深圳大学徐敏副教授在《Nature Human Behaviour》合作发文揭示汉语句法加工脑机制
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行业动态
作者：
深圳大学师范学院心理学院
来源：
深圳大学师范学院心理学院
发布时间：
2022-04-06 13:25
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和其它动物非常有限的交流系统相比，人类语言具有高度灵活性，可根据句法规则将有限的符号组合起来，产生无限的语句。语言学家乔姆斯基(Noam Chomsky) 等人提出的理论认为，句法是语言中独立于其他成分的核心部分，它产生内在表征并映射到语音和语义概念系统。这一理论引起了半个多世纪以来有关句法模块化和非模块化的热烈争论。人脑中是否存在独立的神经系统来表征和处理句法信息?这是长期以来语言学、神经科学和心理学等领域研究的核心问题。
语言的加工过程非常精细，且具有显著的动态特性，这给语言神经机制的研究带来了巨大挑战。神经影像学的研究证据表明，句法和语义加工都激活了额下回和颞中/下回在内的额颞网络，但是否存在特异性的句法和语义加工脑区，过去的研究并未得出一致结果。由于受限于时间和空间分辨率，传统的脑成像和头皮脑电技术并不能在精细时空尺度上考察句法和语义加工的独立性。
近日，深圳大学师范学院心理学院徐敏副教授与深圳市神经科学研究院谭力海教授团队、复旦大学附属华山医院吴劲松教授团队以及中国社会科学院语言研究所胡建华教授开展合作研究，采用术中高密度皮质脑电技术(high-density ECoG)，发现汉语句法和语义加工在左侧额下回存在显著的时间和空间分离，为句法加工的神经机制提供了新的见解。该研究以“Distinct spatiotemporal patterns of syntactic and semantic processing in human inferior frontal gyrus”为题，已被 Nature Human Behaviour 接收。徐敏副教授为论文的共同第一作者，谭力海教授和吴劲松教授为论文的共同通讯作者。
由于高密度ECoG可在毫米空间水平上直接记录大脑皮质的神经活动，因此兼备高空间和高时间分辨率的优势。该团队利用语言区脑肿瘤唤醒手术中进行语言功能定位和保护的宝贵机会，采用句法/语义违背范式，让被试判断视觉呈现的汉语句子是否正确，并记录语言加工关键脑区--左侧额下回的神经活动(图1)。
图1. (a)研究中采用句法和语义违背的实验范式。(b)重构的高密度脑电电极图。
研究团队首先采用分类算法，发现70Hz以上的神经信号(high gamma波)对各条件可以达到最好的区分(图2a)。进一步分析发现大多数响应电极选择性地对句法或者语义加工做出强烈反应，并且这些句法或语义特异响应的电极在空间上并非聚类在一起，而是离散地分布在额下回(图2b-d)。此外，在时间维度上，局部短语结构的句法加工先于语义加工，这与基于西方印欧语言的句法优先的结果一致(图2e-f)。
图2. 汉语句法和语义加工在精细时空尺度上分离。
(a)分类算法显示70Hz以上的神经信号对各条件可以达到最好的区分。(b)电极记录到对句法(橙色和绿色)和语义加工(蓝色)选择性反应的神经活动。(c)大部分对句法条件反应的电极并不对语义条件反应。(d)激活概率估计(ALE)分析表明，对句法或语义选择性反应的电极并非聚类在一起，而是离散地分布在左侧额下回。(e)/(f)时间维度上短语结构的句法加工先于语义加工。
值得一提的是，从语言学的角度，汉语句法具有独立性偏弱的特点。不同于西方印欧语言，汉语不使用形态变化来标记词类、数、人称和时态等句法特征，而句法关系主要由词序、功能词和词汇语义来决定。该研究揭示了汉语句法加工在神经层面相对独立的特征，为阐明句法神经机制的语言普遍性规律提供了重要证据。
论文信息：
Zhu, Y., Xu, M., Lu, J., Hu, J., Kwok, V. P. Y., Zhou, Y., Yuan, D., Wu, B., Zhang, J., Wu, J., & Tan, L. H. (accepted). Distinct spatiotemporal patterns of syntactic and semantic processing in human inferior frontal gyrus. Nature Human Behaviour.
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