神经语言学

神经语言学是人类大脑神经对于语言的理解，产出和习得之研究。作为一个跨学科领域，神经语言学运用了来自不同领域的方法，如神经科学、语言学、认知科学、神经生物学、沟通障碍、神经心理学和计算机科学的方法和理论。不同背景的研究人员被吸引而来，带来各种实验技术以及广泛的理论观点。在神经语言学中有许多成果是来自心理语言学和理论语言学的模型，而这些模型着重在大脑如何执行理论和心理语言学提出的语言产出与理解所必需的过程。神经语言学家研究由大脑处理语言信息的相关生理机制，并借由失语症，脑成像，电生理，和计算机建模，评估语言学和心理语言学理论。神经语言学始于19世纪起对失语症 ，语言障碍和脑损伤的研究。 失语症研究试图找出脑损伤和语言处理的关联性。 第一个将特定大脑区域和语言处理连结起来的人是法国外科医生保罗布罗卡，他对许多生前有语言障碍者进行尸检，发现他们大多有脑损伤或病灶 于左侧额叶 ，这个区域现在被称为布若卡氏区。在19世纪初颅相学家宣称不同脑部区块有不同的功能，而语言大部分是由脑的额叶区域控制，但布罗卡的研究可能是第一个提供证据证实这样的关系， 这个发现对神经语言学和认知科学等领域来说是“划时代” 且“关键” 的。后来， 卡尔·韦尼克 ，以他命名的韦尼克区，提出了在大脑不同区域对不同语言任务的特化，布罗卡区驱动语言产出，韦尼克区处理听觉言语理解。 布罗卡和韦尼克的发现建立起失语症研究的领域和语言可以通过检查大脑物理特性进行研究的想法。 失语症研究也基于二十世纪Korbinian Brodmann的研究而发展，Korbinian Brodmann拓谱了脑表层，并以其细胞和功能差异分为数个区域 ，这些区域被称作Brodmann区并在神经语言学中广泛使用。“神经语言学”一词的出现归因于Edith Crowell Trager，Henri Hecaen和Alexander Luria，在20世纪40年代末和50年代;Alexander Luria的作品“神经语言学的问题”很可能是第一本使用神经语言学的书籍。20世纪70年代Harry Whitaker在美国普及神经语言学，并于1974年的创立期刊“脑与语言”虽然失语症研究是神经语言学的历史核心，近年来领域大大拓宽，这要部分归功于新的脑成像技术（如PET和fMRI）技术和对时间敏感的电生理技术（EEG和MEG），可以在人们从事各种语言任务时显出大脑的活动模式; 在1980年发现的N400让电生理技术成为语言研究的一个可行的方法，N400是大脑对语言语义理解的反应证明。 N400是第一个确立和语言相关的大脑反应 ，并且因N400的发现EEG和MEG已经越来越广泛地用于进行语言研究。神经语言学和心理语言学密切相关，两者皆旨在通过实验心理学的技术来阐明语言的认知机制，今日心理语言学和神经语言学间理论经常互相引述，且两领域间也互动频繁。神经语言学大部分的研究涉及测试和评估由心理语言学家和理论语言学家提出的理论。在一般情况下，理论语言学家提出模型来解释语言的结构和信息语言如何被组织，心理语言学家提出模型和算法来解释语言信息是如何在头脑中进行处理，神经语言学分析大脑活动来推断结构生物（人口和网络神经元）如何进行的心理语言学上的处理运算。 例如，在句子处理实验所用的ELAN，N400和P600大脑反应，研究大脑如何反应句子处理模式不同的心理语言学家，如Janet Fodor和Lyn Frazier提出的“序列”模组， Theo Vosse和Gerard Kempen的“统一模组”。 神经语言学家还可以通过“从神经语言结构的知识推导”做出有关脑生理学对语言组织的预测。神经语言学在语言学所有领域皆有研究发展;下列的表会展示神经语言学在语言学领域中的研究。神经语言学研究的主题中，包括语言信息处理，语言处理如何随着时间的推移变化，大脑结构是如何与习得语言和学习语言，以及神经生理学如何帮助语言病理学的研究 。在神经语言学许多研究中，如布洛卡和韦尼克氏早期的研究，调查了大脑内特定的语言“ 模块 ”的位置。研究问题包括语言信息如何经过大脑处理， 特定地区是否不专注于处理特定种类的信息， 不同脑区与语言如何互动， 大脑在受试者使用第一或其他语言时如何激发不同区域。神经语言学研究的另一区域包括使用电生理技术来分析语言的处理。 大脑活动的时间顺序可能反映语言处理过程中经历了分立计算过程的特定模式;例如，神经语言学理论提出三个大脑反应（ELAN、N400、P600和）是在处理句法和语义三个不同的步骤。另一个主题是大脑结构和语言习得的关系。 研究在第一语言习得已经确立所有的婴儿经历的相似语言环境且可预测的阶段（如牙牙学语 ），某些神经语言学研究试图找到语言发展阶段和大脑发育的阶段之间的相互关系， 其他研究调查的如第二语言习得过程中发生，当大人学习新语言的物理变化（称为可塑性 ）。 神经可塑性在第二语言习得和语言学习时可被观察，这些语言习得的结果可能会让儿童，年轻人和老人灰质和白质的增加。Ping Li, Jennifer Legault, Kaitlyn A. Litcofsky, May 2014. Neuroplasticity as a function of second language learning: Anatomical changes in the human brain Cortex: A Journal Devoted to the Study of the Nervous System & Behavior, 410.1016/j.cortex.2014.05.00124996640神经语言学技术也用于研究疾病和语言障碍如失语和诵读困难 -和它们与大脑的物理特性之关联。由于此领域的焦点之一是语言学和心理语言的模型测试，用于实验的技术和神经语言学的研究高度相关。现代脑成像技术，大大促进了语言机制的认识。 在神经语言学用于脑成像的方法可以被分类成直接刺激皮质，血流动力学的方法， 电生理学方法。血流动力学技术是利用大脑运作时，血液和供给氧被发送至该区域（所谓的血氧水平依赖性或BOLD反应）。 类似技术包括PET和fMRI的 。这些技术提供的 高空间分辨率 ，使研究人员能够精确定位大脑内活动的位置; 而在时间分辨率 （或大脑活动的定时信息）较差，因为BOLD反应的发生多慢于语言处理 除了​​示范其大脑的部分可能有语言任务的特化， 血流动力学的方法也被用于证明大脑的语言架构和语言有关的启动分布可以通过时间改变，可以做为语言接触量的函数。除了​​PET和磁共振成像，其显示大脑区域由某些任务启动，研究人员还使用扩散张量影像 （DTI），表明连接不同脑区的神经通路， 从而提供深入了解不同区域互动。功能性近红外光监测 （fNIRS）是在语言任务使用的另一种血液动力学方法。电生理技术采取的是，侦测脑神经元启动所创建的电极或电流。EEG使用在头皮上的传感器，而MEG测量由这些电流产生的磁场。 除了这些非侵入性的方法， EEG也已经用于研究语言处理。这些技术能够提供优异的时间分辨率 ，这是在研究语言理解和生产过程很重要的。 另一方面，脑活动的地点可能难以在EEG识别; 因此，该技术主要用于语言过程如何 进行的，而不是在哪进行 。使用EEG和MEG的研究主要集中在事件相关电位（ERPs）， 这是回应特定刺激明显的脑反应（通常表现为神经活动曲线图的负或正峰）。研究采用集中在ERP的延迟 （刺激后ERP峰值多久后会变化）， 振幅 （峰的高低），或测绘 （由在头皮上的ERP反应传感器撷取）。 一些重要的和常见的ERP包括N400（在大约400毫秒延迟产生的消极性）， MMN ， 早期左前消极 （早期延迟和在左前产生的消极拓朴图） P600， 和单侧准备电位 。神经语言学家采用各种实验技术，以利用脑成像得出关于语言在脑中的表示方式。这些技术包括减法 范例， MMN ， 违反性 研究，各种形式的促发 ，以及脑的直接刺激 。许多的语言研究，特别是在功能磁共振成像 使用减法模式， 在监测大脑活动中，处理涉及语言的任务加上非语言任务的过程。例如，使参与者读单词，可以比较基准的激活，而参与者读的随机字母串（在企图孤立激活相关词汇的处理，在实际单词的处理），或激活而参与者阅读语法复句可以比基线激活，而参与者阅读简单的句子。不匹配负向波（MMN）是神经语言学实验中经常使用的ERP的组成部分。 这脑电生理学反应发生在受试者听到在一组感知相同标准中的不同刺激（如在序列sssssssddssssssdsssss d） 。 由于MMN反应于“不同”刺激，它被用来测试发言者如何感知的声音和规则的刺激。 例如，由Colin Phillips和同事的标志性研究中使用的MMN作为证据，科目，当用一系列语音呈现的声音与声学参数，感知所有的声音作为任/吨/或/天/尽管声学的变异性，这表明人脑具有抽象音素表示第S -换句话说，在受试者“听”不特定声学特征，但只有抽象音素。 此外，MMN已被用于研究句法处理和单词类别的识别。在神经语言学许多研究利用异常或违反 句法和语义的规则作为实验刺激，当遇到受这些违反行为时分析大脑的反应。例如，句子开头的短语，如the garden was on the worked ， 这违反了英文词组结构规则 ，引发大脑的反应称为早期左前负波 （ELAN）。 违反性实验至少自1980年起， 当Kutas和Hillyard首次表示的ERP的 语义违反引起的N400的效果。 利用同样的方法，1992年，Lee Osterhout发现了P600对句法异常的反应。 违反性研究设计也已用于血流动力学研究（磁共振成像和PET）：例如，Embick和同事，使用语法和拼写违反来调查fMRI中大脑处理句法的位置。 另一个常见的违反性实验是在同一个句子结合两种违反行为，从而研究对语言处理的交互过程;这种类型的交叉违反的研究已被广泛用于研究当人们看到或听到的句子时，句法和语义的交互。在心理语言学和神经语言学， 促发 指受试者能快速认知到一个被呈现的字的相关词汇或构词部件（即类似的部件组成）。 如果呈现给受试者一个“促发”字，如医生 ，然后一个“目标”字，如护士 ，如果有快于平常的反应时间，实验者可以假设在大脑中出现医生 时，护士 也会被汲取。 促发用于调查关于大脑中的词汇存储和检索， 及如何处理结构复杂​​的句子。穿颅磁刺激 （TMS），一个新的非侵入性技术，使用从外部施加到大脑强大的磁场。 这是大脑活动的特定控制方法，能够模仿失语症症状同时给予研究者对检查对象的脑做出准确控制。 因此，它可以取代直接微创手术 ，便不用要求该受试者执行直接脑部手术（如癫痫手术）。 TMS和直接皮层刺激的原理类似于失语症的产生：如果一个特定的语言功能受损时，同时把大脑的特定区域无效化，则该区域必定是以某种方式和该语言功能牵连。少数神经语言学研究迄今已经使用TMS; 直接皮层刺激和皮质记录 （使用直接放置在大脑上的脑电极纪录）多在用于与猕猴行为和人类大脑的相关性预测在许多神经语言学的实验中，受试者不只是简单地坐下来聆听或观赏刺激 ，也被指示回应刺激来执行某种任务。一个常见的例外是使用MMN的研究，其中受试者往往受指示观看无声电影或不积极留意刺激。例如：词汇决定任务涉及受试者看到或听到一个孤立的单词，并回答它是否是一个真正的单词。它经常在促发研究中使用，因为受试者会对已知词汇决定更快速（如在“医生”促发“护士”）。许多研究，特别是违反性研究，受试者会决定“可接受度”（是一般文法接受或语义接受）。 这样的任务通常被用来“确保受试者是专心和句子的可接受度”。实验证据表明，给受试者的说明刺激可以影响受试者的大脑反应。一项实验表明，当受试者被指示判断“可接受”的句子，他们没有表现出N400大脑反应（通常与语义相关联的回应），但当他们被指是忽略文法只管句子的合理度时N400便会产生反应。”一些研究采用“触发确认”的任务，而不是一个明显的可接受性判断;在这个范例中，每个实验句子后有一个“触发词”，受试者必须回答触发单词是否出现在句子中。 如可接受性判定的任务，可确保受试者正在阅读或专心，且可避免一些额外的处理要求，同时可以在任何研究中被使用。受试者可能会被指示不判断句子是否在文法或逻辑上可以接受，而是由句子所表达的命题来判断是真还是假。这个测验是在心理语言学研究儿童语言中常用的。一些实验给受试者们“分心”的实验，确保受试者不自觉地重视实验的刺激;以测试大脑中一定的计算是否是自动进行，无论该受试者是否致力于注意来源。例如，受试者一耳听非语言的音调（长声和嗡嗡声）另一耳听对话，当他们认为在声调有变化时按下按钮;这理应引起受试者明确地重视语法的刺激。受试者表现出非配对诱发电位 （MMN）无论如何，这表明语法错误的处理是自动发生 -或至少该受试者无法自觉来自语音的刺激来分离他们的注意力。实验的另一个相关的形式是双任务实验中，受试者必须执行额外的任务（如按顺序敲手指或发出无意义音节），同时应对语言刺激;这种实验已被用于研究语言处理的工作记忆。