语言产生中双语控制与执行功能脑机制的关系探究：一项fMRI研究

作     者：金佳佳 

作者单位：华东师范大学 

学位级别：硕士

导师姓名：蔡清

授予年度：2023年

学科分类：0402[教育学-心理学(可授教育学、理学学位）] 04[教育学] 040201[教育学-基础心理学] 

主      题：双语语言控制 执行功能 多体素模式分析 解码分析 

摘      要：双语语言控制自提出以来就一直与领域普遍性执行功能联系在一起。到目前为止,尽管有许多研究发现二者在神经基础上存在脑区重叠,但其中多数研究仅仅考察了被试在语言控制任务或执行功能任务中的神经反应,再通过反向推论得出二者之间的关系。本研究从同一被试群体入手,结合功能性磁共振成像技术,通过双语控制任务与三个执行功能任务直接考察双语者语言控制与执行功能中工作记忆更新、转换与抑制控制三个成分在神经基础上的重叠,并采用多体素模式分析中的解码分析进一步探究二者在重叠区域中是否具有相似的神经激活模式,从而更进一步阐明双语控制与领域普遍性执行功能在神经机制上的关系。在本研究中,38名汉-英双语被试参与完成语言转换任务,Flanker/go-nogo混合任务,颜色-形状判断切换任务以及N-back任务。在执行任务过程中,采用磁共振设备采集他们大脑的结构像与功能成像数据。首先对f MRI数据进行一般线性模型(GLM)分析,得到被试在四个任务中的大脑激活情况。随后对语言转换任务和三个执行功能任务分别进行跨任务交集分析(Conjunction analysis),得到双语控制与执行功能三个成分在脑区激活上的重叠。以激活重叠的区域作为感兴趣区对三个执行功能任务进行解码分析(Decoding)。利用执行功能任务中实验与基线条件的数据对算法模型进行训练与测试,并对语言转换任务中的两类条件进行跨领域预测。研究结果表明,在语言转换任务中,右侧辅助运动区、双侧顶下回、右侧顶上回、右侧丘脑以及右侧小脑等区域存在显著激活。语言转换任务与N-back任务的大脑激活在左侧中央前回、右侧顶上回、右侧小脑、双侧顶下回以及双侧额上回等区域存在重叠,与颜色-形状判断切换任务则在左侧顶下回、左侧额上回、左侧额下回岛盖部、左侧辅助运动区以及右侧角回等区域存在脑区激活的重叠。解码分析结果表明,在N-back任务中,模型经过训练后偏向于将语言转换与非转换条件下左侧额上回中的神经反应模式预测为2-back标签,表明语言转换条件下反映的双语控制的神经编码模式与2-back条件下所反映的执行功能中工作记忆更新成分的神经编码模式在左侧额上回中具有跨领域相似性。同理,在颜色-形状判断切换任务中,模型偏向于将语言转换条件下右侧角回中的神经反应模式预测为任务切换标签,表明双语控制与执行功能的转换成分在右侧角回中的神经反应模式具有跨领域相似性。综上所述,本研究发现,双语控制与执行功能确实在额顶网络脑区存在神经基础的重叠,这一点与前人研究结果相符。此外本研究引入多体素模式分析,在更为精细的神经信号的空间分布模式层面进一步比较了双语控制与执行功能间的关系。结果表明,双语控制与工作记忆更新和转换成分分别在左侧额上回和右侧角回中具有相似的神经编码模式,说明二者在这两个区域可能调用了相似的认知资源。这一结果为厘清双语控制与执行功能在脑机制上的关系提供了新的证据,同时也为双语认知优势的存在提供了新的解释。