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如何更快更好地掌握一门语言?人脑处理语言的机制给你启发!

中国教育网络电视台2020-06-28 15:42:28【科学探梦】0人已围观

简介 如何更快更好地掌握一门语言?人脑处理语言的机制给你启发!

 

语言是人类大脑的一种独特功能。尽管动物之间也能通过特定的方式相互交流,如鸟类的鸣叫、蜜蜂的舞蹈等,但就其表达意义的丰富性和表达形式的复杂性而言,动物的“语言”与人类语言无法相提并论。

 

研究者们相信,自然进化使人类的大脑具备了处理语言的独特能力,并称之为“language-readybrain”(准备好处理语言的脑)。换句话说,就学习语言而言,人类婴儿和动物幼崽的大脑在出生时就有着天然的差异。这可以解释为什么在合适的语言环境中,人类幼儿可以轻松学习一门或多门语言,而动物则不能。


人脑是如何处理语言的呢?回答这个问题并不容易,原因是人脑在头盖骨中,其内部发生的过程无法直接观察。直到19世纪下半叶,人们对这个问题才有了一些初步的认识。 

早期认识:基于脑损伤病人的发现

大约160年前,法国著名外科医生布洛卡(PaulBroca)首先报道了一例失语症患者。该患者除了能发“tan”这个音之外,不能清晰发出任何其他的语音,但理解语言没有问题。患者去世后,布洛卡对他进行了尸体解剖,发现他的左侧额下回后部的脑区发生了萎缩。之后布洛卡又搜集了十几例类似的失语症患者的尸体解剖证据,发现发生病变的脑区差不多都在相同的部位。因此他得出结论,人类的语言产出与这个脑区密切关联,之后该脑区被命名为“布洛卡区”。

十几年后,德国神经科学家卡尔·威尔尼克(CarlWernicke)报告了另一个重要的大脑语言功能区——威尔尼克区。威尔尼克区位于左侧颞上回的后部,该脑区的损伤会导致病人的听觉语言理解困难,无法听懂别人说话的意思,但语言产生能力没有受到明显的影响。

之后研究者发现,位于颞顶交界的角回出现损伤时,会出现“词盲”的现象,即基本视觉能力没有问题,但无法正确读出单词的现象。这意味着,这个脑区在从词形到读音的转换中扮演了重要角色。

总之,早期揭示人脑与语言关系的证据主要依赖对脑损伤病人的观察。美国行为神经学家诺曼·格施温德(NormanGeschwind)总结了前人的研究,描述了大脑进行口语加工和阅读的具体过程。
 
在口语理解和产生中(例如:复述别人的一段话),声音信息首先传递到大脑颞叶的颞横回(又叫赫氏回),这个区域被称为初级听觉皮层,接受来自听觉器官的神经信号。然后神经信号进一步传递到威尔尼克区,在这儿完成对声音信息的理解过程。之后,神经信号沿弓形束传递到额叶的布洛卡区,在这儿完成发音的编码工作。

弓形束是连接布洛卡区和威尔尼克区的神经白质纤维束,在语言处理中扮演着重要角色。布洛卡区完成语音的发音编码后,神经信号进一步传递到中央前回,负责支配发音器官工作的运动皮层。然后由运动皮层发出指令,指挥口部发音器官发出相应的语音。这样,从听到和理解别人的语音,到发出自己语音的过程就完成了。

阅读过程与口语加工过程有相同的神经信号传递过程,也有不同的过程。与口语加工不同,在阅读过程中,文字信息首先传递到位于大脑后部枕叶的视觉皮层,然后再传递到角回,完成从词形到语音的转换。之后由角回传递到威尔尼克区,再沿弓形束到布洛卡区及运动皮层。后面这一部分神经过程,就与口语加工相同了。
 
总之,格施温德清晰地描述了两种基本的语言处理形式——口语加工和阅读在大脑中是如何完成的,为后人理解大脑如何处理语言奠定了良好的基础。  
 
现代认识:基于脑成像技术的新进展

自20纪80年代之后,人们开始采用一类被称为“脑成像”(brainimaging)的新技术来研究人脑如何处理语言,大大扩展和深化了对这个领域的认识。常用的脑成像技术包括功能磁共振(fMRI)、正电子断层发射扫描(PET)、脑磁图(MEG)等。这类技术有一个共同的优势:可以在无损伤的条件下,观察正常的人脑是如何工作的。借助于脑成像技术,人们对人类如何处理语言的认识已经有了很大的不同。概括起来,主要包括以下方面:

首先,参与语言处理的脑区并不限于像布洛卡区、威尔尼克区和角回这几个关键脑区,而是有广泛的脑区参与
 
英国伦敦学院大学的认知神经系统科学家凯西·普莱斯(CathyJ.Price)对近30年的语言脑成像研究进行了总结,发现除了布洛卡区、威尔尼克区和角回等经典语言区之外,还有其他众多脑区也参与语言处理,包括缘上回、颞中回、额中回等。除了左侧大脑,右侧大脑的不少区域,以及小脑、丘脑、基底节等皮层下脑组织也参与了语言加工(详见图2)。
 
而且,这些脑区中也不乏负责感知觉、运动等基本生理功能的脑区。这些脑组织还存在一定的分工,在语言处理中担负了不同的作用。
 
由此可见,大脑处理语言的工作机制远比最初想象的要复杂得多,而且语言功能的发展也建立在感知觉、运动等基本生理功能的基础上。因此,发展好语言功能需要以丰富的感知觉、运动经验为基础。
 
其次,参与语言处理的这些脑区并不是独立工作的,而是相互组织起来,形成了用于处理语言的神经网络。而且这个网络还可以进一步区分为不同的子网络,分别处理不同类型的信息。
 
法国认知神经科学家斯坦尼斯拉斯·迪昂(StanislasDehaene)描绘了一张大脑中如何进行阅读的示意图(图3),来说明参与阅读过程的相关脑区是如何组织的。
 
如图3所示,这些参与语言的众多脑区相互联系,形成了一个网络。这个网络中包括语音子网络(橙色),负责处理语音识别和语音产生等工作;语义子网络(绿色),负责语义理解。除此之外,大脑腹侧枕颞区(即梭状回中部)在文字处理中非常重要,被称作“视觉词形区”(红色)。另外,图3中也显示了词(字)形输入会首先激活的枕叶区(蓝色),以及负责注意功能的后顶叶区。
 
总之,相关脑区组织成不同的信息处理网络,来处理不同方面的语言信息。当然,不同的子网络之间并非相互隔离的,而是存在复杂的相互作用和相互影响,是以一个整体的语言神经网络发挥作用。这个网络的形成并有效地发挥作用,离不开大量的学习和练习。
 
再次,神经信息在大脑中的传递也不是单向的,而是多向交互的。在语言处理的神经网络中,某一个脑区既接受来自多个其他脑区的神经信号,也向多个脑区发送信号。而且信号的传递也不是一次性完成的,而是在不同脑区间多次往返。很多时候,多个脑区会同时活跃,并引起其他脑区的相继活跃。这种现象被称为网络振荡。
 
总之,大脑处理语言的工作方式如同一支交响乐队,不同的脑区既分工又合作。有的脑区(像布洛卡区)发挥更关键的作用,所以在语言处理中可能持续保持活跃,有些脑区则随着加工进程而加入和退出。但一曲和谐的奏章,离不开每一种乐器适时而恰当地发挥其作用。 
展望与启发
 
关于大脑如何处理语言的研究,至今仍是认知神经科学领域的热门。
 
一方面,语言处理可以进一步分解为不同的通道(如视觉、听觉)、不同的层次(如字、词、句、篇)和不同的方面(如字形、语音、语义、句法等),有着丰富的探索空间;另一方面,研究设备和仪器不断升级,数据分析技术日新月异,相关领域如数学、信息科学、人工智能等学科的新进展也不断引入语言脑机制的前沿研究。这些因素都推动了该领域的兴旺和发展。
 
2019年10月4日,顶级学术期刊《科学》(Science)刊发了以“语言和脑”(Languageandthebrain)为主题的特刊,内容涵盖了语音学习的进化、句篇加工、句法与语义整合、从口语加工到社会交往等诸多领域。
 
无独有偶,2020年4月20日,另一顶级期刊《自然神经科学》(Natureneuroscience)也发表了一篇考察人类语言功能的结构基础——弓形束进化的文章,对猴子、类人猿及人类由听觉皮层发出的白质纤维特征进行了比较,为揭示大脑弓形束的起源和进化过程提供了证据。
 
这些文章的发表也说明这个领域的研究正方兴未艾。随着研究技术的发展和研究层次的深入,人们对这个问题的认识还会不断深入。
 
人脑如何处理语言的相关研究也为语言教学和教育提供了启发。比如,口语加工及阅读过程依赖一个复杂而高效的神经网络,这个网络需要经过大量的学习和练习才能发展起来。因此,充分的学习和不断的练习是必要的。另外,口语或阅读技能的不足可能是语言网络的某些部分或子网络存在缺陷,进行细致的诊断和有针对性的训练能起到更好的效果。
 
 
来源|本文刊于《教育家》杂志2020年5月刊第4期,原标题《人脑如何处理语言》
作者 | 丁国盛 / 北京师范大学认知神经科学与学习国家重点实验室教授