认知控制的神经基础

3.4　认知控制的神经基础

目前心理语言学研究的重点是某一独立语言的表征和使用。然而，大部分人已经不限于只说一种语言，而且人们越来越多地把研究的焦点放在多种语言表征和加工的方式上。Grosjean（2001）曾强调双语制并不能单纯地理解成是两种独立语言的总合，因此，一种语言的产生模式不能解释双语产生的特殊性。双语者是把概念表征与两种使用不同语法体系的不同的词汇表征连接起来（Francis，1999）。熟练双语者的词汇－语义体系主要体现在表示相关或指定概念的词汇和句法以及词形上。那么，双语者通过哪种加工方式可以用目标语对物体进行正确的语言描述呢？

与单语者相比，双语者在给物体命名上的反应时较慢，但在语义划分词类，比如人造词或正常词的表现上，二者并无差异（Gollan，et al.，2005）。物体命名反应时滞后说明双语者并没有专门对一种语言进行练习的经验。他们心理词汇中的词语提取频率处于较低水平。其他研究结果也表明，双语者更容易出现“词在唇边现象”（tip－of－the－tongue phenomena）。这一现象的表现是：说话者不能说出某个单词，但是认为自己肯定知道那个单词，觉得它就在自己唇边，只是说不出来，同源词和专有词除外（Meuter，et al.，2002）。通常情况下，双语者能用任意一种语言表述同一种物体。

对双语者而言，要实现交流目的的表达和理解很可能是一种本能的冲突过程，也就是说，他们必须控制或运用相互冲突的语音、句法以及韵律原则。在阅读过程中，他们要通过不同的拼字原则把单词转化成语音。尤其是词汇结节或词条，比如，针对不同的语言选择要求不同句法的词汇概念。如果这种冲突存在，那么双语者可能会非常熟练地对各种非言语任务中的冲突进行选择（Konishi，et al.，2003）。

3.4.1　抑制模型的提出

Green提出了抑制模型，最清晰地表述了双语者言语产生过程中的抑制加工。该模型认为，双语者言语产生中的词汇提取在词条水平上完成，并且与语言标记的使用密切相关。语言标记是双语者内在心理表征的一部分，它的存在用以表明被激活的词汇是属于哪种语言的，或者说用以表明词汇的语言身份。在被激活的两种语言的词汇中，语言任务图式（language task schema）将那些语言标记与目标语言标记不一致的词汇（即非目标语言的词汇）加以抑制，以保证目标语言词汇的提取。而被抑制的非目标语言的词汇可以再次被激活。据此，抑制模型也提出了两个非常有意义的假设。第一个假设是：抑制效应与被抑制单词的激活水平呈比例关系，对一种语言的抑制程度取决于双语者这种语言的流畅性。比如说，我们一般都认为双语者的L1是相对于L2的优势语言，那么，L2词汇的激活水平会比L1低。因此，当用L1表达时，并不需要对L2有很多的抑制；反之，当用L2表达时，则需要对L1有较多的抑制以保证对L2词汇的提取。第二个假设是：克服抑制需要时间。也就是说，对一种语言词汇的抑制会对后来这种语言词汇的再激活产生影响。从一个已被抑制的词库中提取词汇会相对困难，因为这会需要更多的时间去克服这种抑制。那么，对一种语言的词汇的抑制越多，要克服这种抑制就显得越困难。根据抑制模型的观点，词汇选择要考虑所有被激活的词汇，而与其属于哪种语言无关。因此，抑制模型一般被看做是非特定语言的模型。

根据抑制性控制模型，这种冲突的解决需要依靠行为控制和非目标语（Sohn，et al.，2000）。但是冲突的程度和本质及其解决方法一直以来备受争议，很多行为数据并不能给出合理的解释。现在可通过两种不同的范式来研究：图片命名范式和语言转化范式。这两种范式的数据类型并不单纯依靠记录功能词频。当双语者说母语时，功能词频可能会说明词语使用程度或检索难度，但这并不能解释他们如何解决双语冲突。功能成像技术为研究语言的表征和控制提供了可靠的方法，它能清晰地展示行为背后的神经机理，并帮助我们辨别特定任务下的脑激活区，通过正常脑激活的类型或结合失语症患者的数据分析来研究语言的表征及使用。

语言控制或缺乏语言控制，对双语者可以有重要的影响。例如，Fabbro等人（2000）发现了双语病人（FK）额叶皮层包括前扣带发生病变后无法控制意大利和弗留利语的转码。虽然在这两门语言中都没有发现明显的病状，但是FK说出的话语中至少有40%是不恰当的。另一个乌尔都语－英语额叶受损病人用一种语言转换模式接受了测试（Meuter，et al.，2002）。当需要从强势语言转换到非强势语言时，他的很多错误反应都是强势语言习惯所致。Meuter提出，病人的额叶损伤导致无法抑制他的强势语言（Meuter，et al.，2002）。由于缺乏失语症的症状，这些患者的情况就支持一个假设，语言间转码是独立于语言系统之外的，它是靠一个涉及额叶皮层的执行控制机制来控制的。

但是，依然存在的问题是，这个控制反应机制是否涉及抑制非目标语言，如控制抑制模型提出的那样。反应抑制的意思是，只有语言在非目标语言中的意思被激活了，抑制才发生了作用（Hermans，1998）。最近，Costa和Santesteban（2004）提出，只有非熟练双语者才依靠抑制控制，而熟练双语者则高度依赖特定语言选择机制进行词汇选择。用一种语言转换的范例，他们发现高度熟练的加泰罗尼亚语－西班牙语双语者在L1和L2之间进行转换时没有显示出不对称的转换耗损。

这符合抑制控制的说法，因为语言能力的差异小，那么抑制两门语言的耗损差异也小。然而，这些熟练的被试在L1和不太熟练的L3之间转码耗损也是对称的。Costa和Santesteban（2004）建议，当双语者形成了特定语言选择机制，它将适用于任何语言，不论熟练程度如何。最近，Costa等采用相同的模式对熟练双语者进行了实验，发现这些参加测试的被试在L2和L3之间转换时用了对称的转换耗损（Costa，et al.，2006），这也就支持了他以前的结论。然而，当被试在L3和L4之间转码或者在L1和最近刚学的语言之间转码时，耗损不对称。显然，即使熟练双语者真的形成了特定的语言选择机制，这个机制的适用范围也是有限的。

3.4.2　语言转换与控制抑制理论

双语的语言控制可以用所谓的语言转码范例来研究。在这个范式中，被试要求根据颜色的提示用L1或是L2来命名数字或者图片。这样就产生了语言转码（L1到L2，L2到L1）。转码的耗损用有转码命名的时间和没有转码命名的时间差来衡量。根据Green（1998）的观察，如果从L1转码到L2，那么当时已经激活了的模式必须被抑制，而之前被抑制的模式必须被重新激活。这就有了从一门语言到另一门语言的耗损，而且，这种耗损是不等额的。从L1转码到L2比从L2转码到L1要容易，因为L1相对难抑制，所以也需要更多的时间来再次激活。为什么L1比L2受抑制的程度更深？Green认为是因为L1通常都处于激活状态，所以当要使用L2时需要更多努力才能被抑制。

支持这一观点的实验有Meuter和Allport（1999）的语言转码实验。他们用实验证实了任务惯性假说。这一假说认为，如果要使用相对弱势的语言，那么任务设定就必须能够抑制强势语言。如果刺激是从弱势语言转到强势语言，那么在可以顺利使用弱势语言前，必须克服强势语言的干扰。Meuter和Allport（1999）把这一结论应用到语言转码上，并且观察到不等量的转码耗损，L1比L2耗损更大。Jackson等人（2001）也发现了要通达L2必须抑制L1。他们记录了在语言转码时的ERP数据。这些数据显示克服L1比L2要消耗更多。他们还发现需要转码语言的刺激比那些不用转码语言的刺激表现出稍高的前皮质否定性。而从L1转换的L2，差异性显著；L2转换到L1差异不显著。这种否定性被视为一种N2成分。

在go／no－go实验中，N2通常在不需要做反应（no－go）的任务上发现。N2可观察到作为刺激呈现后往否定性转换的一个点，其中要跨过一个250～350ms的峰值。这一效应被认为和抑制相关，最近被认为和反应冲突的监测相关。Jackson等人（2001）提出，这个否定性说明使用L2时L1被抑制的程度比反之要高，大脑的前面区域和语言转码有关。额叶皮层与一般的执行职能相关，如响应开关和反应抑制（Konishi，et al.，2003；Sohn，et al.，2000）。

语言之间转码可能会因此增加参与一般执行处理。这一观点得到了神经影像学研究的支持，研究中发现在语言转码时，背外侧前额叶皮层的激活增强了（Hernandez，et al.，2000；2001）。Hernandez等认为背外侧前额叶皮层起到减轻干扰的作用，而这一干扰是加强和抑制两种语言的结果。

3.4.3　认知控制的神经基础

认知控制的神经基础可通过神经成像来研究。大量研究结果表明，认知控制并不是由一个独立单元的脑系统实现的，而是由多个系统相互作用的结果，这些系统负责补充控制的功能（Gruber ＆Goschke，2004）。例如，在认知控制中有多种成分具有剔除相关环境中无关信息的能力，也就是干扰抑制（interference suppression），以及抑制不正确但又容易产生的反应的能力，也就是反应抑制（response inhibition）（Bunge，et al.，2002）。功能成像研究的结果表明，认知控制包括多个独立的神经系统：前额、顶下皮层和前扣带回（Botvinick，et al.，1999；Carter，et al.，1998；Middleton ＆St Rick，2000）。同样，基底神经节以及兴奋和抑制皮层也被认为参与认知控制和信息加工（Miller，1999）。

促进认知控制的主要神经构成是前额叶。前额叶被认为是神经皮层互相连接的核心区，它连接知觉、运动和联合皮层并具有丰富的皮层间和皮层下交互纤维联系（Botvinick，et al.，1999）。这种连通功能是，认知控制所需的大量信息的处理是一个理想体系。从解剖学的观点来看，前额叶包含的不同区域能促进特殊或某一特定的认知功能。额前正中皮层（ventromedial prefrontal cortex，VMPC，前额后面的一小片区域）参与决策过程，前额侧部参与工作记忆、行为规划、反应抑制、语言和注意。前额叶参与认知控制，采用top－down的模式，它能促进相关任务表征的加工（Miller ＆Cohen，2001），当一个双语者使用相对较弱的L2时，就能通过这种模式抑制对较强的L1的反应。

此外，人们还提出了主动控制提取（active－controlled retrieval）和自动提取（automatic retrieval）两个概念。主动控制提取需要前额下回的参与，而自动提取则不用（Petrides，1996）。主动控制提取指说话者有意愿并有意识地提取某一特殊信息（比如，想或说出一个单词），这种类型的提取方式是说话者根据指示产生的。主动控制提取和自动提取的区别在双语者身上体现尤为明显。一种叫做“非自动”语言，比如L2没有达到相当高的水平或熟练程度时，就需要前额下回的参与，因为L2的提取是在控制条件下进行加工的。另外，L1或掌握比较好的L2的词语产生并不需要前额下回的参与，因为这种提取是自动的。

前额叶并不是认知控制的唯一区域，因为认知控制并不是靠一个单独的体系完成的，它是多个体系相互作用的结果，是通过大脑网络实现的。例如，前额与顶叶联系紧密，并且这个回路影响着对冲突反应的选择（Schwartz ＆Goldman－Rakic，1984）。Bunge等人（2002）研究了这种冲突选择的神经机制，并发现左顶叶和前额叶之间并没有显著的联系，左顶叶只对那些有可能发生的反应起保持作用，而需要对冲突反应做出选择时，前额叶就会起到辅助作用。Badre和Wagner（2004）认为：可能是前额叶和前扣带回的不同性质导致了选择过程的分离，前额叶在反应冲突的条件下导致说话者做出反应，而前扣带回调节认知控制。功能成像研究结果表明：选择性注意、工作记忆、语言产生和控制信息加工等发生时，前扣带回都会被激活（Bush，et al.，2000）。前扣带回的最主要的任务是对信息加工中的冲突进行探测和标记。前扣带回的激活程度与给定认知任务中反应冲突的程度有直接的关系（Botvinick，et al.，2001）。产生反应冲突的原因可能是自然的或是认知任务引发的，没有某种反应是同时发生的，例如，在命名任务中，你不可能同时说“床”和“bed”。

冲突指相矛盾的两种反应同时被激活，比如，较经典的颜色Stroop实验和TOT现象以及顺序学习和工作记忆均同时激活左前额叶和前扣带回（Duncan ＆Owen，2000）。但也有观点表明，虽然这两个区域同时被激活，但是它们各自却发挥着不同的作用，前扣带回负责发现冲突性反应或信号，而前额叶主要是对冲突反应起控制作用（MacDonald，et al.，2000）。那么，在双语者进行语言加工时，这个复杂的脑网络是怎么工作的呢？两种语言的转化主要分为两步：个体必须抑制对当前任务（一种语言）的反应并且开始对其他相关任务（另一种语言）做出反应。前一种反应更多地激活前扣带回前部，而后一种则激活后部（Swainson，et al.，2003）。顶叶也参与了这一加工过程，Mvorach等人（2006）认为，顶叶主要起辅助作用，其中有顶叶辅助当前任务（语言），而左后顶叶辅助原任务（另一种语言）。

3.4.4　双语者基于注意网络的解决语言冲突的能力

双语者提取L2词汇的时间要多于提取L1词汇的时间，这是否是因为在提取L2词汇的过程中存在着来自L1的干扰？为了检验上述假设，Hermans（1998）考察了双语者在用L2／弱势语言进行词汇提取的时候，他们的L1／优势语言是否得到激活。在图画－词汇干扰实验中，母语为荷兰语的熟练荷－英双语者用英语命名图画。实验结果发现：当干扰词与图画名字有意义相关时，其命名时间长于无关条件下的命名时间；当干扰词与图画名字的翻译对等词有语音相关时，其命名时间长于无关条件下的命名时间。Hermans对这一结果的解释是：当双语者用L2／弱势语言进行词汇提取的时候，L1／优势语言的词库也得到了激活；被激活的L1词汇对L2词汇的提取产生了干扰，所以，双语者提取L2词汇的时间要多于提取L1词汇的时间。

处理冲突是人们进行信息加工的一个重要方面，神经心理学以及临床研究经常使用某些冲突范式来考察人们的冲突控制能力（Stins，et al.，2005）。冲突范式有很多种，大致分为：Stroop任务、Simon任务和Flanker任务。这三种任务在构成冲突的条件下，评估人们排除干扰、解决冲突的能力（Meuter ＆Allport，1999）。注意网络任务（attentional network task，ANT）属于Flanker任务下的一种冲突（Hermans，et al.，1998）。Bush等（2000）提出了注意网络。在脑内有其特定的解剖区域和生化机制，并将注意分为三个功能，即警觉（alerting）、定向（orienting）和执行控制（executive control）。警觉指维持一个灵敏状态以接受信息的传入，定向指从传入的感觉中选择信息，执行控制指解决反应中的冲突。ANT就是用来评估这三种功能的（详见图3.1）。

Costa等人（1999）比较了双语者和单语者ANT的表现。结果表明，双语者不仅任务完成得快，而且在警觉和执行控制表现上更为出色。不仅如此，双语者较单语者在完成两种语言转换时更容易，即表现出很强的冲突控制和解决冲突的能力。双语能够影响冲突的执行控制网络，当冲突类型由一致向不一致转换时，双语者和单语者有近乎相同的行为表现；而当刺激方向由不一致转向一致时，单语者的转码耗损（switching cost）要大于双语者，也就是说，判断结果转化为一致时的任务难度要比转化为不一致时的大，换句话说，冲突间的转码耗损越大，对双语的影响就越大。双语者对注意网络中的警觉网络和执行控制网络产生积极影响，同样也对注意能力的高低产生积极影响。因此，双语者较单语者具有更有效的解决语言冲突的能力。

图3.1　注意网络模型示意图