人類進化史上,文字的產生使得口耳相傳的知識和經驗得以記錄和傳承。文字符號的設計規則、文字符號與語言間(音義)的對應關係在不同文化中千差萬別,但其本質都是通過視覺符號傳遞語言信息。在紛繁的文字係統背後,是否存在普遍的核心閱讀神經回路,此神經網絡如何表達來自不同語言文字係統的閱讀經驗。這一直是心理學和認知神經科學家關心的重要問題。對這些問題的回答可以為人類能力發展的Nature/Nurture問題提供具體的證據

為了回答這一問題,北京大學、北京師範大學、法國巴黎高師和法國國家健康與醫學研究院的研究者合作完成了一項中-法跨文化fMRI腦成像研究。研究者在中國北京和法國巴黎共招募96名小學兒童。根據學習的文字及閱讀水平,這些兒童被分為四組:漢語正常發展兒童,漢語閱讀困難兒童,法語正常發展兒童,法語閱讀困難兒童。研究者使用相同參數的核磁共振儀記錄了這些兒童在被動觀看文字、麵孔、房子等視覺材料時的大腦活動信號。

首先,全腦水平的激活分析發現,漢語和法語正常兒童在經典的閱讀腦區(左側梭狀回、顳上溝、中央前回、額中回)表現出對文字加工的選擇性。此外,這兩組被試在左腹側顳枕區表現出經典的馬賽克式的激活分布模式,即從外側到內側分別對不同的視覺類別(文字,麵孔和房子)有選擇性反應。但漢語和法語閱讀困難兒童則沒有在左側顳枕區表現出對文字加工的選擇性 (見圖1)。進一步將這四組兒童對文字的反應進行語言×組別的方差分析,發現左側PCG,STS, FFG表現出閱讀水平的主效應,左側IPS表現出語言主效應,但即使在寬鬆閾限下也未見腦區表現出二者的交互作用(圖1補充)。這說明了漢語和法語這兩種截然不同的書寫係統依賴一個普遍的閱讀神經回路,且兩種語言的閱讀困難兒童都表現出相同的神經活動異常。


圖1:四組被試的類別特異性激活(某一類別>其它所有類別)。不同於正常發展兒童,漢語和法語閱讀困難兒童都未在左側顳枕區出現文字加工特異的腦區,即VWFA(Visual word form area)。但對非文字類的視覺類別(如麵孔,房子)的激活模式均正常。


圖1補充:文字反應的 2 (語言:漢語,法語) ×2 (組別:正常發展,閱讀困難)方差分析。發現左側PCG,STS, FFG表現出閱讀水平的主效應,均表現為閱讀困難兒童在該區域激活降低;左測IPS表現出語言的主效應,表現為漢語兒童激活強於法語兒童。值得注意的是,即使在很寬鬆的閾限下,也沒有發現語言和閱讀水平的交互作用,貝葉斯分析也進一步支持了該結果。

除了上述傳統的全腦分析,研究者還進行了腦-行為相關分析,也發現不論漢語還是法語兒童,左側MFG, STG, FFG等腦區對文字的激活程度在兩種語言中都與兒童的閱讀水平呈正相關,表明它們是閱讀發展的核心腦區。 研究者進一步選取文獻中報告的與閱讀障礙相關的腦區作為感興趣區,提取這些區域對文字的反應進行2 (語言:漢語,法語) × 2 (組別:正常發展,閱讀困難)方差分析。結果發現左側MFG, SPL, pSTG表現出語言的主效應,具體為漢語兒童的激活大於法語兒童;此外,左側FFG, MFG, PCG表現出閱讀水平的主效應,具體表現為閱讀困難兒童在該區域表現出激活的減少。沒有發現語言和閱讀水平的交互作用。貝葉斯分析同樣支持了上述結果。 上述分析中閱讀困難兒童激活的減少並不能排除另一種可能性,即閱讀困難兒童對文字的激活強度其實是正常的,隻是由於閱讀困難兒童個體間差異大、激活的peak點更為分散,從而組間平均下來使得其平均值低於正常發展組。研究者為了驗證這一可能性又進行了基於個體peak點的分析。結果發現即使找到每個被試加工文字時在上述ROI裏激活最強的體素,閱讀困難組的激活也依然在上述腦區低於正常發展組。此外,peak點的位置分析發現不存在顯著的組間差異。多體素模式的分析(MVPA)也有相同的發現,從而排除了閱讀困難激活的降低是由更大的組間變異帶來的可能性。 最後研究者鎖定在vOTC區,考察書寫係統在視覺特征上的差異是否會帶來視覺區域激活的差異。此外,考察閱讀困難兒童的神經活動的異常是否隻局限在文字加工上,以及是否隻出現在vOTC特定的區域,如VWFA上。結果發現:(1)漢語兒童加工文字時更多激活右側的vOTC區,這與漢字更複雜的空間視覺特征有關;(2)閱讀困難兒童和控製組兒童最顯著的差異在於對文字的反應上,而非在非文字的視覺類別上,且差異最顯著的位置位於最經典的VWFA上。 總之,通過全麵而廣泛的分析(全腦激活分析,感興趣區的ROI分析,個體Peak點分析,多體素的模式分析(MVPA),針對vOTC特定區域的分析和貝葉斯分析),發現漢語和法語兒童在加工文字時激活了大腦上相同的神經回路。同時漢語和法語閱讀困難兒童存在一致的神經活動異常。且在上述所有分析中均並未發現閱讀水平與語言的交互作用。

基於上述結果,該研究指出,盡管中法語言結構、正字法深度、表音表意規則存在很大差異,兒童閱讀獲得/發展過程依然依賴一個跨書寫係統的普遍核心閱讀回路,該閱讀回路受到閱讀水平的調節,揭示了閱讀習得和閱讀困難神經機製的跨語言普遍性。

該項研究於2020年10月29日在線發表於eLife (Feng, X., Altarelli, I., Monzalvo, K., Ding, G., Ramus, F., Shu, H., Dehaene, S., Meng, X. and Dehaene-Lambertz, G., 2020. A universal reading network and its modulation by writing system and reading ability in French and Chinese children.).

評審意見認為,該研究填補了一個很重要的空白,在已有元分析提出正字法深度不同的拚音文字中閱讀障礙神經機製具有普遍性 (VWFA)的基礎上,該研究通過實驗研究把該發現擴展到了完全不同的文字係統-中文和法語-中。

第一作者馮小霞2019年博士畢業於北京師範大學認知神經科學與學習國家重點實驗室,目前為法國國家健康醫學研究院Neurospin中心的博士後。北京大學心理與認知科學學院孟祥芝副教授、法國國家健康醫學研究院Ghislaine Dehaene-Lambertz教授為本文共同通訊作者。北京師範大學舒華教授、丁國盛教授,法國國家健康醫學研究院Stanislas Dehaene教授,巴黎高師Franck Ramus教授均為本文共同作者。

北京方麵的研究部分由北京大學-北京師範大學腦與語言聯合課題組設計和施測,數據采集在北京師範大學認知神經科學與學習國家重點實驗室掃描中心完成。該研究受到國家自然科學基金資助(31971039,81171016,81371206)。

參考文獻

Feng, X.X., Altarelli, I., Ding, G., Ramus, F., Shu, H., Monzalvo, K., Dehaene, S., *Meng, X., & *Dehaene-Lambertz, G. (2020). A universal reading network and its modulation by writing system and reading ability in French and Chinese children. eLife 2020; 9: e54591 DOI: 10.7554/ eLife.54591.


2020-11-03