语言神经认知/双语的神经认知
前一章通过介绍不同的发展阶段，探讨了单语婴儿和幼儿的语言习得。对此，感兴趣的读者可能想知道这些发展阶段在双语儿童中是否相似，以及双语和单语语言处理和产生的普遍差异。本章旨在解答这方面的疑问。
首先，在介绍基于使用脑电图 (EEG) 或功能性磁共振成像 (fMRI) 的实验的神经学证据之前，应该详细概述和定义“双语”一词本身，因为有许多不同的方法，这些方法或多或少是自由的（Obler & Gjerlow，1999）。例如，你知道那些在学校学习过英语的人也可以被称为“双语”吗？随后，将介绍双语失语症，因为关于失语双语的研究是首次尝试将多种语言定位在大脑中（Abutalebi、Cappa 和 Perani，2001）。因此，将介绍不同类型的恢复模式。
然后，有一节专门介绍关于双语语音处理以及语义和句法处理的脑电图研究，并将结果与这些事件的单语处理进行比较（参见 Moreno、Rodriguez-Fornells 和 Laine，2008）。本节将接着介绍关于不同语言输入导致的神经激活的研究。最后，本章应回答关于习得年龄或熟练程度是否会导致双语神经组织差异的问题。
人们普遍认为，幼儿比年长儿童或成年人更快地学习另一种语言（Abutalebi 等人，2001；Halsband，2006；Harley，2008；Obler & Gjerlow，1999）。此外，据报道，婴儿更容易适应不同的口音，因为他们仍然能够整合和区分另一种语言的语调，即儿童能够调节他们的发音器官，而成年人则不行（Halsband，2006；Obler & Gjerlow，1999）。总的来说，语音和形态学方面似乎在生活中后期更难习得，尽管词汇习得则相反（Abutalebi 等人，2001）。因此，只有达到一定年龄的儿童才有资格被称为双语，还是应该进一步强调学习外语词汇的重要性？
正如本章引言中提到的，术语“双语”遇到了许多不同的定义，这些定义或多或少是限制性的（Obler & Gjerlow，1999）。一方面，有些人将能够用另一种语言进行交流的人称为“双语”，而不管他们的习得年龄或熟练程度（Abutalebi 等人，2001；Fabbro，2001a；Obler & Gjerlow，1999；Paradis，2003）。但另一方面，人们可能更倾向于将能够像另一种语言的母语人士一样用另一种语言交流的人称为“双语”（Obler & Gjerlow，1999）。然而，正如一些研究人员指出的那样，双语确实意味着双语个人将两个母语人士的知识结合起来，这意味着两种语言的知识并不一定完美（Fabbro，2001a）。相反，每个双语都包含一个“独特而复杂的神经系统，在个体案例中可能有所不同”（Abutalebi 等人，2001，第 188 页）。因此，Harley（2008）提出的以下定义似乎相当合理，他将双语定义为“在从出生起就接触两种语言的文化中长大的人”（第 153 页），不需要精通两种语言，但至少要在第二语言方面非常熟练。考虑到这种定义，许多人可以被称为双语，因为在世界上某些地区，接触到不止一种语言已经变得非常普遍（例如，加拿大、瑞士、比利时、美国、印度）。正如我们所见，找到一个恰当的，尤其是通用的“双语”术语定义并不像看起来那样容易，因此一些科学家通过将这一概念分成不同的类别，达成了一种更细致的定义。
首先，同时双语、早期顺序双语和晚期顺序双语之间存在区别（Harley，2008；Paradis，2003）。同时双语意味着母语和第二语言是同时习得的，这种情况经常发生在父母一方来自另一个国家（Harley，2008）。“早期顺序双语”和“晚期顺序双语”这些术语似乎不言自明，因为它们分别指儿童在童年早期学习第二语言，以及青少年学习第二语言（Harley，2008）。通常，人们甚至只区分早期双语和晚期双语，例如，Paradis（2003）将早期双语描述为在婴儿期同时获得两种语言的个人。与所谓的早期双语形成对比的是所谓的晚期双语或流利第二语言使用者（Paradis，2003）。属于此类群体的人在后期而不是同时获得了他们的第二语言（Paradis，2003）。最后，区分了主动双语和被动双语（Harley，2008）。
由于本节已经详细介绍了“双语”一词，现在出现的问题一方面是，总的来说，是什么让双语人士不同于单语人士，另一方面是，考虑到他们学习第二语言的时间不同，早期双语人士与晚期双语人士有什么区别？从神经生理学证据来看，可以区分吗？这些问题将在本章的后续部分中得到解答。
关于双语失语症的研究揭示了大脑中语言的组织方式，并能够描述语言之间的分离（Fabbro，2001b；Obler & Gjerlow，1999）。这些研究是首次尝试将不同语言定位在一个大脑中（Abutalebi 等人，2001）。如果你已经阅读了本书的其他章节，那么术语“失语症”对你来说应该很熟悉（参见关于失语症的章节）。由于双语或多语人士能够理解和/或产生两种或多种语言，所以就会出现这样一个问题：在中风和随之而来的失语症的情况下，会发生什么？
理论上，如果每种语言都定位或表示在同一个大脑区域，那么失语症患者应该在他们习得的任何语言中都表现出相同的缺陷（Obler & Gjerlow，1999）。同样，所有语言的恢复程度应该相同，这意味着所有语言都以平行方式恢复（Fabbro，2001a；Obler & Gjerlow，1999；Paradis 2004）。然而，也报道了不同的恢复模式，有时似乎只有一种语言受到影响（Abutalebi 等人，2001；Paradis，2004）。例如，有些人在一次恢复一种语言，一种语言恢复速度快于另一种语言，这被称为“差异恢复”（Obler & Gjerlow，1999；Paradis，2004）。所谓的“拮抗恢复”模式代表一种模式，其中一开始只有一种语言可用，但随着另一种语言恢复，这种语言消失或倒退（Fabbro，2001a；Obler & Gjerlow，1999；Paradis 2004）。如果这种模式重复出现，则被称为“交替拮抗”。
此外，有时语言会混合在一起，即“混合恢复”，这意味着在说话时，个人会混淆两种语言的词语（Paradis，2004）。在这方面，有一些规则试图解释语言的差异恢复。要么是先习得的语言，即母语，是第一个恢复的语言，要么是在中风/失语症发生时使用最多的语言（Fabbro，2001a；Obler & Gjerlow，1999）。然而，到目前为止，还没有对双语失语症患者不同恢复模式进行真正的解释（Fabbro，2001a），但人们推断，由于存在差异恢复模式，不同语言在大脑中组织在不同的区域（Abutalebi 等人，2001）。
到目前为止，我们已经证明，双语个体中的失语症会导致非常不同的后果，因为我们已经描述了恢复模式的混合情况。因此，到目前为止，基于对双语失语症患者的检查的证据表明，不同语言定位在大脑的不同部位。然而，在从另一个角度研究这个问题之前，即使用成像技术，下一节将概述单语人士和双语人士在基于 ERP 成分的语言处理方面有何不同。
之前关于语言发展的章节已经提到了 ERP 成分在语言处理中的重要性，并介绍了一些最相关的成分。因此，本节将从另一个角度，即“双语”的角度，阐述这些已经介绍过的成分。
从语言发展章节中，我们应该记住，区分非母语语音对比的能力会随着年龄的增长而下降，而区分母语语音对比的能力会增强，但并非所有受试者都是如此 (Kuhl, 2004; Kuhl 等人, 2008, Moreno, Rodriguez-Fornells, & Laine, 2008)。也许在阅读本小节时，你可能会问自己，这是否也适用于双语的个体。对此，Garcia-Sierra 等人 (2011) 报告说，只有极少数研究对双语受试者进行了此方面的研究。因此，他们对西班牙语-英语双语儿童进行了一项研究，目的是探讨 ERP 对两种语言的语音辨别能力、对每种语言的接触程度以及每个儿童随后产生的双语词汇能力之间的关系 (Garcia-Sierra 等人, 2011)。
在他们的实验设计中，Garcia-Sierra 和她的同事使用了双重奇异范式，该范式已知在出现不同的语音对比时会引发一种称为失配负波 (MMN) 的 ERP 成分 (Moreno 等人, 2008; 参见关于 语言发展 的章节)。
首先，双语者对语音输入的大脑反应与单语者表现出的反应不同 (Garcia-Sierra 等人, 2011; Rivera-Gaxiola, Silva-Pereyra, & Kuhl, 2005)。在 6 到 9 个月大时，没有发现对英语或西班牙语对比的神经辨别，而在 10 到 12 个月大的双语者中则发现了这种辨别 (Garcia-Sierra 等人, 2011)。从那时起，双语者表现出持续的改善 (Garcia-Sierra 等人, 2011)。相比之下，单语婴儿在 6 到 9 个月大时就已经对两种对比，即母语英语和非母语西班牙语，表现出显著的 MMN，并在 10 到 12 个月大时只对他们的母语表现出 MMN (Rivera-Gaxiola 等人, 2005)。
此外，为了调查语言接触的影响，Garcia-Sierra 和她的同事 (2011) 报告了调查前的语言接触评分。该评分源于家庭访谈和双语问卷调查 (Garcia-Sierra 等人, 2011)。然后，根据给定的语言接触评分，将婴儿分成不同的组，其中一组代表对一种语言的接触程度较高，另一组代表对一种语言的接触程度较低 (Garcia-Sierra 等人, 2011)。特别是，每种语言的高接触组中的婴儿在 10 到 12 个月大时表现出强烈的 MMN，这意味着更好的语音辨别能力，体现在更大的负性反应 (Garcia-Sierra 等人, 2011)。与这一发现相反，属于低接触组的个人没有表现出 MMN (Garcia-Sierra 等人, 2011)。最终，在 15 个月大时进行的一项后续词汇量测试表明，词汇量与早期神经辨别能力和接触第二语言之间存在关联 (Garcia-Sierra 等人, 2011)。
然而，这项关于双语语音辨别的研究存在一定的局限性，因为双语者没有接触到第三种陌生的语言对比，因为使用这种第三种对比，预计可以获得更多信息，即双语者是否普遍更容易保持语言处理的神经可塑性，或者这种可塑性是否只适用于习得的语言 (Garcia-Sierra 等人, 2011)。
接下来的部分将调查双语者与单语者相比的语义和句法处理方面。前者与 N400 成分有关，N400 成分是一种负性反应，在刺激出现后约 400 毫秒出现，继语义违反之后出现 (Kutas & Hillyard, 1980)。相反，后者与两个成分有关，一个是早期左侧前负波 (ELAN)，它在刺激出现后约 150 毫秒出现，另一个是 600 毫秒的正波 (P600)，它在刺激出现后约 600 毫秒出现，继句法违反之后出现 (Friederici, Hahne, & Mecklinger, 1996)。
Ardal 及其同事 (Ardal, Donald, Meuter, Muldrew, & Luce, 1990) 进行的一项研究是首批调查双语个体语义处理的研究之一。他们调查了 48 名双语者，他们的第二语言是在 3 到 10 岁 (早期组) 或 13 到 17 岁 (晚期组) 之间习得的 (Ardal 等人, 1990)。该研究的目的是检查双语者和单语者在第一语言和第二语言中继语义违反后出现的 ERP，以找到对第二语言词汇判断反应变慢的解释 (Ardal 等人, 1990; Moreno 等人, 2008)。作者报告说，N400 成分的潜伏期在双语者中略有延迟。事实上，单语者的 N400 平均潜伏期最短，其次是双语者的第一语言，他们的第二语言的潜伏期最长 (左：395 毫秒 vs 408 毫秒 vs 438 毫秒 - 近似偏差：40 毫秒; Ardal 等人, 1990)。此外，第二语言中的语义违反会导致前部负波的幅度减小 (Ardal 等人, 1990)。事实上，如果很少使用第二语言 (流利程度低/水平较低的人群)，这种负波的幅度就更小 (Ardal 等人, 1990)。然而，与所谓的关键期假设相反，没有发现与习得年龄有关的影响 (Ardal 等人, 1990)。
最后，Ardal 及其同事得出结论，N400 的潜伏期可以被视为评估“中枢神经系统确定给定词的不一致性所需时间”的一种上限 (第 188 页)。因此，在大脑开始产生 N400 之前，刺激就必须被大脑处理和评估为某种语言 (Ardal 等人, 1990)。因此，可以认为双语者在两种语言中都表现出处理速度降低 (Ardal 等人, 1990; Moreno 等人, 2008)。
Weber-Fox 和 Neville (1996) 对此主题进行了另一项研究。他们调查了 61 名华语-英语双语者 (Weber-Fox & Neville, 1996)。这些群体之间根据到达美国的年龄不同，即个体接触到第二语言的时间点 (Weber-Fox & Neville, 1996)。所有年龄组都表现出 N400 成分，但彼此之间存在细微差异 (Weber-Fox & Neville, 1996)。在 1 到 3 岁时到达美国的那组双语者表现出与英语单语者相似的 N400 成分（即，继语义违反之后在后部区域出现的负性反应，在右半球更大；Weber-Fox & Neville, 1996）。在 4 到 6 岁和 7 到 10 岁时到达美国的双语者显示出类似的模式，尽管没有发现关于半球的差异 (Weber-Fox & Neville, 1996)。据推测，这也可能是由于受试者的左右手优势 (Weber-Fox & Neville, 1996)。然而，最后一组双语者，他们在 16 岁以后到达美国，表现出更宽的潜伏期窗口，并且平均幅度也更大 (Weber-Fox & Neville, 1996)。随后，将每组的结果与之前一项研究中单语者的表现进行了比较 (Weber-Fox & Neville, 1996)。结果表明，对于较年轻的群体，没有显著影响，但 11 到 13 岁时到达美国和 16 岁以后到达美国的群体，其峰值潜伏期与单语者相比有所延迟 (Weber-Fox & Neville, 1996)。正如 Ardal 及其同事 (1990) 的研究中所发现的那样，Weber-Fox 和 Neville (1996) 指出，这种影响可能反映出处理速度变慢，这可能表明与单语者相比，流利程度降低。在句法违反方面，出现了不同的模式 (Weber-Fox & Neville, 1996)。句法处理似乎更容易受到语言习得年龄的影响，因为本实验中最年轻的群体没有表现出 ELAN (Weber-Fox & Neville, 1996)。此外，P600 在最年轻的群体中已经有所延迟，并且在美国到达 11 到 13 岁和 16 岁以后的受试者中有所减小。作者假设这些受试者没有试图纠正异常 (Weber-Fox & Neville, 1996)。
总而言之，Weber-Fox 和 Neville（1996）证明了语义处理在个体中存在差异，如果第二语言是在青春期后习得的，而语法处理似乎受到第二语言习得年龄的影响要早得多。因此，人们认为不同的神经机制负责语义和语法处理（Hahne & Friederici，2001）。另一项比较（晚期）双语者和单语者在语义和语法处理方面的研究是由 Hahne 和 Friederici 在 2001 年进行的。他们通过观察 ERP 成分来研究第二语言学习者的句子理解（Hahne & Friederici，2001）。他们的受试者是日语母语人士，他们在青春期后开始学习德语（Hahne & Friederici，2001）。在实验设置中，受试者必须听正确的、语义或语法错误的句子以及两者的组合（即语义和语法错误的句子；Hahne & Friederici，2001）。此外，受试者必须在每个句子后对语法进行判断（Hahne & Friederici，2001）。最终将 ERPs 与德语母语人士的 ERPs 进行了比较（Hahne & Friederici，2001）。在正确句子之后，第二语言学习者表现出比德语母语人士更大的正值（Hahne & Friederici，2001）。作者认为这是“语法整合难度更大的反映”（Hahne & Friederici，2001，p.123）。相反，语义违反在两组中都包含了可比较的 ERP 模式（N400 成分），而第二语言学习者在语法违反后没有显示出预期的显著 ERP 成分（图 1；Hahne & Friederici，2001）。此外，由于在语法和语义组合任务中对语法的评估优于语法任务本身，因此推断出第二语言学习者主要依赖于对语义信息的评估（Hahne & Friederici，2001）。
总之，本节概述了双语对语言处理的不同影响。虽然语义处理似乎大体上是完整的，但由于习得年龄或熟练程度，在个体中仅存在延迟（Ardal 等人，1990；Weber-Fox 和 Neville，1996），语法处理似乎受制于另一种神经机制（Hahne & Friederici，2001）。Moreno 及其同事（2008）假设，“早期的负性反应，……可能反映了母语人士中相当自动化的过程，[这] 可能是晚期语言学习者无法实现的，可能是由于神经可塑性的发展限制”（第 489 页）。
关于双语失语症的部分已经证明，不同语言在人脑中以不同的方式组织，这表明存在不同的恢复模式（Abutalebi 等人，2001）。进一步研究语言神经组织的步骤是采用成像技术（Abutalebi 等人，2001）。fMRI 和正电子发射断层扫描 (PET) 等成像技术使科学家能够从另一个角度看待这个问题。关于这方面的研究将在本章的最后一节中进行回顾。此外，由于双语个体的 ERP 成分部分一直是关注的重点，我们将转向一个问题，即在语言处理的神经差异方面，习得年龄或熟练程度哪个更重要。
首先，将介绍一些研究，这些研究报告了第一语言和第二语言处理中的不同激活模式。Perani 及其同事（Perani 等人，1996）的研究描述了在 PET 中用三种不同语言（第一语言、第二语言和未知语言）听故事时，第一语言和第二语言处理的神经激活略有不同。接下来，为了发现第二语言习得的神经基础，DeHaene 及其同事（DeHaene 等人，1997）对第一语言和第二语言理解的神经表征进行了研究，因为早期的研究迄今未能做到这一点（DeHaene 等人，1997）。在用他们的第一语言（法语）听故事时，所有受试者都显示出相似的激活区域，即在左颞叶，尤其是左颞上回（DeHaene 等人，1997）。相比之下，用第二语言（英语）听故事会导致很大的激活模式变化，这些变化因人而异（DeHaene 等人，1997）。这些激活中包含的区域包括左侧和右侧颞叶和额叶区域，尽管与第一语言相比，第二语言在左侧颞叶区域的激活较小（DeHaene 等人，1997）。偶尔，在第二语言处理的情况下，仅在右半球报告了激活（DeHaene 等人，1997）。根据他们的证据，作者得出结论，第一语言的习得与左半球内部的一个网络有关，而第二语言的习得似乎不存在这种明确的生物学基础（DeHaene 等人，1997）。Kim、Relkin、Lee 和 Hirsch（1997）也研究了大脑中不同语言的神经组织。与 Dehaene 及其同事（1997）一样，Kim 等人（1997）发现第一语言和第二语言存在不同的激活，但只有在成年后才习得第二语言才能发现这些差异。然而，如果在发育早期就习得第二语言，那么第二语言和母语似乎在相同的前额叶区域被神经表征（Kim 等人，1997）。
Kim 及其同事（1997）的研究已经表明，某种程度上，“双语程度”，即早期的或晚期的双语，会影响语言在神经上的组织方式是相似还是不同。但是，人们可能会想知道，除了年龄之外，是否还有其他方面影响着语言处理的神经组织。
最早在双语语言处理方面采用成像技术的研究之一是 Klein 及其同事（Klein、Milner、Zatorre、Meyer 和 Evans，1995）的研究。他们使用 PET 来检查受试者母语（英语）和第二语言（法语）的单词生成（Klein 等人，1995）。此外，他们发现两种语言之间的额叶激活存在很大重叠，即这些激活是相同的（Klein 等人，1995）。因此，这项研究没有提供任何证据来证明个体中第一语言和第二语言的神经表征不同（Klein 等人，1995）。在 Perani 及其同事的另一项研究（Perani 等人，1998）中，也没有发现母语和第二语言处理之间的激活差异。在这项研究中，他们的参与者属于两个不同的群体（Perani 等人，1998）。一组是意大利语-英语双语者，他们在十岁后开始学习第二语言，但在第二语言方面获得了很高的熟练程度（Perani 等人，1998）。另一组是西班牙语-加泰罗尼亚语双语者，他们在四岁之前就获得了第二语言（Perani 等人，1998）。由于在两组中，即早期双语者和晚期双语者，处理第一语言和第二语言之间没有发现显著差异，因此，习得年龄是一个关键因素的假设变得值得怀疑，而第二语言所获得的熟练程度的作用得到了强调（Perani 等人，1998）。Chee、Tan 和 Thiel（1999）对汉语-英语双语者进行的 fMRI 研究也获得了类似的结果。在扫描时，他们的受试者必须用每种语言执行单词生成任务（Chee 等人，1999）。前额叶、颞叶和顶叶区域以及运动区域在两种语言条件下都被激活（Chee 等人，1999）。由于无论是峰值激活还是特定激活都没有显示出显著的不同，作者得出结论，汉语和英语都没有在不同的神经区域产生激活（Chee 等人，1999）。同样，早期双语者和晚期双语者在他们的神经模式方面也没有区别，这导致人们认为语言的习得年龄与语言的神经组织无关（Chee 等人，1999）。最后，作者认为，语言的神经可塑性不会随着年龄的增长而改变，而是流利度可能是这方面的更具影响力的因素（Chee 等人，1999）。Yetkin、Yetkin、Haughton 和 Cox（1996）的研究支持了这一假设。他们招募了精通两种语言（L1 和 L2）并学习了第三种语言的参与者，而他们对第三种语言的熟练程度不如前两种语言。参与者必须在所有三种语言中执行一项任务，同时进行扫描（Yetkin 等人，1996）。左侧颞叶在所有条件下都被激活。此外，参与者对他们最不熟练的语言的激活像素数量最多（图 2），这表明处理确实取决于熟练程度或流利程度（Paradis，2003；Yetkin 等人，1996）。然而，第一语言和第二语言的激活模式之间没有显著差异（Yetkin 等人，1996）。因此，可以推断出，“当一种语言没有经常使用时，可能需要更大的网络来处理它”（Abutalebi 等人，2001，第 183 页）。
总之，在回顾了关于双语个体与单语个体神经组织研究的基础上，很明显无法得出双语者或单语者在激活模式上是否有所不同的明确结论。相反，需要考虑“双语”一词的不同定义。事实上，在这一点上，必须认识到早、晚双语者区别的可用性。然而，年龄似乎并非解释双语者神经组织差异出现的最终解决方案。人们认为，与人类控制功能相关的区域，是额外参与第二语言处理的区域，并且充当某种补偿机制（Abutalebi 等人，2001）。然而，如果个人在第二语言方面提高了技能，以至于他/她变得与母语者一样精通，那么双语者可能会较少使用这些区域（Abutalebi 等人，2001）。因此，试图将神经激活差异追溯到语言熟练程度似乎比将语言习得年龄归因于这些差异更合理。
关于“双语的神经认知视角”这一章将向读者介绍双语的复杂概念，并以此概述迄今为止已发展出的不同种类的定义。“双语”一词的不同含义的重要性将在回顾双语者与单语者 ERP 成分和影像学研究时变得显而易见。前者表明，与单语婴儿相比，双语婴儿的神经可塑性持续时间更长（Garcia-Sierra 等人，2011），并且双语者在语言处理方面往往更多地依赖语义线索而不是句法线索（Hahne & Friederici，2001）。
回顾了关于双语失语症患者不同恢复模式的报告以及一些采用影像技术的研究所得出的结论。它们表明，多种语言通常在不同的大脑区域表示，从而导致后者产生不同的激活模式（Abutalebi 等人，2001；Dehaene 等人，1997；Kim 等人，1997；Perani 等人，1996）。然而，由于其他关于该主题的研究报告不同年龄组之间没有差异，而是将这些差异与第二语言的熟练程度联系起来，因此引入了另一种试图解决双语者语言组织问题的方案（Chee 等人，1999；Perani 等人，1998；Yetkin 等人，1996）。
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