認知心理學與認知神經科學/文字理解的神經科學
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當我聽到一句話的時候，我的大腦裡發生了什麼？我如何處理書面文字？本章將更深入地探討與語言理解相關的腦部過程。在處理自然語言理解時，我們區分了神經科學和心理語言學方法。由於文字理解遍佈認知心理學、語言學和神經科學的廣闊領域，我們的主要重點將放在後兩者的交叉點，即神經語言學。
需要檢查不同的腦區，以找出單詞和句子是如何被處理的。長期以來，科學家們只能從某些腦損傷來推斷對應腦區的功能。在過去的 40 年裡，腦成像和 ERP 測量技術已經建立起來，這使得能夠更準確地識別參與語言處理的腦部部位。
對這些現象的科學研究通常分為聽覺和視覺語言理解的研究；我們將討論這兩種。不可忽視的是，僅僅檢查英語是不夠的：要理解一般的語言處理，我們必須關注非印歐語系和其他語言系統，例如手語。但首先，我們將關注語言在腦中的粗略定位。
雖然功能側化研究和分析發現，人格或認知風格的個體差異並不偏向於某一個半球，但一些腦功能發生在腦的一側或另一側。語言往往位於左側，注意力位於右側 (Nielson, Zielinski, Ferguson, Lainhart & Anderson, 2013)。有大量證據表明，每個腦半球在語言理解中都有其獨特的功能。通常，右半球被稱為非優勢半球，而左半球被認為是優勢半球。這種區分被稱為側化（源自拉丁語詞 lateral，意為側向），它的原因最初是由對裂腦病人的實驗提出的。遵循自上而下的方法，我們將討論右半球，它可能在高階理解中起主要作用，但並不完全清楚。許多研究都集中在左半球，我們將討論為什麼它可能是占主導地位的，然後接下來的部分將討論在這個腦半球中相當容易理解的基本語言處理。
左半球和右半球之間的解剖學差異
首先，我們將考慮左半球和右半球之間最明顯的差異部分：它們在形狀和結構上的差異。肉眼可見，人類大腦的兩半之間存在明顯的非對稱性：右半球的額葉區域通常比左半球更大、更寬、延伸更遠，而左半球的枕葉區域更大、更寬、延伸更遠 (M. T. Banich,"Neuropsychology", ch.3, pg.92)。在大多數人類大腦中，顳葉表面的一部分明顯更大，這部分被稱為顳上回。它位於韋尼克區和其他聽覺聯想區附近，因此我們可以推測左半球可能更強烈地參與語言和言語處理的過程。
事實上，這種語言功能的左側化在 97% 的人群中是明顯的 (D. Purves, "Neuroscience", ch.26, pg.649)。但實際上，人類大腦中顳上回“左優勢”可追蹤到的比例僅為 67% (D. Purves, "Neuroscience", ch.26, pg.648)。還有哪些因素在起作用尚未解開。
來自“裂腦”病人的功能不對稱的證據
在癲癇的嚴重病例中，一種很少進行但很流行的外科手術方法是所謂的胼胝體切開術。在這種方法中，會對連線左右半球的“溝通橋樑”——胼胝體進行徹底切除；結果就是“裂腦”。對於胼胝體被切除的病人來說，意外身體損傷的風險降低了，但副作用很明顯：由於左右腦被徹底切斷，這兩個半球不再能夠充分地交流。這種情況提供了研究兩個半球功能差異的機會。第一批對裂腦病人的實驗是由羅傑·斯佩裡和他在加州理工學院的同事在 1960 年和 1970 年進行的 (D. Purves, "Neuroscience", ch.26, pg.646)。他們的研究讓研究人員對語言的側化和人類大腦的整體組織有了驚人的結論。
| 關於視覺系統側化的小插曲 |
 左視野內的刺激將完全到達右視覺皮層進行處理和加工。在“健康”的大腦中，這些資訊還將透過胼胝體到達左半球，並在那裡進行整合。在裂腦病人中，這種訊號流被中斷；刺激對左半球來說是“不可見的”。 |
我們現在要考慮的實驗是基於視覺系統的側化：左半視野看到的景象將由右半球處理，反之亦然。瞭解了這一原理後，測試人員將物體的圖片呈現給視覺場的某一半，同時要求參與者說出他們看到的物體，並用對側的手從一堆具體物體中盲目地挑選出來。
可以看出，例如骰子的圖片，只呈現給左半球，參與者可以說出它的名字（“我看到一個骰子”），但不能用右手選擇出來（不知道從桌子上的物體中選擇哪個）。相反，如果骰子在右半球被識別出來，參與者無法說出它的名字，但可以很容易地用左手從桌子上的一堆物體中把它挑出來。
這些結果清楚地證明了人腦的功能不對稱性。左半球似乎在言語和語言處理功能方面占主導地位，但不能處理獨立於視覺的物體識別等空間任務。右半球似乎在空間功能方面占主導地位，但不能獨立處理單詞和含義。在第二個實驗中，證據表明，裂腦病人只有在呈現給左半球時才能遵循書面命令（例如“現在站起來！”）。右半球只能“理解”圖片指令。
下表 (D. Purves, "Neuroscience", ch.26, pg.647) 對功能進行了粗略的區分
| 左半球 | 右半球 |
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首先，重要的是要記住，這些區分僅包括功能優勢，而不是排他效能力。在單側腦損傷的情況下，大腦的一半往往會接管另一半的任務。此外，應該提到，這個實驗只適用於呈現時間不到一秒的刺激。這是因為不僅胼胝體，而且一些皮層下連合也用於半球間傳遞。一般來說，這兩個半球可以同時為表現做出貢獻，因為它們在處理中起著互補的作用。
| 關於用手習慣的小插曲 |
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探索不同大腦組織時一個重要問題是手性，即在進行活動時傾向於使用左手或右手。縱觀歷史，左撇子，僅佔人口的 10% 左右，往往被認為是不正常的。他們被認為是邪惡、固執、反抗的，甚至在 20 世紀中葉，他們也被迫用右手寫字。 關於手性如何影響大腦半球，最普遍接受的一種觀點是大腦半球的勞動分工。由於說話和手工都需要精細的運動技能，因此假設讓一個大腦半球同時完成這兩項任務會更有效率，而不是將它們分開。由於大多數人的左腦控制著說話，所以右撇子占主導地位。該理論還預測，左撇子的大腦勞動分工是相反的。 對於右撇子來說，語言處理主要在大腦左半球進行，而視覺空間處理主要在對側半球進行。因此，95% 的語音輸出由大腦左半球控制，而只有 5% 的個體由其右半球控制語音輸出。另一方面，左撇子的大腦組織是異質的。他們的大腦半球要麼像右撇子一樣組織，要麼相反，甚至兩個半球都用於語言處理。但通常，在 70% 的情況下，語言由左半球控制，15% 由右半球控制，15% 由任一半球控制。當對所有型別的左撇子進行平均時，似乎左撇子的腦側化程度較低。 例如，當左半球受損後，就會出現視覺空間缺陷，這種缺陷在左撇子身上通常比右撇子更嚴重。差異可能部分源於大腦形態的差異，這可以從顳上回的非對稱性得出結論。儘管如此，可以認為左撇子比右撇子兩個半球之間的勞動分工更少，並且更有可能缺乏神經解剖學上的不對稱性。 關於為什麼有些人是左撇子以及其可能帶來的後果，已經提出了許多理論。有些人說左撇子的壽命更短，事故率更高，或者患有自身免疫性疾病。根據 Geschwind 和 Galaburda 的理論，性激素、免疫系統和認知能力特徵之間存在關係，這些關係決定了一個人是左撇子還是右撇子。總之，已經提出了許多遺傳模型，但其原因和後果仍然是一個謎 (M.T.Banich, "Neuropsychology", ch.3, pg. 119)。 |
右半球在文字理解中的作用
"裂腦"患者的實驗以及很快將要討論的證據表明，右半球通常不是（但在某些情況下，例如 15% 的左撇子）語言理解的主導半球。最常歸因於右半球的是認知功能。當大腦這部分受損或當右半球的顳葉區域被移除時，會導致認知-交流問題，例如記憶障礙、注意力問題和推理能力差 (L. Cherney, 2001)。調查得出的結論是，右半球以一種格式塔和整體的方式處理資訊，特別強調空間關係。在這裡，由於它以全域性的方式檢查事物，並且它還對較低的空間頻率和聽覺頻率作出反應，因此在區分兩個不同的面孔方面具有優勢。前一點可以被右半球能夠閱讀大多數具體詞語並進行簡單的語法比較的事實所削弱 (M. T. Banich，“Neuropsychology”，ch.3，pg.97)。但為了以這種方式發揮作用，大腦兩半之間必須進行某種交流。
韻律 - 圍繞單詞的聲音包絡
考慮一下在以下來自 Banich 的上下文中，簡單的陳述“她又做了一遍”如何被解釋：LYNN: 愛麗絲非常喜歡山地腳踏車運動。在她摔斷手臂後，你以為她會更謹慎一些。但昨天，她又去騎了傑克船長的腳踏車。那條路很崎嶇 - 很窄，有很多樹根和石頭。昨晚，我聽說她在下山途中摔了一跤。SARA: 她又做了一遍薩拉是說這句話時音調升高還是強調並帶下降調？在第一種情況下，她會問愛麗絲是否再次受傷了。在另一種情況下，她斷言她知道或想象的事情：愛麗絲設法再次傷害了自己。顯然，圍繞單詞的聲音包絡 - 韻律 - 確實很重要。
當考慮到右半球前部區域受損的患者時，就會產生右半球出現韻律模式識別的原因。他們患有無韻律言語，也就是說，他們的言語都處於相同的音調。他們聽起來可能像 80 年代的機器人。腦損傷還出現了另一種現象：失韻律言語。在這種情況下，患者說話時音調紊亂。這並不是由於右半球病變造成的，而是由於左半球受損造成的。解釋是左半球向右半球發出時機不佳的韻律線索，從而影響了適當的音調。
超越詞語：從神經學角度推斷
在詞語層面，目前的研究大多相互一致，也與腦病變研究的結果一致。但當涉及到對整個句子、文字和故事線的更復雜理解時，研究結果出現了分歧。根據 E. C. Ferstl 的評論“文字理解的神經解剖學。到目前為止，故事是什麼？”(2004)，有一些證據支援和反對右半球區域在語用學和文字理解中起關鍵作用。根據目前的知識，我們不能確切地說認知功能（如構建情景模型和推斷）是如何以及在哪裡與“純粹”的語言過程一起工作的。
由於本章關注的是語言的神經學，因此應注意的是，右半球受損的患者在推斷方面存在困難。考慮以下句子
在蚊子、小咬和蚱蜢四處飛舞的情況下，她遇到了一隻小黑蟲，它被用來竊聽她的談話。
你可能需要重新解釋這句話，直到你意識到“小黑蟲”並不是指動物，而是指間諜裝置。右半球受損的人很難做到這一點。他們很難跟上故事的線索，並對所說的話進行推斷。此外，他們很難理解句子的非字面意義，例如比喻，因此當他們聽到有人“哭得淚流滿面”時，可能會真的感到害怕。
讀者請參考下一章，詳細討論情景模型
左半球優勢的進一步證據：瓦達技術
在關注左半球的具體功能之前，提供了左半球優勢的進一步證據。與之相關的是所謂的瓦達技術，它允許測試哪個半球負責語音輸出，通常在手術過程中用於癲癇患者。它不是腦成像技術，而是模擬腦病變。透過將巴比妥類藥物（氨巴比妥鈉）注射到患者的一側頸動脈中，使其中一個半球麻醉。然後，他被要求說出卡片上的物品名稱。當他無法做到這一點時，儘管他一小時前還能做到，但據說是負責語音輸出的那個半球。這個測試必須進行兩次，因為存在患者雙側產生語音的可能性。這種情況發生的機率並不高，事實上，根據 Rasmussen & Milner 1997a (如 Banich 論文中的引用，第 293 頁)，這種情況只發生在 15% 的左撇子身上，而沒有一個右撇子。 (目前還不清楚左撇子大腦中這些差異從何而來。)
這意味著在大多數人中，只有一個半球“產生”語音輸出 - 在 96% 的右撇子和 70% 的左撇子中，是左半球。關於不對稱性的腦病變研究結果在這裡得到了證實：通常（在健康的右撇子中），左半球控制著語音輸出。
左半球優勢的解釋
目前仍在討論左半球可能具有特殊語言能力的兩種理論。第一種理論認為，左半球的優勢是由於精確控制口頭和手動發音器的時間。這裡的主要論據是，與故事情節相關的姿勢最常使用右手，因此由左半球控制的手，而其他手的動作在兩隻手中出現的頻率相同。另一種理論認為，左半球是主導半球，因為它專門用於語言處理，這是由於一位患者造成的 - 一位使用美國手語的患者，他的左半球受損。他既不能產生也不能理解 ASL，但仍然可以透過非語言領域的手勢進行交流。
大腦的組織結構有多天生的?
不僅是左撇子的情況，而且腦成像技術也顯示了雙側語言處理的例子：根據 ERP 研究（Bellugi 等人 1994 年和 Neville 等人 1993 年在 E. Dabrowska 的 "Language, Mind an Brain" 2004 年論文中引用，第 57 頁），患有威廉氏綜合徵 (WS) 的人也沒有語言優勢半球。WS 患者有很多身體和精神障礙，但與他們的其他（較差）認知能力相比，他們表現出非常好的語言技能。這些技能並不依賴於一個優勢半球，而是兩個半球都做出同等貢獻。因此，儘管大多數人的語言處理優勢半球是左半球，但這種優勢也存在多種例外。Dabrowska (p. 57) 認為，大腦中存在不同的“組織可能性”，這表明大腦的組織結構可能不如人們普遍認為的那樣天生固定的。
本節將解釋語言在哪裡以及如何處理。為了避免與視覺過程交叉，我們首先將重點放在口語上。科學家已經開發出三種方法來獲取關於這個問題的資訊。前兩種方法基於腦病變，即失語症，而最近的方法則依賴於現代腦成像技術的結果。
神經學視角描述了語言為了被理解而遵循的路徑。科學家發現大腦內部存在著具體的區域，負責語言處理的具體任務。最著名的區域是布羅卡區和韋尼克區。
布羅卡失語症
最著名的失語症之一是布羅卡失語症，會導致患者無法流利地說話。此外，他們在產出單詞方面存在很大困難。然而，這些患者的理解能力相對完整。由於這些症狀不是由發聲肌肉的運動問題引起的，因此大腦中負責語言輸出的區域必須受到損傷。布羅卡發現，導致流利言語的大腦區域負責語言輸出，必須位於額葉腹側，位於運動皮層之前。最近的研究表明，布羅卡失語症也源於皮質下組織和白質，而不僅僅是皮質組織。
| 自發性言語示例 - 任務：你在這張圖片上看到了什麼？ |
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| “哦，是的。那是男孩和女孩……以及……一輛……汽車……房子……燈柱（柱子）。狗和一隻……船。那是……嗯……一個……咖啡，以及閱讀。那是……嗯……一個……那是男孩……釣魚。”（摘自《神經科學原理》第4版，2000年，第1178頁） |
韋尼克失語症
另一種非常著名的失語症被稱為韋尼克失語症，會導致相反的綜合徵。患有韋尼克失語症的患者通常說話非常流利，單詞發音正確，但它們毫無意義地組合在一起 - “詞語沙拉”是它最常被描述的方式。理解韋尼克失語症患者所說的話尤其困難，因為他們使用語義錯亂（在言語語義錯亂中用詞替換，在語義語義錯亂中用相似意義的詞替換，在音素語義錯亂中用音素替換）和新詞。對於韋尼克失語症，理解簡單句子是一個非常困難的任務。此外，他們處理聽覺語言輸入以及書面語言的能力也受到損害。瞭解一些關於大腦結構及其功能的知識，人們可以推斷出導致韋尼克失語症的區域位於顳葉、頂葉和枕葉的交界處，靠近海希爾回（初級聽覺區），因為所有接收和解釋感覺資訊的區域（後皮層），以及將感覺資訊與意義聯絡起來的區域（頂葉）都可能參與其中。
| 自發性言語示例 - 任務：你在這張圖片上看到了什麼？ |
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| “啊，是的，那是……幾個東西。那是女孩……解開……在船上。一隻狗……‘S是另一隻狗……嗯哦……長的……在船上。女士，那是年輕女士。一個男人他們正在吃飯。‘S是在那裡。這……一棵樹！一條船。不，這是一……這是一個房子。這裡……一塊蛋糕。還有……很多水。啊，好吧。我想我提到了那條船。我注意到那裡有一條船。我之前確實提到了……幾個東西下來，不同的東西下來……一隻蝙蝠……一塊蛋糕……你有一……“（摘自《神經科學原理》第4版，2000年，第1178頁） |
傳導性失語症
韋尼克認為，布羅卡區和韋尼克區之間的一種失語症，即傳導性失語症，會導致重複剛聽到的句子出現嚴重問題，而不是在言語理解和產出方面出現問題。事實上，患有這種失語症的患者表現出無法重複句子，因為他們經常出現音素語義錯亂，可能會替換或省略單詞，或者可能什麼都不說。研究表明，“連線線”，即韋尼克區和布羅卡區之間的弓狀束，在傳導性失語症的情況下幾乎總是受損。這就是為什麼傳導性失語症也被認為是一種斷開綜合徵（由於兩個連線的大腦區域之間的連線受損而導致的行為功能障礙）。
| 句子“糕點師很高興”的重複示例 |
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| “麵包師……/vaskerin/……呃……”（摘自《神經科學原理》第4版，2000年，第1178頁） |
皮質運動性失語症和全面性失語症
皮質運動性失語症是另一種由連線中斷引起的大腦損傷，與布羅卡失語症非常相似，不同之處在於保留了重複能力。事實上，患有皮質運動性失語症的人通常會患有回聲現象，即需要重複他們剛聽到的東西。通常患者的大腦在布羅卡區之外受到損傷，有時更靠前，有時更靠上。患有皮質感覺性失語症的個體與患有韋尼克失語症的個體症狀相似，區別在於他們表現出回聲現象。左半球大部分割槽域的病變會導致全面性失語症，從而導致無法理解和產出語言，因為不僅布羅卡區或韋尼克區受損。（Barnich，1997，第276-282頁）
| 失語症型別 | 自發性言語 | 語義錯亂 | 理解 | 重複 | 命名 |
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從神經學視角概述失語症的影響
（摘自 Benson，1985，第32頁，引自 Barnich，1997，第287頁）
自1960年代以來，心理學家和心理語言學家試圖解決語言如何在腦內組織和表達的問題。失語症患者為語言理解和產出的三個主要部分，即語音學、句法和語義，的位置和區分提供了有力的證據。
語音學
語音學處理的是由單純的聲音產生的有意義的言語部分。此外，還存在語音表示和音素表示之間的區別。後者意味著語音可以在不同的情況下以不同的方式產生。例如，pill中的/p/聽起來不同於spill中的/p/，因為前者/p/是送氣的，而後者不是。
檢查哪些部分負責語音表示，可以比較布羅卡失語症和韋尼克失語症患者。由於布羅卡失語症患者的言語特徵是不流暢的，即他們在產生聲音的正確語音和音素表示方面存在問題，而患有韋尼克失語症的人在流暢地說話方面沒有任何問題，但也在產生正確的音素方面存在問題。這表明布羅卡區主要參與語音學產出，並且音素和語音表示不會發生在大腦的同一部分。科學家在更精確的層面上檢查了言語產出，在音素的辨別特徵層面上，看看失語症患者在哪些特徵方面犯了錯誤。
辨別特徵描述了發音的不同方式和位置。例如，/t/（如touch）和/s/（如such）是在同一位置建立的，但以不同的方式產生。/t/和/d/是在同一位置以相同的方式建立的，但它們在發聲方面有所不同。
結果表明，在流暢和不流暢的失語症患者中，通常只混淆一個辨別特徵，而不是兩個。一般來說，與發音位置相關的錯誤比與發聲相關的錯誤更為常見。有趣的是，一些失語症患者很清楚兩個音素的不同特徵，但他們無法產生正確的聲音。這表明，儘管患者在正確發音方面存在很大困難，但他們對單詞的理解仍然很好。這是布羅卡失語症患者的特徵，而韋尼克失語症患者則表現出相反的症狀：他們能夠正確地發音，但不能理解單詞的含義。這就是為什麼他們經常說語音學上正確的單詞（新詞），但這些單詞不是有意義的真實單詞。
句法
語法描述了單詞如何排列才能形成有意義的句子的規則。一般來說，人類通常知道母語的語法，因此如果句子中的某個單詞順序出錯，就會說錯話。然而，患有失語症的人經常在句子的解析方面遇到困難，不僅在語言的產生方面，而且在句子的理解方面。患者表現出無法理解和產生句子，通常患有某種前失語症，也稱為無語法失語症。這可以透過句子測試來揭示。這些患者如果施事者和賓語都可以發揮主動作用，就很難區分主動語態和被動語態。例如，患者無法區分“男孩追女孩”和“男孩被女孩追”，但他們理解“男孩看到蘋果”和“蘋果被男孩看到”，因為他們可以尋求語義的幫助，而無需僅僅依靠語法。後失語症患者，例如韋尼克失語症患者，沒有表現出這些症狀，因為他們的言語是流利的。僅僅透過語法手段就能理解，但也要考慮語義方面。這將在下一部分討論。
語義
語義學處理單詞和句子的含義。研究表明，患有後失語症的患者在理解簡單文字方面存在嚴重問題，儘管他們對語法的瞭解是完整的。語義缺陷通常透過代詞測試進行檢查，代詞測試中患者必須指向簡單句子中提到的物體。正如人們可能猜到的那樣，患有前失語症的人在語義方面沒有問題，但他們可能無法理解更長的句子，因為此時對語法的瞭解也參與其中。
| 前失語症（例如布洛卡失語症） | 後失語症（例如韋尼克失語症） | |
| 語音學 | 語音和音位表示受影響 | 音位表示受影響 |
| 句法 | 受影響 | 沒有影響 |
| 句法 | 沒有影響 | 受影響 |
從心理角度概述失語症的影響
一般來說，對損傷患者的研究表明，前腦區域是言語輸出所必需的，後腦區域是言語理解所必需的。如上所述，前腦區域對於句法處理也更重要，而後腦區域則參與語義處理。但是，不可能對大腦的各個部位及其職責進行如此嚴格的劃分，因為後腦區域對於句子理解以外的事情也一定很重要，因為該區域出現病灶的患者既無法理解也無法產生任何言語。（Barnich，1997，第 283-293 頁）
自從 20 世紀 70 年代第一批腦成像技術開發以來，測量正常大腦和受損大腦的功能成為可能。藉助它們，我們能夠在受試者例如聽笑話時“觀察大腦的工作”。這些方法（將在第 4 章中進一步描述）表明了之前的發現是否正確且精確。
一般來說，成像顯示某些功能性大腦區域比腦損傷研究中估計的要小得多，並且它們的邊界更加清晰（參見 Banich 第 294 頁）。確切的位置因人而異，因此之前將許多腦損傷研究的結果彙總在一起會導致功能區域估計過大。例如，在癲癇手術期間對大腦組織進行電刺激並觀察結果（例如命名任務中的錯誤）使我們對語言處理區域的位置有了更深入的瞭解。
PET 研究（Fiez & Petersen，1993，如 Banich 第 295 頁所述）表明，實際上前腦區域和後腦區域在語言理解和處理中都被啟用，但強度不同——與病灶研究一致。實驗中所需的言語產生越活躍，主要的啟用越靠前：例如，當被呈現的單詞必須重複時。
另一個結果（Raichle 等人，1994，如 Banich 第 295 頁所述）是刺激的熟悉度起著重要作用。當受試者在熟悉的實驗任務中被呈現熟悉的刺激集並且必須重複它們時，前腦區域被啟用。已知這些區域在受損時會導致傳導性失語症。但當單詞是新的單詞，以及/或者受試者以前從未做過這樣的任務時，啟用記錄得更靠後。這意味著，當您重複一個意想不到的單詞時，工作最重的腦組織大約位於您左耳上方的某個地方，但當您知道這個單詞是下一個要重複的單詞時，它會更靠近您的左眼。
書面語言的處理是在我們閱讀或寫作時進行的，人們認為它發生在與聽覺語言處理不同的神經處理單元中。閱讀和寫作分別依賴於視覺，而口語首先由聽覺系統介導。負責書面語言處理的語言系統必須與參與口語處理的不同感覺系統進行互動。
一般來說，視覺語言處理始於將字母的視覺形式（“c”或“C”或“c”）對映到抽象的字母標識。然後，這些字母標識對映到單詞形式和相應的語義表示（單詞的“含義”，即它背後的概念）。對因腦損傷而失去語言能力的患者的觀察導致了不同的疾病模式，這些模式表明視覺語言的感知（閱讀）和產生（寫作）之間存在差異，就像在非視覺語言處理中發現的那樣。
失讀症患者能夠寫作，但無法閱讀，而失寫症患者能夠閱讀，但無法寫作。雖然失讀症和失寫症通常一起發生，是角回損傷的結果，但發現了一些患者存在失讀症而沒有失寫症（例如 Greenblatt 1973，如 M. T. Banich，“神經心理學”第 296 頁所述），或者存在失寫症而沒有失讀症（例如 Hécaen & Kremin，1976，如 M. T. Banich，“神經心理學”第 296 頁所述）。這是一種雙重分離，表明閱讀和寫作有獨立的神經控制系統。
由於在語音失讀症和表面失讀症中也發現了雙重分離，因此實驗結果支援了語言產生和感知分別被細分為獨立的神經迴路的理論。雙通道模型展示了人們認為這兩個神經迴路是如何為從書面詞語到思想以及從思想到書面詞語提供路徑的。
本質上，雙通道模型包含兩個通道。它們中的每一個都以不同的方式推匯出單詞的含義或含義的單詞，具體取決於我們對該單詞的熟悉程度。
使用語音通道意味著在感知和理解書面語言之間有一箇中間步驟。當我們利用音素-音位規則時，就會出現這個中間步驟。音素-音位規則是一種確定給定音素的語音表示的方法。音素是單詞中最小的書面單位（例如“shore”中的“sh”），代表一個音位。另一方面，音位是單詞中最小的語音單位，它將一個單詞與另一個聽起來相同的單詞區分開來（例如“bat”和“cat”）。學習閱讀或遇到新單詞的人經常使用語音通道來獲得語義表示。他們為每個音素構建音位，然後將各個音位組合成與特定含義相關的音型（參見 1.1）。
直接通道應該在沒有中間語音表示的情況下工作，這樣印刷直接與詞語含義相關聯。當閱讀“colonel”這樣的不規則單詞時，需要使用直接通道。應用音素-音位規則會導致錯誤的語音表示。
根據 Taft（1982，如 M. T. Banich，“神經心理學”第 297 頁所述）和其他人的說法，直接通道應該比語音通道更快，因為它不使用“語音繞道”，因此據說用於已知單詞（參見 1.1）。然而，這只是一個觀點，其他人，例如 Chastain（1987，如 M. T. Banich，“神經心理學”第 297 頁所述），假設即使在熟練閱讀者中也依賴於語音通道。
可以區分出幾種失讀症，通常取決於語音通道或直接通道是否受損。患有腦損傷的患者參與了實驗，在實驗中他們必須讀出單詞和非單詞以及不規則單詞。例如，非單詞的閱讀需要訪問語音通道，因為對於這種字母組合沒有“儲存”的含義或聲音表示。
左半球顳葉結構（確切位置不同）出現病灶的患者患有所謂的表面失讀症。他們表現出以下特徵性症狀，表明他們強烈依賴於語音通道：非常常見的是規則性效應，即對拼寫不規則的單詞（如“colonel”或“yacht”）的發音錯誤（參見 1.2）。這些單詞的讀音是根據音素-音位規則發音的，儘管在某些情況下可能保留了高頻拼寫不規則的單詞，但根據語音通道的發音仍然是錯誤的。
此外，一個詞的潛在發音會反映在閱讀理解錯誤中。當被要求描述“bear”這個詞的意思時，患有表面失讀症的人會回答類似“一種飲料”之類的東西，因為“bear”的最終聲音模式對於這些人來說與“beer”相同。這種特徵與混淆同音異義詞（發音相同但拼寫不同且含義不同的詞）的趨勢相一致。然而，這些人仍然能夠閱讀拼寫規則的非詞，因為他們可以將音素-音位規則應用於這些非詞。
相比之下，語音失讀症的特點是由於左半球更後部的顳葉結構的病變，導致語音通路受損。患者可以透過利用與特定視覺形式相關的含義的儲存資訊來閱讀熟悉的規則詞和不規則詞（因此與表面失讀症不同，沒有規則性影響）。然而，他們無法處理未知詞或非詞，因為他們必須依賴直接通路（參見 1.3）。
詞類效應和形態學錯誤也很常見。例如，名詞比功能詞和有時甚至比動詞更容易讀。不改變詞語語法類別或含義的詞綴（屈折詞綴）經常被替換（例如，“farmer”代替“farming”）。此外，具體詞比抽象詞（如“freedom”）的錯誤率更低（具體性效應）。
深度失讀症與語音失讀症有許多症狀特徵，例如無法讀出非詞。與語音失讀症一樣，患者在詞語變格以及功能詞上也會犯錯誤，並且在抽象詞上表現出基於視覺的錯誤（“desire”→“desert”）。除此之外，患有深度失讀症的人會將詞語誤讀為具有密切相關含義的不同詞語（“woods”代替“forest”），這種現象被稱為語義錯誤讀。Coltheart（如“神經語言學手冊”第 41-3 章，第 563 頁所述）認為，深度失讀症的閱讀是由右半球介導的。他認為，當影響閱讀以外語言能力的大病變阻止了對左半球的訪問時，就會使用右半球的語言庫。儲存在那裡的詞彙條目被訪問並用作左半球輸出系統的輸入。
書面語言在拼寫中的處理
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就像閱讀一樣，人們認為存在兩個獨立的通路——語音通路和直接通路。語音通路應該利用音素-音位規則，而直接通路將思維與寫作聯絡起來，沒有中間的語音表示（參見 1.4）。
這裡應該注意的是，音素-音位規則（用於拼寫）與音位-音素規則之間存在差異，因為兩者並不僅僅是彼此的逆轉。在“k”音素的情況下，最常見的音位是 /k/。然而，音位 /k/ 最常見的音素是“c”。語音失寫症是由左上緣回病變引起的，左上緣回位於 Sylvian 裂的後部上方（M. T. Banich，“神經心理學”，第 299 頁）。書寫規則詞和不規則詞的能力得以保留，而書寫非詞的能力卻沒有。這與詞綴檢索能力差（詞綴沒有在詞彙中儲存）相一致，表明無法透過音素-音位規則將口語與它們的正字法形式聯絡起來。患者依賴直接通路，這意味著他們使用儲存在詞彙記憶中的正字法詞形表示。後頂葉和頂枕交界處病變會導致所謂的詞彙失寫症，有時也被稱為表面失寫症。顧名思義，它與表面失讀症相似，即患者難以訪問單詞的詞彙-正字法表示。詞彙失寫症的特點是不規則詞拼寫較差，但規則詞和非詞拼寫良好。當被要求拼寫不規則詞時，患者經常會犯規則化錯誤，因此該詞的拼寫是語音正確的（例如，“whisk”會被寫成“wisque”）。最好的連線方式是用大寫字母來表達你想要傳達的詞語，以便讀者理解。
來自高階神經科學方法的證據
[edit | edit source]我們如何找到支援雙通路理論的證據？到目前為止，神經科學研究還無法確定是否存在代表像上面描述的系統那樣的神經迴路。尋找支援視覺語言處理採用雙通路而不是單通路（例如，Seidenberg & McClelland 在 M. T. Banich，“神經心理學”，第 308 頁中提到的）的證據的難題在於，尚不清楚什麼特徵的大腦活動能夠表明它是發生在雙通路還是單通路上的。為了研究是否存在一個或兩個系統，神經影像研究檢查了被認為是書面語言處理中一個關鍵大腦區域的角回的啟用與其他大腦區域的啟用之間的相關性。研究發現，在閱讀非詞（這將強烈地啟用語音通路）時，啟用主要與參與語音處理的大腦區域相關，例如顳上區（BA 22）和 Broca 區。在閱讀正常詞（這將強烈地啟用直接通路）時，最高激活出現在枕葉和腹側皮層。這至少可以暗示存在兩個不同的通路。然而，這些結論是從最高相關性中得出的，並不能確保這個假設。神經影像研究的確證實的是，語音通路和直接通路的利用有很大程度的重疊，這並不令人驚訝，因為流利的說話者很可能會混合使用這兩種通路。其他研究還提供了資料，其中在閱讀非詞和閱讀正常詞時啟用的大腦區域不同。ERP 研究表明，左半球擁有一些機制，可以對字母串中的組合，或者對它的正字法和/或對字母串的語音表示做出反應。在早期分析字母串的視覺形式時，如果字母串代表一個正確的詞語或只是可發音的無意義詞，則 ERP 波形會發生差異（Posner & McCandliss，1993 年，如 M.T. Banich，“神經心理學”，第 307-308 頁所述）。這表明該機制對正確或錯誤的詞語敏感。
相反，右半球與左半球不同，不參與詞語含義的抽象對映，而是負責編碼詞語特定的視覺形式。ERP 和 PET 研究提供了證據表明，右半球對類似字母的字串的反應比左半球更強烈。此外，分割視野研究表明，右半球比左半球更能區分相同字母的不同形狀（例如，用不同的筆跡）。視覺語言處理在兩個半球的貢獻是，右半球首先識別一個書面詞為字母序列，無論它們看起來有多麼不同，然後左半球的語言網路建立起一個抽象的詞語表示，即對詞語的理解。
其他符號系統
[edit | edit source]大多數神經語言學研究關注英語的產生和理解，無論是書面語還是口語。然而，從神經科學的角度來看不同的語言系統可以證實和區分已知的語言處理理論。以下部分展示了三種符號系統的神經學研究（每個系統在某些方面都不同於英語）是如何使我們能夠區分——至少在一定程度上——處理語言模式的大腦區域（因此可能因語言而異，具體取決於所討論的語言是口語還是手語）與似乎對一般語言處理都必不可少的大腦區域——無論我們處理的是手語、口語，甚至音樂語言。
平假名和片假名
[edit | edit source]平假名和片假名是日語中並行使用的兩種書寫系統。由於它們在表示詞語時採用了不同的方法，因此研究患有失讀症的日語患者是檢驗關於存在通往意義的兩種不同通路的假設的一個很好的機會，這些假設在上一節中已經闡述過。
英語書寫系統是語音的——英語書寫中的每個音素大致代表一個語音——子音或母音。然而，還有其他可能的方法來寫下口語。在日語平假名等音節系統中，一個音素代表一個音節。如果英語書寫是音節的，它可以包括一個表示音節“nut”的符號，它同時出現在“donut”和“peanut”這兩個詞中。音節系統是基於聲音的——因為音素代表口語單位而不是直接的意義，所以必須建立單詞的聽覺表示才能獲得意義。因此，音節系統的閱讀應該需要一個完整的語音通路。除了平假名之外，日語還使用一種叫做漢字的表意文字書寫系統，其中一個音素代表一個完整的詞語或一個概念。與語音系統和音節系統不同，表意文字系統不包含視覺形式與其發音方式之間的系統化關係——相反，視覺形式直接與對應詞語的發音和含義相關聯。因此，漢字的閱讀需要直接通往意義的通路是完整的。
關於存在兩種不同意義路徑的假設，已被腦損傷後可能出現的假名和漢字雙重分離現象所證實。一些日本患者可以閱讀假名但不能閱讀漢字（表面失讀症），而另一些患者可以閱讀漢字但不能閱讀假名（語音失讀症）。此外，有證據表明，日本母語人士在閱讀假名和漢字時，不同的腦區會活躍，儘管像英語母語人士一樣，這些區域也存在重疊。
由於直接路徑和語音路徑之間的區別在日語中也有意義，這可能是一個適用於所有書面語言的一般原則，即閱讀它們依賴於兩個獨立的（至少部分獨立的）系統，這兩個系統都使用不同的策略來理解書面詞的意義——要麼直接將視覺形式與意義聯絡起來（直接路徑），要麼使用聽覺表徵作為視覺形式和詞義之間的中介（語音路徑）。
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從語言學的角度來看，手語與口語共享許多特徵——存在許多區域性的手語，每種手語都有獨特的語法和詞彙。同時，手語與口語在“表達”方式上有所不同，即在形式上有所不同，因此對它們進行神經科學研究可以得出寶貴的見解，以回答是否存在與語言相關的通用神經機制，無論其形式如何。
手語的結構
手語是語音語言——每一個有意義的手勢都由多個音位（音位曾經被稱為音位（希臘語 χερι: 手），直到它們在認知上等同於口語中的音位）組成，這些音位本身沒有意義，但對於區分手勢的意義至關重要。手語音位的一個顯著特徵是發音部位——同一個手形在眼部、鼻部或下巴部位發出時可能具有不同的含義。其他決定手勢意義的特徵包括手形、掌心方向、動作和非手動標記（例如面部表情）。
為了表達語法關係，手語利用了產生手勢的視覺空間介質的優勢——因此手語的語法結構通常不同於口語。大多數手語語法的兩個重要特徵（包括美國手語 (ASL)、德國手語 (DGS) 和其他幾種主要手語）是方向性和資訊的同步編碼。
- 方向性
手勢的方向通常決定句子的主語和賓語。手語中的名詞可以“連線”到空間中的一個特定點，之後在話語中可以透過再次指向同一個點來指代它們（這與英語中的代詞在功能上相關）。然後可以透過改變及物動詞手勢的方向來改變賓語和主語。
- 資訊元素的同步編碼
視覺介質還使人們能夠同時編碼多條資訊。例如，考慮句子“航班很長，我並不享受”。在英語中，關於航班時長和令人不快的資訊必須透過在句子中新增更多單詞來順序編碼。為了在句子“航班很長”中新增關於航班令人不快的資訊，必須在原始句子中新增另一個句子（“我不享受它”）。因此，為了傳達更多資訊，原始句子的長度必須增加。然而，在手語中，話語中資訊的增加並不一定導致話語長度的增加。為了傳達關於過去經歷的長途航班令人不快的資訊，人們只需使用帶過去時標記的“航班”單一手勢，以代表“長”屬性的方式移動手勢，並結合不快的面部表情。由於所有這些特徵都是同時簽署的，因此與“航班很長”相比，“航班很長，我並不享受”並不需要額外的時間來表達。
手語的神經學
由於手語中的句子是透過視覺編碼的，而且它的語法通常基於不同手勢之間的視覺關係而不是順序關係，因此可以認為手語的處理主要依賴於右半球，右半球主要負責視覺和空間任務的執行。然而，有證據表明，手語和口語的處理可能同樣依賴於左半球，即相同的基本神經機制可能負責所有語言功能，無論其形式如何（即語言是口語還是手語）。
左半球在手語處理中的重要性可以透過以下事實得到證明：右半球受損的籤語者可能不是失語症患者，而像聽覺者一樣，籤語者左半球的病變會導致輕微的語言困難（Gordon, 2003）。此外，對失語症母語籤語者的研究表明，左半球前部的損傷（布羅卡區）會導致類似於布羅卡失語症的綜合徵——患者喪失了交流的流暢性，他們無法正確使用語法標記和動詞變位，儘管他們簽署的單詞在語義上是合適的。相反，顳上回後部損傷的患者（韋尼克區）仍然可以正確地變位動詞，從話語位置設定和檢索名詞，但他們簽署的序列沒有意義（Poizner, Klima & Bellugi, 1987）。因此，就像口語一樣，左半球的前部和後部似乎分別負責語言的語法和語義。因此，對於大腦的“語法處理機制”來說，語法是透過空間標記同時傳遞的，還是透過單詞順序和新增到單詞中的詞素依次傳遞的，這並不重要——在兩種情況下，相同的底層機制可能負責語法。
對口語和手語相同底層機制的進一步證據來自使用 fMRI 對以下語言處理進行比較的研究：
- 1. 從出生就失聰的英國手語母語籤語者，
- 2. 聽覺英國手語母語籤語者（通常是聾啞父母的聽覺孩子），
- 3. 青春期後學習英國手語的聽覺籤語者，
- 4. 非籤語者。
研究這些不同群體中的語言處理可以區分影響大腦語言組織的不同因素——例如，失聰對大腦語言組織的影響程度與僅僅將手語作為第一語言相比如何（1 vs. 2），或者將手語作為第一語言的學習與將手語作為母語學習有何不同（1,2 vs. 3），或者與籤語者相比，語言在說話者中的組織程度如何（1,2,3 vs. 4）。
這些研究表明，左半球的典型區域在給定書面刺激的英語母語人士和給定手勢刺激的母語籤語者中都被啟用。此外，還有一些區域在失聰者處理手語和聽覺者處理口語時都同樣被啟用——這一發現表明，這些區域構成了核心語言系統，無論語言形式如何（Gordon, 2003）。
然而，與說話者不同的是，籤語者也表現出右半球的強烈啟用。這部分是由於需要處理視覺空間資訊。然而，其中一些區域（例如角回）只在母語籤語者中被啟用，而在青春期後學習手語的聽覺者中沒有被啟用。這表明學習手語（以及一般語言）的方式隨著時間而改變：後期學習者的大腦無法招募某些專門用於處理這種語言的腦區（Newman 等人，1998）。]
我們已經看到，失語症和神經影像學證據表明，相同的神經機制負責手語和口語。自然會問這些神經機制是否更普遍，即它們是否能夠處理任何型別的符號系統，這些符號系統構成某種語法和語義。這種更普遍的符號系統的例子是音樂。
與語言一樣，音樂是人類的普遍現象，涉及一些組合原則，這些原則支配著離散元素（音調）組織成結構（短語）的過程，這些結構傳達某種意義——音樂是一種具有特殊語法和語義的符號系統。因此，人們不禁要問，音樂和自然語言是否共享某些神經機制：音樂的處理是否依賴於語言的處理，反之亦然，或者它們背後的底層機制完全獨立。透過研究音樂背後的神經機制，我們可能會發現語言背後的神經過程是否僅限於自然語言領域，即語言是否模組化。到目前為止，對音樂神經生物學的研究得出了關於這些問題的相互矛盾的證據。
一方面，有證據表明語言和音樂能力存在雙重分離。患有音樂失認症的人無法感知和聲，無法記住和識別即使是最簡單的旋律；但同時他們在理解或表達言語方面沒有任何問題。甚至有一位患者在沒有失語症的情況下出現了音樂失認症，也就是說，雖然她無法識別音樂序列中的音調，但她仍然可以利用音調、響度、速度或節奏來表達口語中的含義（Pearce，2005）。這種對音樂處理的高度選擇性問題（音樂失認症）可能是由於腦損傷造成的，也可能是先天性的；在某些情況下，它在家庭中遺傳，表明存在遺傳因素。音樂失認症的補充綜合徵也存在——俄羅斯作曲家謝巴林在左半球腦損傷後失去了言語功能，但他的音樂能力卻完好無損（Zatorre, McGill, 2005）。
另一方面，神經影像資料表明，語言和音樂在處理句法結構方面存在共同機制。在布羅卡區測量的 P600 事件相關電位 (ERP) 對不語法句子的反應，在聽取缺乏和聲的音樂和絃序列的受試者中也會出現（Patel，2003）——因此，對典型音樂序列的預期可能是由與對語言中語法序列的預期相同的腦機制介導的。
對這種明顯矛盾的一個可能的解決方案是雙系統方法（Patel，2003），根據該方法，音樂和語言共享一些程式性機制（額葉腦區），這些機制負責處理句法的普遍方面，但在兩種情況下，這些機制都在不同的表徵（後腦區）上執行——音樂中的音符和語言中的單詞。
展望
[edit | edit source]還有許多問題需要解答，例如，目前尚不清楚是否存在一個獨立的語言模組（可以將其切除而不會影響大腦其他功能）。正如埃夫林·C·費斯特爾 (Evelyn C. Ferstl) 在她的綜述中指出的那樣，在探索負責語言處理子任務的不同小區域之後，下一步將是找出這些區域如何協同工作並構建語言網路。
參考文獻及進一步閱讀
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英文書籍
- Brigitte Stemmer, Harry A. Whitaker. 神經語言學手冊. Academic Press (1998). ISBN 0126660557
- Marie T. Banich: 神經心理學. 心理功能的神經基礎 (1997)。
- Ewa Dąbrowska: 語言、心靈與大腦. 愛丁堡大學出版社 (2004)
- 綜述: Evelyn C. Ferstl, 文字理解的功能性神經解剖學. 迄今為止的故事是什麼？" 來自：Schmalhofer, F. & Perfetti, C. A. (Eds.), 大腦中的高階語言過程：推理和理解過程. Lawrence Erlbaum. (2004)
德語書籍
- Müller, H.M. & Rickert, G. (Hrsg.): 語言的神經認知. Stauffenberg Verlag (2003)
- Poizner, Klima & Bellugi: 手指揭示大腦的奧秘. 麻省理工學院出版社 (1987)
- N. Chomsky: 語法理論的方面. 麻省理工學院出版社 (1965). ISBN 0262530074
- Neville & Bavelier: 經驗對大腦特化發展的影響的差異性：來自聾人研究的見解. 華盛頓特區：美國政府印刷局 (1998)
- Newman 等：習得年齡對美國手語皮層組織的影響：一項 fMRI 研究. NeuroImage, 7(4), part 2 (1998)
英文連結
- Robert A. Mason 和 Marcel Adam Just: 大腦如何處理文字中的因果推斷
- Neal J. Pearlmutter 和 Aurora Alma Mendelsohn: 序列與並行句子理解
- 將陳述與先前閱讀的文字聯絡起來的大腦過程：記憶共鳴和情境構建
- Clahsen, Harald: 詞彙條目和語言規則：一項對德語詞形的跨學科研究。
- Cherney, Leora (2001): 右半球腦損傷
- Grodzinsky, Yosef (2000): 語法的腦神經學：沒有布羅卡區的語言使用。
- Müller, H.M. & Kutas, M. (1996). 名詞的意義何在？口語名詞、專有名詞和自己名字的電生理差異。 NeuroReport 8:221-225。
- Müller, H. M., King, J. W. & Kutas, M. (1997). 口語關係從句引起的事件相關電位 認知腦研究 4:193-203。
德語連結
- 比勒費爾德大學
- Müller, H. M., Weiss, S. & Rickheit, G. (1997). 實驗神經語言學：語言與大腦之間的聯絡 在：Bielefelder Linguistik (Hrsg.) Aisthesis-Verlag, pp. 125–128。
- Müller, H.M. & Kutas, M. (1997). 專有名詞和普通名詞的處理：一項電生理研究。 在：G. Rickheit (Hrsg.). 臨床語言學研究——方法、模型、干預. Opladen: Westdeutscher Verlag, pp. 147–169。
- Müller, H.M., King, J.W. & Kutas, M. (1998). 對不同工作記憶負荷下自然語言句子的處理進行電生理分析。 臨床神經生理學 29: 321-330。
- Michael Schecker (1998): 神經元對核心語言處理過程的“編碼” --> 爭論 (僅限批評)
組織問題
[edit | edit source]2007 年的組員
- 向所有人傳送電子郵件
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2006 年的組員
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