认知神经语言学:交叉学科的前沿领域

2026-01-19 来源:中国社会科学网-中国社会科学报

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  近年来,认知神经语言学取得了显著进展。作为语言学、认知科学和神经科学交叉的前沿领域,认知神经语言学的研究目标是深入探索语言理解、产出和使用的大脑机制。厘清认知神经语言学的研究现状,并对其未来研究进行展望,有助于进一步推动交叉学科的创新发展。

  研究领域
  认知神经语言学的研究主要涉及三个核心领域:语言的神经基础、语言处理机制以及双语/多语的处理。
  语言的神经基础研究通过先进的脑成像技术等探究与语言密切相关的脑区。近几十年的研究发现,人脑中的语言功能区不仅有位于左侧额下回、主要负责语言生成的布洛卡区,以及位于左侧颞上回、主要参与语言理解的威尔尼克区等特定区域,还涉及更广泛的大脑神经网络。关于语言的大脑神经网络研究揭示了大脑多个区域在语言处理中的协同整合功能,如额叶、颞叶和顶叶的不同部分在语言理解和产生过程中的相互作用。
  在语言处理机制方面,研究者致力于探索大脑如何实现语音识别、句法分析及语义理解。通过应用脑电图和脑磁图等技术,认知神经语言学研究聚焦于大脑如何识别并区分各种语音信号,并将它们映射到相应的语义和语法结构上。此外,相关研究还探讨了大脑如何在瞬息间构建句法结构并赋予其语义,从而揭示了大脑在处理复杂语言任务中的运作机制,为语法和语义的神经网络模型提供了关键依据。
  双语和多语言处理也是认知神经语言学的前沿研究领域,主要关注双语者/多语者的大脑如何在不同语言间管理与转换,以及不同语言的神经表征是否共享同一脑区等。例如,有关研究表明,双语者通过前扣带回和额下回等特定神经机制来管理语言转换。这些发现不仅深化了对双语者/多语者语言处理机制的理解,也为语言教学和康复提供了新启示。
  研究方法
  在认知神经语言学研究中,研究者采取了多种手段来探究语言理解、产出和使用的大脑机制,主要包括眼动追踪(Eye-tracking)、脑电图(EEG)、功能性磁共振成像(fMRI)和功能性近红外光谱成像(fNIRS)等技术。这些方法各具特色,各有优势。
  眼动追踪是一种通过记录和分析眼球运动轨迹来研究视觉和认知过程的技术。该技术利用红外光照射眼睛并检测反射光,精确测量眼球的位置和运动轨迹。眼动数据包括凝视点、凝视时间和扫视路径等,这些数据可以揭示读者在阅读、语言理解和生成过程中的注意力和信息处理方式。如通过监测凝视点和凝视时间,研究者发现,读者在遇到复杂句子结构或生僻词汇时会表现出较长的凝视时间和频繁的回视行为。这些行为反映了阅读过程中语言成分的处理难度。眼动追踪技术以高时间分辨率和非侵入性为特色,能够捕捉毫秒级的语言处理动态,适用于研究快速语言现象。并且,该技术在自然状态下对被试干扰较小,可在真实情境中进行(如自然阅读等),因而可提供真实阅读数据而无需过多干预。
  EEG是一种在头皮表面记录大脑神经元电活动的技术,因其高时间分辨率而在认知神经语言学研究中占据重要地位。EEG的基本原理是通过电极帽记录大脑不同区域的电活动,经放大、滤波处理后,转化为反映大脑活动的时间—电压数据并生成波形图。事件相关电位(ERP)分析是EEG数据处理的一种常用方法。该方法通过将多次重复实验的EEG信号进行叠加平均,从而捕捉与特定认知事件相关的电位变化,为研究语音、句法和语义处理提供了宝贵的数据。近年来,脑电解码分析在EEG研究中逐渐得到广泛应用。该方法是一种基于多变量模式分析(MVPA)的先进技术,通过训练机器学习算法,从EEG数据中预测被试的认知状态或任务条件。该技术不仅可以识别大脑在不同语言任务中的活动模式,还可以用于研究大脑不同区域在语言处理中的功能分工和协同作用。
  fMRI是一种研究大脑活动的技术,利用血氧水平依赖(BOLD)效应提供高空间分辨率的大脑活动图像。在认知神经语言学领域,fMRI被广泛应用于探索语言处理的神经基础及其与不同脑区的功能连接。基于fMRI技术,研究者通过检测脑区活动增加导致的血流量和氧合血红蛋白水平上升所改变的局部磁场,生成相关脑区的图像,从而确定参与特定语言任务的脑区并分析其在不同语言任务中的反应。功能连接分析是其中的关键技术之一,用于探索任务或静息状态下不同脑区的协同作用,即通过计算脑区BOLD时间序列的相关性,揭示脑区间的互动模式。此外,多变量模式分析(MVPA)和解码分析技术也是基于fMRI技术的认知神经语言学研究的重要方法。多变量模式分析可从fMRI数据中提取特征,进而预测个体在特定任务中的脑活动模式。解码分析通过训练机器学习模型,根据BOLD信号解码出被试在语言任务中的认知状态,进而预测并模拟其行为表现。
  fNIRS是一种非侵入性的脑成像技术,其原理是利用近红外光穿透头皮与颅骨后被脑组织吸收、散射的特性,通过检测大脑表层氧合血红蛋白与脱氧血红蛋白的浓度变化,提供大脑活动的高时间分辨率动态数据。fNIRS常用于探讨大脑在语言任务中的功能激活和连接。例如,通过对被试进行语言生成或理解任务的fNIRS测量,可以观察到特定脑区(如额叶和颞叶)的血氧水平变化,揭示这些区域在语言处理中的作用。此外,fNIRS还可以用于研究双语者在使用不同语言时的大脑反应,比较不同语言处理过程中脑区的激活模式。相较于fMRI,fNIRS设备更轻便、成本更低廉,适合在自然环境如课堂教学、社交互动及运动中进行研究。此外,fNIRS对运动伪影较为耐受,这使其成为研究幼儿和患有运动障碍个体的理想选择。
  认知神经语言学研究中各研究方法各具特色。眼动追踪可以细致捕捉视觉注意的动态,但在反映神经动态方面存在局限。EEG可以快速捕捉神经活动,但其空间分辨率较低。fMRI在提供高空间分辨率脑活动图像的同时,会因时间分辨率较低而限制其应用。fNIRS因其便携性而在自然环境中研究大脑语言处理过程时具有优势,但对深层结构的测量能力有限。因此,研究者需根据研究问题选择适宜的方法,或结合多种技术以获得更全面的研究数据。
  未来展望
  作为交叉学科的前沿研究领域,认知神经语言学正处于快速发展阶段。未来的发展方向将着眼于技术的进步、多模态研究方法的融合以及对复杂语言现象的深入探索。
  首先,脑成像技术的持续创新将极大提升认知神经语言学研究的分辨率和数据精度。例如,相较于传统3T fMRI,7T fMRI能够提供更高的空间分辨率,从而精细地观察大脑的细小结构和微观功能网络的活动。此外,光学成像技术增强及新型传感器的开发,进一步提高了fNIRS的空间分辨率和信噪比,使其在动态和自然环境下的应用更加广泛。
  其次,多模态研究方法的融合将为认知神经语言学研究提供更全面深入的视角。通过整合EEG、fMRI和fNIRS等技术,研究者能够同时获取大脑活动的时空动态信息,揭示语言处理的复杂时空动态。例如,结合EEG的高时间分辨率与fMRI的高空间分辨率,可以深入理解语言的生成与理解机制。此外,将眼动追踪与脑成像技术整合,可研究视觉注意与语言处理的关系,并提供大脑在自然阅读与听力任务中处理信息的详细数据。
  再次,针对个体差异与跨文化的研究有助于揭示语言处理的普遍机制及其独特性。随着脑成像技术的进步,研究者能够更精确捕捉个体在语言处理中独特的脑活动模式,深入理解这些差异对语言能力和障碍的具体影响。同时,跨文化研究有助于探索不同语言和文化背景对语言处理的影响,揭示大脑在适配不同语音系统和语法结构时的适应与可塑性。
  最后,计算模型和人工智能的应用将极大推动认知神经语言学的发展。通过构建复杂的神经网络模型,研究者可以模拟大脑的语言处理过程,从而检验理论模型的准确性和可靠性。机器学习算法和大数据分析技术的进步,将使研究者能够处理和分析海量的脑成像数据,发现隐藏的模式和规律。脑机接口(BCI)的发展也将为语言康复和增强技术提供新的途径,例如,通过解码大脑的语言信号,帮助失语症患者恢复交流能力等。
  综上,认知神经语言学的未来发展充满机遇也面临挑战。技术的持续进步和研究方法的创新促进了我们对大脑语言处理机制更全面、深入的理解,这不仅深化了对人类语言本质的认识,也为语言障碍的诊断与治疗等开辟了新路径。作为交叉学科的前沿领域,认知神经语言学将继续促进科学技术与人文的结合,为人类语言和认知研究带来重大突破。
  (作者系中国社会科学院语言研究所副研究员)
【编辑:崔晋(报纸) 李秀伟(网络)】