证据。
一方面，有证据表明语言和音乐能力存在双重分离。患有失音症的人无法感知和声，无法记住和识别即使是最简单的旋律；同时，他们在理解或产生言语方面没有任何问题。甚至有一位患者出现了失音症，却没有出现无表情症，即虽然她无法识别音乐序列中的音调，但她仍然可以利用音高、响度、速度或节奏在口语中传达意义（Pearce, 2005）。这种对音乐的处理（失音症）具有高度选择性的问题可能是由于脑损伤导致，也可能是先天性的；在某些情况下，它在家族中遗传，这表明存在遗传成分。失音症的互补综合征也存在——在俄罗斯作曲家谢巴林左脑受到脑损伤后，他失去了言语功能，但他的音乐能力却完好无损（Zatorre, McGill, 2005）。
另一方面，神经影像数据表明，语言和音乐具有处理句法结构的共同机制。在布罗卡区测量的 P600 ERP 在对不合语法句子的反应中被激发，它也出现在听觉者听缺乏和声的音乐和弦序列时（Patel, 2003）——对音乐中典型序列的预期可能由与对语言中语法序列的预期相同的脑机制介导。
对这种明显矛盾的可能解决方案是双系统方法（Patel, 2003），根据该方法，音乐和语言共享一些程序机制（额叶大脑区域），这些机制负责处理语法的通用方面，但在两种情况下，这些机制都作用于不同的表征（后脑区域）——音乐中的音符和语言中的词语。
展望
[edit | edit source]许多问题尚待解答，例如，目前还不清楚是否存在一个独立的语言模块（你可以把它切掉而不会对其他脑功能造成任何影响）。正如埃弗利·C·费斯特尔在她的综述中指出的那样，在探索负责语言处理子任务的独立小区域之后，下一步将是找出它们是如何协同工作并构建语言网络的。
参考文献和进一步阅读
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书籍 - 英语
- Brigitte Stemmer, Harry A. Whitaker. 神经语言学手册。学术出版社 (1998)。ISBN 0126660557
- Marie T. Banich：神经心理学。心理功能的神经基础 (1997)。
- Ewa Dąbrowska：语言、心灵与大脑。爱丁堡大学出版社有限公司 (2004)
- 综述：Evelyn C. Ferstl，文本理解的功能神经解剖学。目前进展如何？" 来自：Schmalhofer, F. & Perfetti, C. A. (Eds.)，大脑中的高级语言过程：推理和理解过程。劳伦斯·厄尔巴姆 (2004)
书籍 - 德语
- Müller, H.M. & Rickert, G. (Hrsg.): Neurokognition der Sprache. Stauffenberg Verlag (2003)
- Poizner, Klima & Bellugi: 手揭示大脑的奥秘。麻省理工学院出版社（1987）
- N. Chomsky: 语法理论的几个方面。麻省理工学院出版社（1965）。 ISBN 0262530074
- Neville & Bavelier: 经验对大脑特化发展的影响差异：来自失聪者研究的见解。华盛顿特区：美国政府印刷局（1998）
- Newman 等人：习得年龄对美国手语皮层组织的影响：一项 fMRI 研究。神经影像，7（4），第 2 部分（1998）
链接 - 英语
- Robert A. Mason 和 Marcel Adam Just：大脑如何处理文本中的因果推断
- Neal J. Pearlmutter 和 Aurora Alma Mendelsohn：串行与并行句子理解
- 将陈述与先前阅读的文本联系起来的大脑过程：记忆共鸣和情境结构
- Clahsen，Harald：词汇条目和语言规则：一项关于德语词尾变化的多学科研究。
- Cherney，Leora（2001）：右脑损伤
- Grodzinsky，Yosef（2000）：语法的脑神经学：没有布罗卡区的语言使用。
- Müller，H.M. & Kutas，M.（1996）。名字里有什么？口语名词、专有名词和自己的名字之间的脑电生理差异。 神经报告 8：221-225。
- Müller，H. M.，King，J. W. & Kutas，M.（1997）。由口语关系从句引起的事件相关电位 认知脑研究 4：193-203。
链接 - 德语
- 比勒菲尔德大学
- Müller，H. M.，Weiss，S. & Rickheit，G.（1997）。实验性神经语言学：语言与大脑之间的联系 在：比勒菲尔德语言学（编）Aisthesis 出版社，第 125-128 页。
- Müller，H.M. & Kutas，M.（1997）。专有名词和普通名词的处理：一项脑电生理研究。 在：G. Rickheit（编）。临床语言学研究 - 方法、模型、干预。奥普拉登：西德意志出版社，第 147-169 页。
- Müller，H.M.，King，J.W. & Kutas，M.（1998）。对工作记忆负荷不同的自然语言句子的脑电生理分析。 临床神经生理学 29：321-330。
- Michael Schecker（1998）：神经元“编码”核心语言处理过程 --> 辩论（仅仅是批评）
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