双语新生儿语言表征的神经机制研究
江苏师范大学 吴燕京
四川师范大学 张丹丹
╱ 摘要 ╱
双语者的母语表征和二语表征是否具有相对独立的神经机制是外语研究和神经语言学领域的热点课题。因二语熟练度、语言特征、双语交叉互动效应、语言控制系统激活程度等因素存在差异，以往研究尚未对双语表征神经机制的“整合观”（母语表征和二语表征的神经机制高度重合）和“独立观”（母语表征和二语表征的神经机制相对独立）形成统一结论。本研究采用功能性近红外（fNIRS）方法，考察在宫内发育阶段处于汉-英双语环境、出生当日的双语新生儿对汉语和英语语音感知的神经反应。结果发现，相较于英语语音，汉语语音显著提高了受试大脑左侧半球中一个以额下回为枢纽的神经网络的功能性连接强度；而相较于汉语语音，英语语音显著提高了受试大脑左侧半球中一个以题上回为枢纽的神经网络的功能性连接强度。该结果表明双语新生儿在出生当天便拥有两套相对独立的神经机制，分别负责加工母语和二语的基础语言信息（如语音）。本研究结果支持“独立观”的理论假设。
╱ 关键词 ╱
双语者；新生儿；神经机制；二语加工；功能性近红外
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引言
大脑的神经机制是人类学习和使用语言的物质基础（韩百敬、曾涛2020）。二语加工的神经机制既是外语研究和神经语言学领域的重要课题（姜孟 2011; 闫鹏飞 2020）,也是双语理论发展的基础（Kroll&de Groot 2009; Hernandez 2013; de Zubicaray &Schiller 2019）。与单语者不同，双语者需要储存、提取、加工和控制两种不同的语言信息。在双语研究领域，母语表征和二语表征是否拥有相对独立的神经机制是一个争论已久的问题，对此主要有两种观点：整合观（the integrated view）认为，人类语言的神经机制具有跨语言和跨语种的普遍性，负责加工母语和二语信息的神经机制在大脑皮层中高度重合（Salmelin&Kujala 2006; Vigneau et al. 2006）;独立观（the independent view）则认为，由于母语与二语在习得年龄、习得语境和使用语境等方面存在差异，负责加工两种语言信息的神经机制相对独立（Kim et al.1997; Tan et al.2011; Xu et al.2017）。两种观点各自获得不同实证研究的支持，未形成统一结论。
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研究背景
目前，针对双语者母语表征和二语表征的神经机制研究存在以下几个难点。
第一，难以规避母语与二语熟练度差异的影响。大多数双语者母语的熟练度高于二语，从而导致语言加工任务的难度不一样。根据语言转换范式研究的发现，双语者加工二语消耗的认知资源比加工母语更多（Meuter&Allport 1999）。因此，影像学研究所观察到的母语加工和二语加工激活不同脑区的现象可能是由语言任务难度差异所造成的，并不一定说明双语者语言表征的神经机制相对独立（Wartenburger et al. 2003; Berken et al. 2015）。
第二，难以规避母语和二语的语言特征所产生的影响。不同语言之间可能存在一个或多个语言特征的差异。例如，在书写系统上，汉语象形文字与西方语言字母文字有很大不同；在语音系统上，汉字的单音节结构与西方语言和其他语言的多音节结构也存在差异。这些差异既影响语言阅读也影响语言产出的认知过程（Qu, Damian &Kazanina 2012）。有研究发现，汉-英双语者加工英语时激活的脑区与加工汉语时激活的脑区有显著差异（Ipet al. 2017）。Degani,Prior&Hajajra（2018）在对阿拉伯-希伯来双语者母语和二语加工的研究中也发现了类似的神经机制差异。然而，这种差异可能是由于母语和二语的语言特征不同而引起的（Xu et al. 2015; 封世文、杨亦鸣 2007）,不能说明母语表征和二语表征必然存在相对独立的神经机制。
第三，难以规避双语交叉互动效应的影响。双语者加工二语时同时激活母语表征及其神经机制，产生双语交叉互动效应（Thierry &Wu 2007; 李利等 2019）。因此，母语加工和二语加工激活相同的脑区也可能是由双语交叉互动效应所引起的，并不能说明这两个语言系统拥有相同的或者高度重合的神经机制。
第四，难以规避语言控制系统的影响。双语者需要通过语言控制系统在母语与二语之间进行切换。研究表明，语言控制系统的神经机制包含相当广阔的脑区，其中既有负责语言功能的脑区，也有负责认知加工的脑区（吴俊杰等 2018）。因此，当双语者的语言加工任务涉及语言切换时，对其神经机制的考察也会受到语言控制系统被激活所带来的影响。除了以上四个难点外，双语者的个体差异、语言习得年龄和习得语境等也是影响双语神经机制的重要因素。
为了克服现有研究存在的难点，推动双语者语言神经机制的理论发展，本研究使用特制的功能性近红外成像仪器（functional near-infrared spectroscopy, fNIRS）,以汉-英双语新生儿为研究对象，考察双语者的语言表征在人类出生伊始是否具有“整合”或者“独立”的特征。已有研究表明，孕24周的胎儿可以通过母体学习外部环境中人类语言的语音（Hepper &Shahidullah 1994）。当孕妇在怀孕期间使用两种语言或者生活在双语环境中时，胎儿刚出生便可以分辨两种语言的语音（Byers-Heinlein, Bums &Werker 2010 ; Gervain 2018）。首先，以双语新生儿为研究对象可以有效地避免由语言熟练度不同而产生的神经机制差异。与自然语境下的语言习得不同，胎内语言习得所产生的语言熟练度差异较小，使得双语新生儿在刚出生时没有明确的“母语”与“二语”之分（Byers-Heinlein, Burns &Werker 2010; Gervain 2018）。因此，研究双语新生儿可以降低母语和二语加工难度差异对其神经机制产生的影响。其次，本研究采用组块设计（block design）的被动语音加工任务，一方面避免了汉语和英语因书写系统差异所产生的影响，另一方面由于不涉及语言切换从而避免了激活语言控制系统所产生的影响。此外，以双语新生儿为研究对象也能最大限度地减少由双语交叉互动效应所产生的混淆变量作用。根据现有理论模型，双语交叉互动效应是自然语言（双语）习得过程中形成的一种特殊语言现象。新生儿是人类生命最早期的形态，也是语言发展的起始阶段。双语新生儿在进行如语音识别、韵律识别和节奏识别等被动语言加工任务时应该不受跨语言激活效应的影响，或者该效应对新生儿的影响程度应该远小于成年人。
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方法
3.1 受试
实验的受试为90名出生当天的健康足月新生儿（胎龄为38~41周，平均胎龄39.1周，标准差为1.1周）,其中男女各45名。新生儿出生时符合以下标准：
1）出生体重在正常胎龄的体重范围内；2）数据采集时无临床症状表现；3）数据采集前未使用镇静剂或其他药物；4）耳声发射听力筛查的结果正常。新生儿受试没有以下任何神经或代谢障碍：1）缺氧缺血性脑病；2）脑室内出血或脑白质损伤；3）严重先天畸形；4）中枢神经系统感染；5）代谢紊乱；6）癫痫发作的临床迹象；7）窒息的迹象。为确保新生儿胎内语言学习环境为汉-英双语语境，本研究选取的孕妇需同时符合以下条件：1）从怀孕起至生产前一直在汉-英双语环境中工作；2）自我评测的英语使用频率超过40%。新生儿父母签署知情同意书，准许将临床信息和近红外数据用于科学研究。这项研究也得到了北京大学伦理委员会和北京大学第一医院的批准。
3.2实验材料
实验采用的语料为陈述句，其声学特征（如音高、语调等）变化幅度非常小（参见Wu et al. 2022）,这样可以避免声学特征成为两种语言之间的潜在混淆变量。汉语和英语的语音材料分别由两位女性母语者发音。经过健康成年人评定，这些语音材料含有的情绪信息较低，即感情色彩为中性（参见Liu&Pell 2012）。已有研究表明，新生儿在加工带有情绪效价的陌生语言时也会激活语言加工的相关脑区（Zhang et al.2019）,因此只有采用中性语音才能具体地考察新生儿语音加工的神经反应。汉语句子平均有8.1±1.0个音节，英语句子平均有9.2±0.9个音节。每个句子持续时间为1~2秒。为了在近红外实验中稳定激活负责新生儿语言加工的脑区（参见Pena et al. 2003）,我们将汉语和英语句子分别首尾相连组成15秒的语段，每个语段含有9个或10个句子。最终的实验材料为8段15秒的语段，汉语和英语各4段。
3.3 实验设计和流程
实验在北京大学第一医院新生儿病房进行。出生后2~5个小时且符合实验条件的新生儿被移至一间专门的隔音室内接受实验。实验过程中，研究人员通过两个音响播放语音刺激（分别置于新生儿的左耳和右耳旁10厘米处）。声强为55至60分贝，平均背景噪声强度为30分贝。实验分为汉语和英语两个组块，组块顺序在受试间平衡。每个组块含4段15秒语音，每段语音重复播放5次，即每个组块内随机播放20段语音。两段语音的间隔时间在14~16秒之间随机变化。组块之间休息5分钟。整个实验耗时约为25分钟。播放语音刺激和记录近红外数据时新生儿处于清醒安静或浅睡眠状态中（类似方法参见Gómez et al. 2014）。
3.4近红外数据采集
近红外数据采集使用NIRScout 1624系统，以连续波模式记录大脑活动。该系统由16个LED发射器（强度=5mW/波长）和16个双波长（760和850nm）探测器组成，其中发射器与探测器的平均距离为2.5cm。采集帽为周长32 cm的NIRS-EEG兼容帽。根据之前针对婴儿（Minagawa-Kawai et al. 2011）和成年人（Fruhholz, Trost &Kotz 2016）的相关研究，我们将光学探头置于新生儿大脑的颞、额、顶叶的头皮探测区域。为了确定NIRS通道对应的皮层结构，使用新生儿头模（Brigadoi et al. 2014）并根据EEG10/10系统识别通道中心点的MNI坐标。然后，我们根据新生儿头模将自动解剖标记（Tzourio-Mazoyer et al. 2002）应用于MNI坐标（Shi et al.2011）,共得到48个有用通道（左右半球各24个）。以4Hz的采样率连续记录数据。
（未完）
本文发表于《外语教学与研究》2023年第5期
转自：“北外学术期刊”微信公众号
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