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小脑涉语言?实属新观念 精选

已有 5365 次阅读 2022-3-30 22:01 |系统分类:科研笔记

人类的社会生活和科学研究,不断为人类积累知识经验,并且逐渐成为常识,成为个体认识和理解世界的观念。众所周知,观念一旦形成就很难改变。然而,在科学研究中,人们需要随时调整自己的观念,至少对异于自己观念的研究结果,应当持有开放态度。例如,说到语言,凡是对此有所了解的人都会想到脑内的语言中枢,认为除了语言中枢,其他脑区与语言无关。但是,新近的研究表明,小脑也参与语言加工。

语言能力是人类独有的特征,其他物种均未表现出语法递归性质,在交流中也不存在人类具有的创造性、灵活性和创新性(Baron Birchenall, 2016)。有效的语言交流,既需要语言理解的能力,又需要语言产生的能力。这些能力被认为主要涉及左额颞语言网络(left frontotemporal language network)皮层区,其中,语言产生集中于左下额叶(即,布洛卡区),语言理解集中于颞上回(即,韦尼克区)(Hertrich, Dietrich, & Ackermann, 2020)。

在过去的几十年里,研究表明,语言产生与语言理解之间的区分,并不像最初认为的那么清晰。语言产生与语言理解在什么程度上涉及左额颞语言网络的共同脑区,是神经成像研究的一个主要问题(Humphreys & Gennari, 2014)。结果,这个网络之外脑区的贡献就未能得到充分的研究(Tremblay & Dick, 2016)。

近来的证据表明,其他脑区在语言产生和语言理解的过程中也有重要作用,其中的一个脑区是小脑。提到小脑,学过生理解剖的人很容易想到,小脑参与躯体平衡和肌肉张力的调节,以及随意运动的协调。长期以来,小脑一直被认为是主要负责运动功能的脑区。然而,研究显示,小脑对认知过程也有贡献(Buckner, 2013),包括对语言加工的贡献(Hertrich, Dietrich, & Ackermann, 2020)。更新的研究显示,小脑可能对语言加工的预测方面有贡献(Skipper & Lametti, 2021),在适应性预测中具有通用的监督功能(Hull, 2020)。不过,也有研究发现,小脑在语言与不特别涉及预测的其他认知功能中的作用是不同的(Stoodley & Schmahmann, 2009),这挑战了小脑负责单一通用计算的观点。

上述研究主要是通过脑成像技术进行的,近来,研究者也采用非侵入式脑刺激进一步考察小脑在语言加工中的作用,例如,经颅直流电刺激(transcranial direct current, tDCS),已经成为一种考察小脑对非运动功能的贡献的常规方法(Ponce, Klaus, & Schutter, 2021)。在tDCS的过程中,恒定的微弱电流(通常是1~2毫安)通过两个或多个放在头皮上的电极,对脑进行刺激。在运动皮层,阳极tDCS能增强自发的神经放电,从而促进执行任务的成绩,而阴极tDCS减弱皮层的兴奋性,从而降低成绩(Nitsche et al., 2008)。不过,对于非运动皮层的脑区,这样的二分法可能就不太适用了(Klaus & Hartwigsen, 2020)。同样地,当tDCS作用于小脑时,这样的二分法也不是清晰的(Oldrati & Schutter, 2018)。

在语言领域,大量运用tDCS的研究对大脑语言区进行刺激,考察语言加工问题(Klaus & Schutter, 2018),而针对小脑的研究相对较少,研究结果也不一致。对小脑右半球的阳极tDCS,能够调节感觉运动学习和言语产生的听觉反馈控制(Lametti et al., 2018),能够调节语言预测任务的成绩(Rice, DMello, & Stoodley, 2021),以及音位流畅性(Turkeltaub et al., 2016)。

研究显示,对小脑进行tDCS,效应更为微妙,例如,调节效应具有难度特异性和任务特异性。例如,对于语言工作记忆任务,小脑tDCS降低中难度(Macher et al., 2014)与高难度(Maldonado & Bernard, 2021)的成绩。在另一项研究中,比较读出动词与名词的任务同更具挑战的动词产生任务的成绩变化,结果表明,只在动词产生任务中发现阴极小脑tDCS具有促进效应(Pope & Miall, 2021)。

总之,小脑不仅参与运动功能,而且参与语言功能,特别地,小脑参与语言功能的具体表现显得颇为微妙。同时,相应的研究还处于初始阶段,有更多现象与机制需要考察。无论如何,原来认为功能定位的人脑,其实并非那么机械。相应地,研究者的观念也应该灵活和开放。

参考文献

Baron Birchenall, L. (2016). Animal communication and human language: An overview. International Journal of Comparative Psychology, 29(1).

Buckner, R. L. (2013). The cerebellum and cognitive function: 25 years of insight from anatomy and neuroimaging. Neuron, 80, 807-815.

Hertrich, I., Dietrich, S., & Ackermann, H. (2020). The margins of the language network in the brain. Frontiers in Communication, 5, 519955.

Humphreys, G. F., & Gennari, S. P. (2014). Competitive mechanisms in sentence processing: Common and distinct production and reading comprehension networks linked to the prefrontal cortex. Neuroimage, 84, 354-366.

Klaus, J., & Hartwigsen, G. (2020). Failure to improve verbal fluency with transcranial direct current stimulation. Neuroscience, 449, 123-133.

Klaus, J., & Schutter, D. J. L. G. (2018). Non-invasive brain stimulation to investigate language production in healthy speakers: A meta-analysis. Brain and Cognition, 123, 10-22.

Lametti, D. R., Smith, H. J., Freidin, P. F., & Watkins, K. E. (2018). Cortico-cerebellar networks drive sensorimotor learning in speech. Journal of Cognitive Neuroscience, 30, 540-551.

Maldonado, T., & Bernard, J. A. (2021). The polarity-specific nature of single-session high-definition transcranial direct current stimulation to the cerebellum and prefrontal cortex on motor and non-motor task performance. The Cerebellum, 20, 569-583.

Nitsche, M. A., Cohen, L. G., Wassermann, E. M., Priori, A., Lang, N., Antal, A., et al. (2008). Transcranial direct current stimulation: State of the art 2008. Brain Stimulation, 1, 206-223,

Oldrati, V., & Schutter, D. J. L. G. (2018). Targeting the human cerebellum with transcranial direct current stimulation to modulate behavior: A meta-analysis. The Cerebellum, 17, 228-236.

Ponce, G. V., Klaus, J., & Schutter, D. J. L. G. (2021). A brief history of cerebellar neurostimulation. The Cerebellum, 1-16

Pope, P. A., & Miall, R. C. (2021). Task-specific facilitation of cognition by cathodal transcranial direct current stimulation of the cerebellum. Brain Stimulation, 5, 84-94.

Rice, L. C., DMello, A. M., & Stoodley, C. J. (2021). Differential behavioral and neural effects of regional cerebellar tDCS. Neuroscience, 462, 288-302.

Skipper, J. I., & Lametti, D. R. (2021). Speech perception under the tent: A domain-general predictive role for the cerebellum. Journal of Cognitive Neuroscience, 33, 1517-1534.

Stoodley, C. J., & Schmahmann, J. D. (2009). Functional topography in the human cerebellum: A meta-analysis of neuroimaging studies. Neuroimage, 44, 489-501.

Tremblay, P., & Dick, A. S. (2016). Broca and Wernicke are dead, or moving past the classic model of language neurobiology. Brain and Language, 162,60-71.

Turkeltaub, P. E., Swears, M. K., DMello, A. M., & Stoodley, C. J. (2016). Cerebellar tDCS as a novel treatment for aphasia? Evidence from behavioral and resting-state functional connectivity data in healthy adults. Restorative Neurology and Neuroscience, 34, 491-505.



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