神经语言学

神经语言学是对人脑中控制语言理解，产生和习得的神经机制的研究。作为一个跨学科领域，神经语言学从神经科学，语言学，认知科学，交流障碍和神经心理学等领域汲取方法和理论。研究人员从各种各样的背景吸引到该领域，他们带来了各种各样的实验技术以及广泛变化的理论观点。神经语言学中的许多工作都是通过心理语言学和理论语言学的模型来进行的，并且专注于研究大脑如何实现理论和心理语言学提出的在产生和理解语言中所必需的过程。神经语言学家研究了大脑处理与语言有关的信息的生理机制，并使用失语症，脑成像，电生理学和计算机模型来评估语言和心理语言学理论。[1]


人脑表面，布罗德曼区编号


使用扩散张量成像拍摄的大脑神经通路图像

内容
1 历史
2 学科
2.1 与其他领域的互动
2.2 考虑的主题
3 使用的技术
3.1 血液动力学
3.2 电生理
4 实验设计
4.1 实验技术
4.2 主题任务
5 参考

历史


Broca区和Wernicke区
更多信息：大脑史，神经科学§历史，神经影像学和认知科学§历史
神经语言学的历史根源于19世纪的无语症学的发展，这是由于脑损伤而引起的语言缺陷（失语症）的研究。[2]摩擦学试图通过分析脑损伤对语言加工的影响来使结构与功能相关。[3]最早在特定大脑区域和语言处理之间建立联系的人之一是保罗·布罗卡，[2]法国外科医生对许多说话有缺陷的人进行了尸检，发现其中大多数人脑部受损（或病变） ）在左额叶上，现在称为Broca区。语音学家在19世纪初宣称，不同的大脑区域执行不同的功能，并且语言主要由大脑的额叶区域控制，但是Broca的研究可能是第一个为这种关系提供经验证据的研究，[4] ] [5]，在神经语言学和认知科学领域被描述为“划时代的” [6]和“关键的” [4]。后来，卡尔·韦尼克（Carl Wernicke）命名为韦尼克区（Wernicke District），他提议大脑的不同区域专门用于不同的语言任务，其中Broca区处理语音的运动产生，而Wernicke区处理听觉语音理解。[2] [3] Broca和Wernicke的工作确立了语言失调学领域，并提出了可以通过检查大脑的身体特征来研究语言的想法。[5]二十世纪初的科尔比尼亚·布罗德曼（Korbinian Brodmann）曾在相思病学的早期工作中受益，后者“映射”了大脑的表面，根据每个区域的细胞结构（细胞结构）和功能将其划分为编号的区域； [7]如今，被称为布罗德曼（Brodmann）地区的神经科学仍然广泛使用。[8]

“神经语言学”一词的产生是由于1940年代末和1950年代末的Edith Crowell Trager，Henri Hecaen和Alexandr Luria。卢里亚（Luria）的书“神经语言学问题”很可能是第一本以神经语言学为标题的书。哈里·惠特克（Harry Whitaker）在1970年代在美国普及了神经语言学，并于1974年创立了《大脑与语言》杂志。[9]

尽管无言论是神经语言学的历史核心，但近年来，该领域已大大扩展，部分原因是新的大脑成像技术（如PET和fMRI）和对时间敏感的电生理技术（EEG和MEG）的出现。突出了人们从事各种语言任务时大脑激活的模式； [2] [10] [11]电生理技术尤其是1980年随着发现N400（一种大脑反应）而成为研究语言的可行方法被证明对语言理解中的语义问题敏感。[12] [13] N400是第一个被发现的与语言有关的事件相关潜力，并且自从发现以来，EEG和MEG已越来越广泛地用于进行语言研究。[14]

与其他领域的互动
神经语言学与心理语言学领域密切相关，后者试图通过运用传统的实验心理学技术来阐明语言的认知机制。如今，心理语言学和神经语言学理论经常相互交流，并且在这两个领域之间有很多合作。[13] [15]

神经语言学的许多工作涉及测试和评估心理语言学家和理论语言学家提出的理论。一般而言，理论语言学家提出模型来解释语言的结构以及语言信息的组织方式，心理语言学家提出模型和算法来解释语言信息在头脑中的处理方式，神经语言学家分析大脑活动以推断生物结构（种群和个体）的方式。神经元网络）执行这些心理语言处理算法。[16]例如，句子处理实验使用了ELAN，N400和P600的大脑反应来检查生理性大脑反应如何反映心理语言学家提出的句子处理模型的不同预测，例如Janet Fodor和Lyn Frazier的“序列”模型，[ 17]和西奥·沃斯（Theo Vosse）和杰拉德·肯本（Gerard Kempen）的“统一模型”。[15]神经语言学家还可以基于对大脑生理学的见识，通过“将神经结构的知识概括为语言结构”，对语言的结构和组织做出新的预测。[18]

神经语言学的研究在语言学的所有主要领域中进行。下表列出了主要的语言子领域以及神经语言学如何解决它们。

考虑的主题
神经语言学研究调查了几个主题，包括在何处处理语言信息，语言处理如何随时间展开，大脑结构如何与语言习得和学习相关以及神经生理学如何促进言语和语言病理学。

语言过程的本地化
像Broca和Wernicke的早期研究一样，神经语言学方面的许多工作都研究了大脑中特定语言“模块”的位置。研究问题包括在处理语言信息时大脑会遵循什么过程，[19]是否特定区域专门研究特定类型的信息，[20]不同大脑区域在语言处理中如何相互作用，[21]以及当受试者产生或感知其母语以外的其他语言时，大脑激活的位置有何不同。[22] [23] [24]

语言过程的时程
神经语言学文献的另一个领域涉及使用电生理技术来分析语言的快速处理。[2]大脑活动的特定模式的时间顺序可能反映了语言处理过程中大脑所经历的离散计算过程。例如，一种神经语言学的句子解析理论提出，三种大脑反应（ELAN，N400和P600）是句法和语义处理中三个不同步骤的产物。[25]

语言习得
另一个话题是大脑结构与语言习得之间的关系。[26]关于母语习得的研究已经确定，来自所有语言环境的婴儿都经历相似且可预测的阶段（例如胡说），一些神经语言学研究试图寻找语言发展阶段与大脑发育阶段之间的相关性，[27]研究调查了成年人学习一种新语言后，在第二语言习得中大脑所经历的身体变化（称为神经可塑性）。[28]当诱发第二语言习得和语言学习经验时都观察到神经可塑性，这种语言接触的结果表明，儿童，年轻人和老年人中灰白色物质的增加。

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语言病理学
神经语言学技术还用于研究语言失调和障碍，例如失语症和诵读困难症，以及它们与大脑的生理特征之间的关系。[23] [27]

使用的技术



用PET（顶部）和fMRI（底部）记录的大脑图像。在PET图像中，红色区域最活跃。在fMRI图像中，最黄的区域是在两个任务（观看运动的刺激与观看黑屏）之间的激活差异最大的区域。
由于该领域的重点之一是语言和心理语言模型的测试，因此用于实验的技术与神经语言学的研究高度相关。现代的脑成像技术为人们对语言功能的解剖学组织的日益了解做出了巨大贡献。[2] [23]神经语言学中使用的脑成像方法可分为直接刺激皮质的血液动力学方法，电生理方法和方法。

血流动力学
主条目：神经影像
血液动力学技术利用了这样一个事实，即当大脑某个区域执行某项任务时，血液会被输送到该区域以供氧（即所谓的血氧水平依赖性或大胆反应）。[29]这样的技术包括PET和fMRI。这些技术提供了很高的空间分辨率，使研究人员可以查明大脑中活动的位置； [2]另一方面，时间分辨率（或有关大脑活动时间的信息）较差，因为BOLD响应发生的更多。比语言处理慢。[11] [30]除了说明大脑的哪些部分可以满足特定的语言任务或计算之外，[20] [25]血液动力学方法还被用来证明大脑语言结构的结构以及与语言相关的激活的分布如何发生变化。时间，取决于语言暴露程度。[22] [28]

除了PET和fMRI可以显示某些任务激活了大脑的哪些区域外，研究人员还使用了扩散张量成像（DTI），它可以显示连接不同大脑区域的神经通路，[31]区域相互作用。功能性近红外光谱法（fNIRS）是语言任务中使用的另一种血液动力学方法。[32]

电生理


使用脑电图记录脑电波
电生理技术利用了这样一个事实：当大脑中的一组神经元一起发射时，它们会产生电偶极子或电流。脑电图技术使用头皮上的传感器测量该电流，而脑电图则测量由这些电流产生的磁场。[33]除了这些非侵入性方法，皮层脑电图还已经用于研究语言处理。这些技术能够测量从一毫秒到下一毫秒的大脑活动，提供出色的时间分辨率，这对于研究像语言理解和产生一样快的过程非常重要。[33]另一方面，脑活动的位置可能难以在EEG中识别； [30] [34]因此，该技术主要用于语言过程的执行方式，而不是在哪里进行。使用EEG和MEG进行的研究通常集中于事件相关电位（ERP）[30]，它们是响应特定刺激而引起的不同的大脑反应（通常在神经活动图上表示为负或正峰值）。使用ERP的研究可能集中在每个ERP的延迟（ERP刺激开始或达到峰值后多长时间），幅度（峰值多少高或低）或地形（传感器在头皮上ERP响应所处的位置）上。 [35]一些重要且常见的ERP组件包括N400（在大约400毫秒的延迟中发生负性），[30]失配负性，[36]左前早期负性（在早期延迟中产生负性和左前负）地形]，[37]，P600，[14] [38]和横向准备就绪潜力。[39]

实验设计
实验技术
神经语言学家采用各种实验技术，以便利用大脑成像来得出关于大脑中语言的表示和处理方式的结论。这些技术包括减法范式，不匹配设计，基于违规的研究，各种形式的启动和直接刺激大脑。

减法
许多语言研究，特别是在功能磁共振成像中，都使用了减法范式，[40]在该研究中，将认为涉及语言处理某些方面的任务的大脑激活与认为涉及类似非语言过程但不涉及基线任务的基线任务的激活进行了比较。涉及语言过程。例如，可以将参与者阅读单词时的激活与参与者阅读随机字母字符串时的基线激活（以试图隔离与词汇处理有关的激活-真实单词的处理）进行比较，或者可以将参与者阅读句法复杂的句子时的激活进行比较。参加者阅读较简单的句子时的基线激活。

不匹配范例
主要文章：失配负性
失配阴性（MMN）是神经语言实验中经常使用的严格记录的ERP组件。[36] [41] [42] [43] [43] [43] [43]。当受试者听到一系列感知上相同的“标准”（如顺序）时，会在大脑中发生电生理反应。[42] [43]由于MMN仅在对一组被认为是相同的其他刺激中的稀有“奇数”刺激的反应中引发，因此已被用于测试说话者如何感知声音和分类组织刺激。[44] [45]例如，科林·菲利普斯（Colin Phillips）及其同事进行的一项具有里程碑意义的研究使用失配负性作为证据，证明了当被试向他们提供一系列带有声学参数的语音时，尽管有声学效果，但所有声音还是/ t /或/ d /变异性，表明人脑已经重现了摘要音素，换句话说，受试者“听”的不是特定的声学特征，而是“听”的只是音素。[42]另外，不匹配否定性已被用于研究句法处理和单词类别的识别。[36] [41] [46]

基于违规


与事件相关的潜力
神经语言学的许多研究都利用了实验刺激中的异常或违反句法或语义规则，并分析了受试者遇到这些违规行为时引起的大脑反应。例如，以诸如“花园在工作中”之类的短语开头的句子，[47]违反了英语短语“结构规则”，通常会引起大脑反应，称为早期左前负电性（ELAN）。[37]至少从1980年起就使用了违规技术，[37]当Kutas和Hillyard首次报告ERP证据表明语义违规会引起N400效应时。[48]在1992年，Lee Osterhout使用类似的方法首次报道了P600对句法异常的反应。[49]违规设计也已用于血液动力学研究（fMRI和PET）：例如，Emick及其同事使用语法和拼写违规来使用fMRI研究大脑中句法处理的位置。[20]违反设计的另一种常见用法是在同一句子中组合两种违反，从而预测不同的语言过程之间如何相互作用。这种类型的跨界研究已被广泛用于调查人们阅读或听到句子时句法和语义过程是如何相互作用的。[50] [51]

启动
主要文章：启动（心理学）
在心理语言学和神经语言学中，启动是指这样一种现象，即如果受试者最近被呈现出含义或形态相似（即由相似部分组成）的单词，则该对象可以更快地识别该单词。 [53]如果给受试者显示“素”词（例如医生），然后显示“目标”词（例如护士），如果受试者对护士的响应时间比平常快，那么实验者可能会认为大脑中有护士这个词访问“医生”一词时已经访问过。[54]引语用于研究各种各样的问题，例如单词如何在大脑中存储和检索[53] [55]以及如何处理结构复杂的句子。[56]

刺激性
经颅磁刺激（TMS）是研究脑活动的一种新的非侵入性技术[57]，它利用从头部外部施加到大脑的强大磁场。[58]它是一种在特定且受控制的位置激发或中断大脑活动的方法，因此能够模仿失语症症状，同时使研究人员可以更好地控制要检查的大脑的确切部位。[58]因此，它是直接皮层刺激的侵入性较小的替代方法，可以用于类似的研究类型，但需要去除受试者的头皮，因此仅用于已经进行了主要脑部手术的个体（例如接受癫痫手术的人）。[59] TMS和直接皮层刺激背后的逻辑类似于语言学的逻辑：如果敲除大脑的特定区域时特定语言功能受损，则该区域必须以某种方式牵涉到该语言功能中。迄今为止，很少有神经语言学研究使用过TMS； [2]直接皮层刺激和皮层记录（使用直接放置在大脑上的电极记录大脑活动）已与猕猴一起用于预测人脑的行为。[60]

主题任务
在许多神经语言学实验中，受试者不仅会坐着听或观看刺激，还会被指示去执行某种刺激任务。[61]受试者在进行记录（电生理或血液动力学）时执行这些任务，通常是为了确保他们注意刺激。[62]至少有一项研究表明，受试者完成的任务会对大脑的反应和实验结果产生影响。[63]

词汇决定
主条目：词汇决策任务
词汇决策任务涉及对象看到或听到一个孤立的单词并回答该单词是否为真实单词。它经常用于启动研究中，因为众所周知，如果某个单词已被相关单词启动（例如在“医生”启动“护士”中启动），则受试者会更快地做出词汇决定。[52] [53] [54]

语法判断，可接受性判断
主条目：可接受性判断任务

许多研究，尤其是基于违规的研究，都让受试者对刺激的“可接受性”（通常是语法可接受性或语义可接受性）做出决定。[63] [64] [65] [66] [67]此类任务通常用于“确保受试者专心阅读句子，并以[实验者]期望他们做的方式将他们与不可接受的句子“区分开”。[65]

实验证据表明，在可接受性判断任务中对受试者的指示会影响受试者对刺激的大脑反应。一项实验表明，当指示受试者判断句子的“可接受性”时，他们没有表现出N400脑响应（通常与语义处理相关的响应），但是当指示他们忽略语法可接受性而仅判断时，他们的确显示了该响应句子是否“有意义”。[63]

探针验证
一些研究使用“探针验证”任务，而不是公开的可接受性判断。在这种范例中，每个实验句子后面都带有一个“探针词”，受试者必须回答该句子中是否出现了探针词。[54] [65]这项任务与可接受性判断任务一样，可确保受试者专注地阅读或聆听，但可以避免接受性判断的一些额外处理要求，并且无论研究中出现哪种违规类型，都可以使用。[54 ]

真值判断
可以指示受试者不要判断句子在语法上是可接受的还是逻辑的，而是判断句子表达的命题是对还是错。这项任务通常用于儿童语言的心理语言研究。[68] [69]

主动分心和双重任务
一些实验给受试者“分散注意力”的任务，以确保受试者没有自觉地注意实验刺激。可以这样做以测试是否可以自动执行大脑中的某个计算，而不管受试者是否投入了注意力资源。例如，一项研究让受试者在一只耳朵听非语言的声音（长哔哔声和嗡嗡声），在另一只耳朵听语音，并指示受试者在感觉到音调变化时按下按钮。据说这会导致主体在语音刺激中没有特别注意语法违规。无论如何，受试者都表现出失配反应（MMN），这表明语法错误的处理是自动进行的，与注意力无关[36]，或者至少是受试者无法有意识地将其注意力与语音刺激区分开。

另一种相关的实验形式是双任务实验，其中受试者必须在对语言刺激做出反应的同时执行额外的任务（例如连续敲击手指或说出无意义的音节）。这种实验已被用于研究工作记忆在语言处理中的使用。[70]

Notes
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