认知心理学与认知神经科学/文本理解的神经科学
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当我听到一句话的时候，我的大脑里发生了什么？我如何处理书面文字？本章将更深入地探讨与语言理解相关的脑部过程。在处理自然语言理解时，我们区分了神经科学和心理语言学方法。由于文本理解遍布认知心理学、语言学和神经科学的广阔领域，我们的主要重点将放在后两者的交叉点，即神经语言学。
需要检查不同的脑区，以找出单词和句子是如何被处理的。长期以来，科学家们只能从某些脑损伤来推断对应脑区的功能。在过去的 40 年里，脑成像和 ERP 测量技术已经建立起来，这使得能够更准确地识别参与语言处理的脑部部位。
对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。不可忽视的是，仅仅检查英语是不够的：要理解一般的语言处理，我们必须关注非印欧语系和其他语言系统，例如手语。但首先，我们将关注语言在脑中的粗略定位。
虽然功能侧化研究和分析发现，人格或认知风格的个体差异并不偏向于某一个半球，但一些脑功能发生在脑的一侧或另一侧。语言往往位于左侧，注意力位于右侧 (Nielson, Zielinski, Ferguson, Lainhart & Anderson, 2013)。有大量证据表明，每个脑半球在语言理解中都有其独特的功能。通常，右半球被称为非优势半球，而左半球被认为是优势半球。这种区分被称为侧化（源自拉丁语词 lateral，意为侧向），它的原因最初是由对裂脑病人的实验提出的。遵循自上而下的方法，我们将讨论右半球，它可能在高级理解中起主要作用，但并不完全清楚。许多研究都集中在左半球，我们将讨论为什么它可能是占主导地位的，然后接下来的部分将讨论在这个脑半球中相当容易理解的基本语言处理。
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、延伸更远，而左半球的枕叶区域更大、更宽、延伸更远 (M. T. Banich,"Neuropsychology", ch.3, pg.92)。在大多数人类大脑中，颞叶表面的一部分明显更大，这部分被称为颞上回。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言语处理的过程。
事实上，这种语言功能的左侧化在 97% 的人群中是明显的 (D. Purves, "Neuroscience", ch.26, pg.649)。但实际上，人类大脑中颞上回“左优势”可追踪到的比例仅为 67% (D. Purves, "Neuroscience", ch.26, pg.648)。还有哪些因素在起作用尚未解开。
来自“裂脑”病人的功能不对称的证据
在癫痫的严重病例中，一种很少进行但很流行的外科手术方法是所谓的胼胝体切开术。在这种方法中，会对连接左右半球的“沟通桥梁”——胼胝体进行彻底切除；结果就是“裂脑”。对于胼胝体被切除的病人来说，意外身体损伤的风险降低了，但副作用很明显：由于左右脑被彻底切断，这两个半球不再能够充分地交流。这种情况提供了研究两个半球功能差异的机会。第一批对裂脑病人的实验是由罗杰·斯佩里和他在加州理工学院的同事在 1960 年和 1970 年进行的 (D. Purves, "Neuroscience", ch.26, pg.646)。他们的研究让研究人员对语言的侧化和人类大脑的整体组织有了惊人的结论。
| 关于视觉系统侧化的小插曲 |
 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，这些信息还将通过胼胝体到达左半球，并在那里进行整合。在裂脑病人中，这种信号流被中断；刺激对左半球来说是“不可见的”。 |
我们现在要考虑的实验是基于视觉系统的侧化：左半视野看到的景象将由右半球处理，反之亦然。了解了这一原理后，测试人员将物体的图片呈现给视觉场的某一半，同时要求参与者说出他们看到的物体，并用对侧的手从一堆具体物体中盲目地挑选出来。
可以看出，例如骰子的图片，只呈现给左半球，参与者可以说出它的名字（“我看到一个骰子”），但不能用右手选择出来（不知道从桌子上的物体中选择哪个）。相反，如果骰子在右半球被识别出来，参与者无法说出它的名字，但可以很容易地用左手从桌子上的一堆物体中把它挑出来。
这些结果清楚地证明了人脑的功能不对称性。左半球似乎在言语和语言处理功能方面占主导地位，但不能处理独立于视觉的物体识别等空间任务。右半球似乎在空间功能方面占主导地位，但不能独立处理单词和含义。在第二个实验中，证据表明，裂脑病人只有在呈现给左半球时才能遵循书面命令（例如“现在站起来！”）。右半球只能“理解”图片指令。
下表 (D. Purves, "Neuroscience", ch.26, pg.647) 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，这些区分仅包括功能优势，而不是排他性能力。在单侧脑损伤的情况下，大脑的一半往往会接管另一半的任务。此外，应该提到，这个实验只适用于呈现时间不到一秒的刺激。这是因为不仅胼胝体，而且一些皮层下连合也用于半球间传递。一般来说，这两个半球可以同时为表现做出贡献，因为它们在处理中起着互补的作用。
| 关于用手习惯的小插曲 |
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探索不同大脑组织时一个重要问题是手性，即在进行活动时倾向于使用左手或右手。纵观历史，左撇子，仅占人口的 10% 左右，往往被认为是不正常的。他们被认为是邪恶、固执、反抗的，甚至在 20 世纪中叶，他们也被迫用右手写字。 关于手性如何影响大脑半球，最普遍接受的一种观点是大脑半球的劳动分工。由于说话和手工都需要精细的运动技能，因此假设让一个大脑半球同时完成这两项任务会更有效率，而不是将它们分开。由于大多数人的左脑控制着说话，所以右撇子占主导地位。该理论还预测，左撇子的大脑劳动分工是相反的。 对于右撇子来说，语言处理主要在大脑左半球进行，而视觉空间处理主要在对侧半球进行。因此，95% 的语音输出由大脑左半球控制，而只有 5% 的个体由其右半球控制语音输出。另一方面，左撇子的大脑组织是异质的。他们的大脑半球要么像右撇子一样组织，要么相反，甚至两个半球都用于语言处理。但通常，在 70% 的情况下，语言由左半球控制，15% 由右半球控制，15% 由任一半球控制。当对所有类型的左撇子进行平均时，似乎左撇子的脑侧化程度较低。 例如，当左半球受损后，就会出现视觉空间缺陷，这种缺陷在左撇子身上通常比右撇子更严重。差异可能部分源于大脑形态的差异，这可以从颞上回的非对称性得出结论。尽管如此，可以认为左撇子比右撇子两个半球之间的劳动分工更少，并且更有可能缺乏神经解剖学上的不对称性。 关于为什么有些人是左撇子以及其可能带来的后果，已经提出了许多理论。有些人说左撇子的寿命更短，事故率更高，或者患有自身免疫性疾病。根据 Geschwind 和 Galaburda 的理论，性激素、免疫系统和认知能力特征之间存在关系，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，但其原因和后果仍然是一个谜 (M.T.Banich, "Neuropsychology", ch.3, pg. 119)。 |
右半球在文本理解中的作用
"裂脑"患者的实验以及很快将要讨论的证据表明，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。当大脑这部分受损或当右半球的颞叶区域被移除时，会导致认知-交流问题，例如记忆障碍、注意力问题和推理能力差 (L. Cherney, 2001)。调查得出的结论是，右半球以一种格式塔和整体的方式处理信息，特别强调空间关系。在这里，由于它以全局的方式检查事物，并且它还对较低的空间频率和听觉频率作出反应，因此在区分两个不同的面孔方面具有优势。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的事实所削弱 (M. T. Banich，“Neuropsychology”，ch.3，pg.97)。但为了以这种方式发挥作用，大脑两半之间必须进行某种交流。
韵律 - 围绕单词的声音包络
考虑一下在以下来自 Banich 的上下文中，简单的陈述“她又做了一遍”如何被解释：LYNN: 爱丽丝非常喜欢山地自行车运动。在她摔断手臂后，你以为她会更谨慎一些。但昨天，她又去骑了杰克船长的自行车。那条路很崎岖 - 很窄，有很多树根和石头。昨晚，我听说她在下山途中摔了一跤。SARA: 她又做了一遍萨拉是说这句话时音调升高还是强调并带下降调？在第一种情况下，她会问爱丽丝是否再次受伤了。在另一种情况下，她断言她知道或想象的事情：爱丽丝设法再次伤害了自己。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，就会产生右半球出现韵律模式识别的原因。他们患有无韵律言语，也就是说，他们的言语都处于相同的音调。他们听起来可能像 80 年代的机器人。脑损伤还出现了另一种现象：失韵律言语。在这种情况下，患者说话时音调紊乱。这并不是由于右半球病变造成的，而是由于左半球受损造成的。解释是左半球向右半球发出时机不佳的韵律线索，从而影响了适当的音调。
超越词语：从神经学角度推断
在词语层面，目前的研究大多相互一致，也与脑病变研究的结果一致。但当涉及到对整个句子、文本和故事线的更复杂理解时，研究结果出现了分歧。根据 E. C. Ferstl 的评论“文本理解的神经解剖学。到目前为止，故事是什么？”(2004)，有一些证据支持和反对右半球区域在语用学和文本理解中起关键作用。根据目前的知识，我们不能确切地说认知功能（如构建情景模型和推断）是如何以及在哪里与“纯粹”的语言过程一起工作的。
由于本章关注的是语言的神经学，因此应注意的是，右半球受损的患者在推断方面存在困难。考虑以下句子
在蚊子、小咬和蚱蜢四处飞舞的情况下，她遇到了一只小黑虫，它被用来窃听她的谈话。
你可能需要重新解释这句话，直到你意识到“小黑虫”并不是指动物，而是指间谍设备。右半球受损的人很难做到这一点。他们很难跟上故事的线索，并对所说的话进行推断。此外，他们很难理解句子的非字面意义，例如比喻，因此当他们听到有人“哭得泪流满面”时，可能会真的感到害怕。
读者请参考下一章，详细讨论情景模型
左半球优势的进一步证据：瓦达技术
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。与之相关的是所谓的瓦达技术，它允许测试哪个半球负责语音输出，通常在手术过程中用于癫痫患者。它不是脑成像技术，而是模拟脑病变。通过将巴比妥类药物（氨巴比妥钠）注射到患者的一侧颈动脉中，使其中一个半球麻醉。然后，他被要求说出卡片上的物品名称。当他无法做到这一点时，尽管他一小时前还能做到，但据说是负责语音输出的那个半球。这个测试必须进行两次，因为存在患者双侧产生语音的可能性。这种情况发生的概率并不高，事实上，根据 Rasmussen & Milner 1997a (如 Banich 论文中的引用，第 293 页)，这种情况只发生在 15% 的左撇子身上，而没有一个右撇子。 (目前还不清楚左撇子大脑中这些差异从何而来。)
这意味着在大多数人中，只有一个半球“产生”语音输出 - 在 96% 的右撇子和 70% 的左撇子中，是左半球。关于不对称性的脑病变研究结果在这里得到了证实：通常（在健康的右撇子中），左半球控制着语音输出。
左半球优势的解释
目前仍在讨论左半球可能具有特殊语言能力的两种理论。第一种理论认为，左半球的优势是由于精确控制口头和手动发音器的时间。这里的主要论据是，与故事情节相关的姿势最常使用右手，因此由左半球控制的手，而其他手的动作在两只手中出现的频率相同。另一种理论认为，左半球是主导半球，因为它专门用于语言处理，这是由于一位患者造成的 - 一位使用美国手语的患者，他的左半球受损。他既不能产生也不能理解 ASL，但仍然可以通过非语言领域的手势进行交流。
大脑的组织结构有多天生的?
不仅是左撇子的情况，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（Bellugi 等人 1994 年和 Neville 等人 1993 年在 E. Dabrowska 的 "Language, Mind an Brain" 2004 年论文中引用，第 57 页），患有威廉氏综合征 (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，但与他们的其他（较差）认知能力相比，他们表现出非常好的语言技能。这些技能并不依赖于一个优势半球，而是两个半球都做出同等贡献。因此，尽管大多数人的语言处理优势半球是左半球，但这种优势也存在多种例外。Dabrowska (p. 57) 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如人们普遍认为的那样天生固定的。
本节将解释语言在哪里以及如何处理。为了避免与视觉过程交叉，我们首先将重点放在口语上。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结果。
神经学视角描述了语言为了被理解而遵循的路径。科学家发现大脑内部存在着具体的区域，负责语言处理的具体任务。最著名的区域是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，会导致患者无法流利地说话。此外，他们在产出单词方面存在很大困难。然而，这些患者的理解能力相对完整。由于这些症状不是由发声肌肉的运动问题引起的，因此大脑中负责语言输出的区域必须受到损伤。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，布罗卡失语症也源于皮质下组织和白质，而不仅仅是皮质组织。
| 自发性言语示例 - 任务：你在这张图片上看到了什么？ |
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| “哦，是的。那是男孩和女孩……以及……一辆……汽车……房子……灯柱（柱子）。狗和一只……船。那是……嗯……一个……咖啡，以及阅读。那是……嗯……一个……那是男孩……钓鱼。”（摘自《神经科学原理》第4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，会导致相反的综合征。患有韦尼克失语症的患者通常说话非常流利，单词发音正确，但它们毫无意义地组合在一起 - “词语沙拉”是它最常被描述的方式。理解韦尼克失语症患者所说的话尤其困难，因为他们使用语义错乱（在言语语义错乱中用词替换，在语义语义错乱中用相似意义的词替换，在音素语义错乱中用音素替换）和新词。对于韦尼克失语症，理解简单句子是一个非常困难的任务。此外，他们处理听觉语言输入以及书面语言的能力也受到损害。了解一些关于大脑结构及其功能的知识，人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，靠近海希尔回（初级听觉区），因为所有接收和解释感觉信息的区域（后皮层），以及将感觉信息与意义联系起来的区域（顶叶）都可能参与其中。
| 自发性言语示例 - 任务：你在这张图片上看到了什么？ |
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| “啊，是的，那是……几个东西。那是女孩……解开……在船上。一只狗……‘S是另一只狗……嗯哦……长的……在船上。女士，那是年轻女士。一个男人他们正在吃饭。‘S是在那里。这……一棵树！一条船。不，这是一……这是一个房子。这里……一块蛋糕。还有……很多水。啊，好吧。我想我提到了那条船。我注意到那里有一条船。我之前确实提到了……几个东西下来，不同的东西下来……一只蝙蝠……一块蛋糕……你有一……“（摘自《神经科学原理》第4版，2000年，第1178页） |
传导性失语症
韦尼克认为，布罗卡区和韦尼克区之间的一种失语症，即传导性失语症，会导致重复刚听到的句子出现严重问题，而不是在言语理解和产出方面出现问题。事实上，患有这种失语症的患者表现出无法重复句子，因为他们经常出现音素语义错乱，可能会替换或省略单词，或者可能什么都不说。研究表明，“连接线”，即韦尼克区和布罗卡区之间的弓状束，在传导性失语症的情况下几乎总是受损。这就是为什么传导性失语症也被认为是一种断开综合征（由于两个连接的大脑区域之间的连接受损而导致的行为功能障碍）。
| 句子“糕点师很高兴”的重复示例 |
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| “面包师……/vaskerin/……呃……”（摘自《神经科学原理》第4版，2000年，第1178页） |
皮质运动性失语症和全面性失语症
皮质运动性失语症是另一种由连接中断引起的大脑损伤，与布罗卡失语症非常相似，不同之处在于保留了重复能力。事实上，患有皮质运动性失语症的人通常会患有回声现象，即需要重复他们刚听到的东西。通常患者的大脑在布罗卡区之外受到损伤，有时更靠前，有时更靠上。患有皮质感觉性失语症的个体与患有韦尼克失语症的个体症状相似，区别在于他们表现出回声现象。左半球大部分区域的病变会导致全面性失语症，从而导致无法理解和产出语言，因为不仅布罗卡区或韦尼克区受损。（Barnich，1997，第276-282页）
| 失语症类型 | 自发性言语 | 语义错乱 | 理解 | 重复 | 命名 |
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从神经学视角概述失语症的影响
（摘自 Benson，1985，第32页，引自 Barnich，1997，第287页）
自1960年代以来，心理学家和心理语言学家试图解决语言如何在脑内组织和表达的问题。失语症患者为语言理解和产出的三个主要部分，即语音学、句法和语义，的位置和区分提供了有力的证据。
语音学
语音学处理的是由单纯的声音产生的有意义的言语部分。此外，还存在语音表示和音素表示之间的区别。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/听起来不同于spill中的/p/，因为前者/p/是送气的，而后者不是。
检查哪些部分负责语音表示，可以比较布罗卡失语症和韦尼克失语症患者。由于布罗卡失语症患者的言语特征是不流畅的，即他们在产生声音的正确语音和音素表示方面存在问题，而患有韦尼克失语症的人在流畅地说话方面没有任何问题，但也在产生正确的音素方面存在问题。这表明布罗卡区主要参与语音学产出，并且音素和语音表示不会发生在大脑的同一部分。科学家在更精确的层面上检查了言语产出，在音素的辨别特征层面上，看看失语症患者在哪些特征方面犯了错误。
辨别特征描述了发音的不同方式和位置。例如，/t/（如touch）和/s/（如such）是在同一位置创建的，但以不同的方式产生。/t/和/d/是在同一位置以相同的方式创建的，但它们在发声方面有所不同。
结果表明，在流畅和不流畅的失语症患者中，通常只混淆一个辨别特征，而不是两个。一般来说，与发音位置相关的错误比与发声相关的错误更为常见。有趣的是，一些失语症患者很清楚两个音素的不同特征，但他们无法产生正确的声音。这表明，尽管患者在正确发音方面存在很大困难，但他们对单词的理解仍然很好。这是布罗卡失语症患者的特征，而韦尼克失语症患者则表现出相反的症状：他们能够正确地发音，但不能理解单词的含义。这就是为什么他们经常说语音学上正确的单词（新词），但这些单词不是有意义的真实单词。
句法
语法描述了单词如何排列才能形成有意义的句子的规则。一般来说，人类通常知道母语的语法，因此如果句子中的某个单词顺序出错，就会说错话。然而，患有失语症的人经常在句子的解析方面遇到困难，不仅在语言的产生方面，而且在句子的理解方面。患者表现出无法理解和产生句子，通常患有某种前失语症，也称为无语法失语症。这可以通过句子测试来揭示。这些患者如果施事者和宾语都可以发挥主动作用，就很难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。后失语症患者，例如韦尼克失语症患者，没有表现出这些症状，因为他们的言语是流利的。仅仅通过语法手段就能理解，但也要考虑语义方面。这将在下一部分讨论。
语义
语义学处理单词和句子的含义。研究表明，患有后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。语义缺陷通常通过代词测试进行检查，代词测试中患者必须指向简单句子中提到的物体。正如人们可能猜到的那样，患有前失语症的人在语义方面没有问题，但他们可能无法理解更长的句子，因为此时对语法的了解也参与其中。
| 前失语症（例如布洛卡失语症） | 后失语症（例如韦尼克失语症） | |
| 语音学 | 语音和音位表示受影响 | 音位表示受影响 |
| 句法 | 受影响 | 没有影响 |
| 句法 | 没有影响 | 受影响 |
从心理角度概述失语症的影响
一般来说，对损伤患者的研究表明，前脑区域是言语输出所必需的，后脑区域是言语理解所必需的。如上所述，前脑区域对于句法处理也更重要，而后脑区域则参与语义处理。但是，不可能对大脑的各个部位及其职责进行如此严格的划分，因为后脑区域对于句子理解以外的事情也一定很重要，因为该区域出现病灶的患者既无法理解也无法产生任何言语。（Barnich，1997，第 283-293 页）
自从 20 世纪 70 年代第一批脑成像技术开发以来，测量正常大脑和受损大脑的功能成为可能。借助它们，我们能够在受试者例如听笑话时“观察大脑的工作”。这些方法（将在第 4 章中进一步描述）表明了之前的发现是否正确且精确。
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，并且它们的边界更加清晰（参见 Banich 第 294 页）。确切的位置因人而异，因此之前将许多脑损伤研究的结果汇总在一起会导致功能区域估计过大。例如，在癫痫手术期间对大脑组织进行电刺激并观察结果（例如命名任务中的错误）使我们对语言处理区域的位置有了更深入的了解。
PET 研究（Fiez & Petersen，1993，如 Banich 第 295 页所述）表明，实际上前脑区域和后脑区域在语言理解和处理中都被激活，但强度不同——与病灶研究一致。实验中所需的言语产生越活跃，主要的激活越靠前：例如，当被呈现的单词必须重复时。
另一个结果（Raichle 等人，1994，如 Banich 第 295 页所述）是刺激的熟悉度起着重要作用。当受试者在熟悉的实验任务中被呈现熟悉的刺激集并且必须重复它们时，前脑区域被激活。已知这些区域在受损时会导致传导性失语症。但当单词是新的单词，以及/或者受试者以前从未做过这样的任务时，激活记录得更靠后。这意味着，当您重复一个意想不到的单词时，工作最重的脑组织大约位于您左耳上方的某个地方，但当您知道这个单词是下一个要重复的单词时，它会更靠近您的左眼。
书面语言的处理是在我们阅读或写作时进行的，人们认为它发生在与听觉语言处理不同的神经处理单元中。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不同感觉系统进行交互。
一般来说，视觉语言处理始于将字母的视觉形式（“c”或“C”或“c”）映射到抽象的字母标识。然后，这些字母标识映射到单词形式和相应的语义表示（单词的“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导致了不同的疾病模式，这些模式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，但无法阅读，而失写症患者能够阅读，但无法写作。虽然失读症和失写症通常一起发生，是角回损伤的结果，但发现了一些患者存在失读症而没有失写症（例如 Greenblatt 1973，如 M. T. Banich，“神经心理学”第 296 页所述），或者存在失写症而没有失读症（例如 Hécaen & Kremin，1976，如 M. T. Banich，“神经心理学”第 296 页所述）。这是一种双重分离，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。双通道模型展示了人们认为这两个神经回路是如何为从书面词语到思想以及从思想到书面词语提供路径的。
本质上，双通道模型包含两个通道。它们中的每一个都以不同的方式推导出单词的含义或含义的单词，具体取决于我们对该单词的熟悉程度。
使用语音通道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-音位规则时，就会出现这个中间步骤。音素-音位规则是一种确定给定音素的语音表示的方法。音素是单词中最小的书面单位（例如“shore”中的“sh”），代表一个音位。另一方面，音位是单词中最小的语音单位，它将一个单词与另一个听起来相同的单词区分开来（例如“bat”和“cat”）。学习阅读或遇到新单词的人经常使用语音通道来获得语义表示。他们为每个音素构建音位，然后将各个音位组合成与特定含义相关的音型（参见 1.1）。
直接通道应该在没有中间语音表示的情况下工作，这样印刷直接与词语含义相关联。当阅读“colonel”这样的不规则单词时，需要使用直接通道。应用音素-音位规则会导致错误的语音表示。
根据 Taft（1982，如 M. T. Banich，“神经心理学”第 297 页所述）和其他人的说法，直接通道应该比语音通道更快，因为它不使用“语音绕道”，因此据说用于已知单词（参见 1.1）。然而，这只是一个观点，其他人，例如 Chastain（1987，如 M. T. Banich，“神经心理学”第 297 页所述），假设即使在熟练阅读者中也依赖于语音通道。
可以区分出几种失读症，通常取决于语音通道或直接通道是否受损。患有脑损伤的患者参与了实验，在实验中他们必须读出单词和非单词以及不规则单词。例如，非单词的阅读需要访问语音通道，因为对于这种字母组合没有“存储”的含义或声音表示。
左半球颞叶结构（确切位置不同）出现病灶的患者患有所谓的表面失读症。他们表现出以下特征性症状，表明他们强烈依赖于语音通道：非常常见的是规则性效应，即对拼写不规则的单词（如“colonel”或“yacht”）的发音错误（参见 1.2）。这些单词的读音是根据音素-音位规则发音的，尽管在某些情况下可能保留了高频拼写不规则的单词，但根据语音通道的发音仍然是错误的。
此外，一个词的潜在发音会反映在阅读理解错误中。当被要求描述“bear”这个词的意思时，患有表面失读症的人会回答类似“一种饮料”之类的东西，因为“bear”的最终声音模式对于这些人来说与“beer”相同。这种特征与混淆同音异义词（发音相同但拼写不同且含义不同的词）的趋势相一致。然而，这些人仍然能够阅读拼写规则的非词，因为他们可以将音素-音位规则应用于这些非词。
相比之下，语音失读症的特点是由于左半球更后部的颞叶结构的病变，导致语音通路受损。患者可以通过利用与特定视觉形式相关的含义的存储信息来阅读熟悉的规则词和不规则词（因此与表面失读症不同，没有规则性影响）。然而，他们无法处理未知词或非词，因为他们必须依赖直接通路（参见 1.3）。
词类效应和形态学错误也很常见。例如，名词比功能词和有时甚至比动词更容易读。不改变词语语法类别或含义的词缀（屈折词缀）经常被替换（例如，“farmer”代替“farming”）。此外，具体词比抽象词（如“freedom”）的错误率更低（具体性效应）。
深度失读症与语音失读症有许多症状特征，例如无法读出非词。与语音失读症一样，患者在词语变格以及功能词上也会犯错误，并且在抽象词上表现出基于视觉的错误（“desire”→“desert”）。除此之外，患有深度失读症的人会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错误读。Coltheart（如“神经语言学手册”第 41-3 章，第 563 页所述）认为，深度失读症的阅读是由右半球介导的。他认为，当影响阅读以外语言能力的大病变阻止了对左半球的访问时，就会使用右半球的语言库。存储在那里的词汇条目被访问并用作左半球输出系统的输入。
书面语言在拼写中的处理
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就像阅读一样，人们认为存在两个独立的通路——语音通路和直接通路。语音通路应该利用音素-音位规则，而直接通路将思维与写作联系起来，没有中间的语音表示（参见 1.4）。
这里应该注意的是，音素-音位规则（用于拼写）与音位-音素规则之间存在差异，因为两者并不仅仅是彼此的逆转。在“k”音素的情况下，最常见的音位是 /k/。然而，音位 /k/ 最常见的音素是“c”。语音失写症是由左上缘回病变引起的，左上缘回位于 Sylvian 裂的后部上方（M. T. Banich，“神经心理学”，第 299 页）。书写规则词和不规则词的能力得以保留，而书写非词的能力却没有。这与词缀检索能力差（词缀没有在词汇中存储）相一致，表明无法通过音素-音位规则将口语与它们的正字法形式联系起来。患者依赖直接通路，这意味着他们使用存储在词汇记忆中的正字法词形表示。后顶叶和顶枕交界处病变会导致所谓的词汇失写症，有时也被称为表面失写症。顾名思义，它与表面失读症相似，即患者难以访问单词的词汇-正字法表示。词汇失写症的特点是不规则词拼写较差，但规则词和非词拼写良好。当被要求拼写不规则词时，患者经常会犯规则化错误，因此该词的拼写是语音正确的（例如，“whisk”会被写成“wisque”）。最好的连接方式是用大写字母来表达你想要传达的词语，以便读者理解。
来自高级神经科学方法的证据
[edit | edit source]我们如何找到支持双通路理论的证据？到目前为止，神经科学研究还无法确定是否存在代表像上面描述的系统那样的神经回路。寻找支持视觉语言处理采用双通路而不是单通路（例如，Seidenberg & McClelland 在 M. T. Banich，“神经心理学”，第 308 页中提到的）的证据的难题在于，尚不清楚什么特征的大脑活动能够表明它是发生在双通路还是单通路上的。为了研究是否存在一个或两个系统，神经影像研究检查了被认为是书面语言处理中一个关键大脑区域的角回的激活与其他大脑区域的激活之间的相关性。研究发现，在阅读非词（这将强烈地激活语音通路）时，激活主要与参与语音处理的大脑区域相关，例如颞上区（BA 22）和 Broca 区。在阅读正常词（这将强烈地激活直接通路）时，最高激活出现在枕叶和腹侧皮层。这至少可以暗示存在两个不同的通路。然而，这些结论是从最高相关性中得出的，并不能确保这个假设。神经影像研究的确证实的是，语音通路和直接通路的利用有很大程度的重叠，这并不令人惊讶，因为流利的说话者很可能会混合使用这两种通路。其他研究还提供了数据，其中在阅读非词和阅读正常词时激活的大脑区域不同。ERP 研究表明，左半球拥有一些机制，可以对字母串中的组合，或者对它的正字法和/或对字母串的语音表示做出反应。在早期分析字母串的视觉形式时，如果字母串代表一个正确的词语或只是可发音的无意义词，则 ERP 波形会发生差异（Posner & McCandliss，1993 年，如 M.T. Banich，“神经心理学”，第 307-308 页所述）。这表明该机制对正确或错误的词语敏感。
相反，右半球与左半球不同，不参与词语含义的抽象映射，而是负责编码词语特定的视觉形式。ERP 和 PET 研究提供了证据表明，右半球对类似字母的字符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相同字母的不同形状（例如，用不同的笔迹）。视觉语言处理在两个半球的贡献是，右半球首先识别一个书面词为字母序列，无论它们看起来有多么不同，然后左半球的语言网络建立起一个抽象的词语表示，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关注英语的产生和理解，无论是书面语还是口语。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已知的语言处理理论。以下部分展示了三种符号系统的神经学研究（每个系统在某些方面都不同于英语）是如何使我们能够区分——至少在一定程度上——处理语言模式的大脑区域（因此可能因语言而异，具体取决于所讨论的语言是口语还是手语）与似乎对一般语言处理都必不可少的大脑区域——无论我们处理的是手语、口语，甚至音乐语言。
平假名和片假名
[edit | edit source]平假名和片假名是日语中并行使用的两种书写系统。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通路的假设的一个很好的机会，这些假设在上一节中已经阐述过。
英语书写系统是语音的——英语书写中的每个音素大致代表一个语音——辅音或元音。然而，还有其他可能的方法来写下口语。在日语平假名等音节系统中，一个音素代表一个音节。如果英语书写是音节的，它可以包括一个表示音节“nut”的符号，它同时出现在“donut”和“peanut”这两个词中。音节系统是基于声音的——因为音素代表口语单位而不是直接的意义，所以必须创建单词的听觉表示才能获得意义。因此，音节系统的阅读应该需要一个完整的语音通路。除了平假名之外，日语还使用一种叫做汉字的表意文字书写系统，其中一个音素代表一个完整的词语或一个概念。与语音系统和音节系统不同，表意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含义相关联。因此，汉字的阅读需要直接通往意义的通路是完整的。
关于存在两种不同意义路径的假设，已被脑损伤后可能出现的假名和汉字双重分离现象所证实。一些日本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，日本母语人士在阅读假名和汉字时，不同的脑区会活跃，尽管像英语母语人士一样，这些区域也存在重叠。
由于直接路径和语音路径之间的区别在日语中也有意义，这可能是一个适用于所有书面语言的一般原则，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理解书面词的意义——要么直接将视觉形式与意义联系起来（直接路径），要么使用听觉表征作为视觉形式和词义之间的中介（语音路径）。
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从语言学的角度来看，手语与口语共享许多特征——存在许多区域性的手语，每种手语都有独特的语法和词汇。同时，手语与口语在“表达”方式上有所不同，即在形式上有所不同，因此对它们进行神经科学研究可以得出宝贵的见解，以回答是否存在与语言相关的通用神经机制，无论其形式如何。
手语的结构
手语是语音语言——每一个有意义的手势都由多个音位（音位曾经被称为音位（希腊语 χερι: 手），直到它们在认知上等同于口语中的音位）组成，这些音位本身没有意义，但对于区分手势的意义至关重要。手语音位的一个显著特征是发音部位——同一个手形在眼部、鼻部或下巴部位发出时可能具有不同的含义。其他决定手势意义的特征包括手形、掌心方向、动作和非手动标记（例如面部表情）。
为了表达语法关系，手语利用了产生手势的视觉空间介质的优势——因此手语的语法结构通常不同于口语。大多数手语语法的两个重要特征（包括美国手语 (ASL)、德国手语 (DGS) 和其他几种主要手语）是方向性和信息的同步编码。
- 方向性
手势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”到空间中的一个特定点，之后在话语中可以通过再次指向同一个点来指代它们（这与英语中的代词在功能上相关）。然后可以通过改变及物动词手势的方向来改变宾语和主语。
- 信息元素的同步编码
视觉介质还使人们能够同时编码多条信息。例如，考虑句子“航班很长，我并不享受”。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单词来顺序编码。为了在句子“航班很长”中添加关于航班令人不快的信息，必须在原始句子中添加另一个句子（“我不享受它”）。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，话语中信息的增加并不一定导致话语长度的增加。为了传达关于过去经历的长途航班令人不快的信息，人们只需使用带过去时标记的“航班”单一手势，以代表“长”属性的方式移动手势，并结合不快的面部表情。由于所有这些特征都是同时签署的，因此与“航班很长”相比，“航班很长，我并不享受”并不需要额外的時間来表达。
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手势之间的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半球，右半球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半球，即相同的基本神经机制可能负责所有语言功能，无论其形式如何（即语言是口语还是手语）。
左半球在手语处理中的重要性可以通过以下事实得到证明：右半球受损的签语者可能不是失语症患者，而像听觉者一样，签语者左半球的病变会导致轻微的语言困难（Gordon, 2003）。此外，对失语症母语签语者的研究表明，左半球前部的损伤（布罗卡区）会导致类似于布罗卡失语症的综合征——患者丧失了交流的流畅性，他们无法正确使用语法标记和动词变位，尽管他们签署的单词在语义上是合适的。相反，颞上回后部损伤的患者（韦尼克区）仍然可以正确地变位动词，从话语位置设置和检索名词，但他们签署的序列没有意义（Poizner, Klima & Bellugi, 1987）。因此，就像口语一样，左半球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递的，还是通过单词顺序和添加到单词中的词素依次传递的，这并不重要——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 对以下语言处理进行比较的研究：
- 1. 从出生就失聪的英国手语母语签语者，
- 2. 听觉英国手语母语签语者（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。
研究这些不同群体中的语言处理可以区分影响大脑语言组织的不同因素——例如，失聪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如何（1 vs. 2），或者将手语作为第一语言的学习与将手语作为母语学习有何不同（1,2 vs. 3），或者与签语者相比，语言在说话者中的组织程度如何（1,2,3 vs. 4）。
这些研究表明，左半球的典型区域在给定书面刺激的英语母语人士和给定手势刺激的母语签语者中都被激活。此外，还有一些区域在失聪者处理手语和听觉者处理口语时都同样被激活——这一发现表明，这些区域构成了核心语言系统，无论语言形式如何（Gordon, 2003）。
然而，与说话者不同的是，签语者也表现出右半球的强烈激活。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）只在母语签语者中被激活，而在青春期后学习手语的听觉者中没有被激活。这表明学习手语（以及一般语言）的方式随着时间而改变：后期学习者的大脑无法招募某些专门用于处理这种语言的脑区（Newman 等人，1998）。]
我们已经看到，失语症和神经影像学证据表明，相同的神经机制负责手语和口语。自然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，这些符号系统构成某种语法和语义。这种更普遍的符号系统的例子是音乐。
与语言一样，音乐是人类的普遍现象，涉及一些组合原则，这些原则支配着离散元素（音调）组织成结构（短语）的过程，这些结构传达某种意义——音乐是一种具有特殊语法和语义的符号系统。因此，人们不禁要问，音乐和自然语言是否共享某些神经机制：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仅限于自然语言领域，即语言是否模块化。到目前为止，对音乐神经生物学的研究得出了关于这些问题的相互矛盾的证据。
一方面，有证据表明语言和音乐能力存在双重分离。患有音乐失认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；但同时他们在理解或表达言语方面没有任何问题。甚至有一位患者在没有失语症的情况下出现了音乐失认症，也就是说，虽然她无法识别音乐序列中的音调，但她仍然可以利用音调、响度、速度或节奏来表达口语中的含义（Pearce，2005）。这种对音乐处理的高度选择性问题（音乐失认症）可能是由于脑损伤造成的，也可能是先天性的；在某些情况下，它在家庭中遗传，表明存在遗传因素。音乐失认症的补充综合征也存在——俄罗斯作曲家谢巴林在左半球脑损伤后失去了言语功能，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，语言和音乐在处理句法结构方面存在共同机制。在布罗卡区测量的 P600 事件相关电位 (ERP) 对不语法句子的反应，在听取缺乏和声的音乐和弦序列的受试者中也会出现（Patel，2003）——因此，对典型音乐序列的预期可能是由与对语言中语法序列的预期相同的脑机制介导的。
对这种明显矛盾的一个可能的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性机制（额叶脑区），这些机制负责处理句法的普遍方面，但在两种情况下，这些机制都在不同的表征（后脑区）上运行——音乐中的音符和语言中的单词。
展望
[edit | edit source]还有许多问题需要解答，例如，目前尚不清楚是否存在一个独立的语言模块（可以将其切除而不会影响大脑其他功能）。正如埃夫林·C·费斯特尔 (Evelyn C. Ferstl) 在她的综述中指出的那样，在探索负责语言处理子任务的不同小区域之后，下一步将是找出这些区域如何协同工作并构建语言网络。
参考文献及进一步阅读
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英文书籍
- Brigitte Stemmer, Harry A. Whitaker. 神经语言学手册. Academic Press (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 (2004)
- 综述: Evelyn C. Ferstl, 文本理解的功能性神经解剖学. 迄今为止的故事是什么？" 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. Lawrence Erlbaum. (2004)
德语书籍
- Müller, H.M. & Rickert, G. (Hrsg.): 语言的神经认知. Stauffenberg Verlag (2003)
- Poizner, Klima & Bellugi: 手指揭示大脑的奥秘. 麻省理工学院出版社 (1987)
- N. Chomsky: 语法理论的方面. 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的差异性：来自聋人研究的见解. 华盛顿特区：美国政府印刷局 (1998)
- Newman 等：习得年龄对美国手语皮层组织的影响：一项 fMRI 研究. NeuroImage, 7(4), part 2 (1998)
英文链接
- 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：记忆共鸣和情境构建
- Clahsen, Harald: 词汇条目和语言规则：一项对德语词形的跨学科研究。
- Cherney, Leora (2001): 右半球脑损伤
- 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). 名词的意义何在？口语名词、专有名词和自己名字的电生理差异。 NeuroReport 8:221-225。
- Müller, H. M., King, J. W. & Kutas, M. (1997). 口语关系从句引起的事件相关电位 认知脑研究 4:193-203。
德语链接
- 比勒费尔德大学
- Müller, H. M., Weiss, S. & Rickheit, G. (1997). 实验神经语言学：语言与大脑之间的联系 在：Bielefelder Linguistik (Hrsg.) Aisthesis-Verlag, pp. 125–128。
- Müller, H.M. & Kutas, M. (1997). 专有名词和普通名词的处理：一项电生理研究。 在：G. Rickheit (Hrsg.). 临床语言学研究——方法、模型、干预. Opladen: Westdeutscher Verlag, pp. 147–169。
- Müller, H.M., King, J.W. & Kutas, M. (1998). 对不同工作记忆负荷下自然语言句子的处理进行电生理分析。 临床神经生理学 29: 321-330。
- Michael Schecker (1998): 神经元对核心语言处理过程的“编码” --> 争论 (仅限批评)
组织问题
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