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科研进展
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  • 舒华教授、丁国盛教授参与eLife论文揭示中法儿童具有跨语言普遍性阅读神经回路
     
    文字的产生使得口耳相传的知识和经验得以记录和传承,对人脑的进化产生了革命性的影响。不同文化中的文字在设计规则、形音义之间的映射方式等方面都存在很大差异。有关人脑对不同文化的文字符号处理是否依赖一个普遍的阅读神经回路,一直存在分歧。近期,澳门官方电子游戏平台舒华教授、丁国盛教授参与完成的一项跨文化比较脑成像(fMRI)研究,为回答该问题提供了研究证据。
     
    该研究由北京师范大学、北京大学、法国巴黎高师和法国国家健康与医学研究院的研究者合作完成。研究者在中国北京和法国巴黎共招募96名小学儿童。根据学习的文字及阅读水平,这些儿童又分为四组:汉语正常发展儿童,汉语阅读困难儿童,法语正常发展儿童,法语阅读困难儿童。研究者使用相同参数的核磁共振仪记录了这些儿童在被动观看文字、面孔、房子等视觉材料时的大脑活动信号。
     
    首先,全脑水平的激活分析发现,汉语和法语正常儿童在经典的阅读脑区(左侧梭状回、颞上沟、中央前回、额中回)表现出对文字加工的选择性。此外,这两组被试在左腹侧颞枕区表现出经典的马赛克式的激活分布模式,即从外侧到内侧分别对不同的视觉类别(文字,面孔和房子)有选择性反应。但汉语和法语阅读困难儿童则没有在左侧颞枕区表现出对文字加工的选择性 (见图1)。进一步将这四组儿童对文字的反应进行语言×组别的方差分析,发现左侧中央前回(PCG),颞上沟(STS)和梭状回(FFG)表现出阅读水平的主效应,左侧顶内沟(IPS)表现出语言主效应,但即使在宽松阈限下也未见脑区表现出二者的交互作用(图2)。这说明汉语和法语这两种截然不同的书写系统依赖一个普遍的阅读神经回路,且两种语言的阅读困难儿童都表现出相同的神经活动异常。
     
    图1:四组被试的类别特异性激活(某一类别>其它所有类别)。不同于正常发展儿童,汉语和法语阅读困难儿童都未在左侧颞枕区出现文字加工特异的脑区,即视觉词形区(VWFA, Visual word form area)。但对非文字类的视觉类别(如面孔,房子)的激活模式均正常。 
     
    图2:文字反应的 2 (语言:汉语,法语) ×2 (组别:正常发展,阅读困难)方差分析。发现左侧中央前回(PCG),颞上回(STS), 梭状回(FFG)表现出阅读水平的主效应,均表现为阅读困难儿童在该区域激活降低;左测顶内沟(IPS)表现出语言的主效应,表现为汉语儿童激活强于法语儿童。值得注意的是,即使在很宽松的阈限下,也没有发现语言和阅读水平的交互作用,贝叶斯分析也进一步支持了该结果。
     
    除了上述传统的全脑分析,研究者还进行了脑-行为相关分析,也发现不论汉语还是法语儿童,左侧额中回(MFG), 颞上回(STG), 梭状回(FFG)等脑区对文字的激活程度在两种语言中都与儿童的阅读水平呈正相关,表明它们是阅读发展的核心脑区。
          
    研究者进一步选取文献中报告的与阅读障碍相关的脑区作为感兴趣区,提取这些区域对文字的反应进行2 (语言:汉语,法语) × 2 (组别:正常发展,阅读困难)方差分析。结果发现左侧额中回(MFG), 顶上小叶(SPL), 颞上回后部(pSTG)表现出语言的主效应,具体为汉语儿童的激活大于法语儿童;此外,左侧梭状回(FFG), 额中回(MFG), 中央前回( PCG)表现出阅读水平的主效应,具体表现为阅读困难儿童在该区域表现出激活的减少。没有发现语言和阅读水平的交互作用。贝叶斯分析同样支持了上述结果。
         
    上述分析中阅读困难儿童激活的减少并不能排除另一种可能性,即阅读困难儿童对文字的激活强度其实是正常的,只是由于阅读困难儿童个体间差异大、激活的peak(极值)点更为分散,从而组间平均下来使得其平均值低于正常发展组。研究者为了验证这一可能性又进行了基于个体peak点的分析。结果发现即使找到每个被试加工文字时在上述感兴趣脑区(ROI)里激活最强的体素,阅读困难组的激活也依然在上述脑区低于正常发展组。此外,peak点的位置分析发现不存在显著的组间差异。多体素模式的分析(MVPA)也有相同的发现,从而排除了阅读困难激活的降低是由更大的组间变异带来的可能性。
          
    最后研究者锁定在腹侧颞枕皮层(vOTC)区,考察书写系统在视觉特征上的差异是否会带来视觉区域激活的差异。此外,考察阅读困难儿童的神经活动的异常是否只局限在文字加工上,以及是否只出现在腹侧颞枕皮层特定的区域,如视觉词形区(VWFA)上。结果发现:(1)汉语儿童加工文字时更多激活右侧的vOTC区,这与汉字更复杂的空间视觉特征有关;(2)阅读困难儿童和控制组儿童最显著的差异在于对文字的反应上,而非在非文字的视觉类别上,且差异最显著的位置位于最经典的VWFA上。 总之,通过全面而广泛的分析(全脑激活分析,感兴趣区的ROI分析,个体Peak点分析,多体素的模式分析(MVPA),针对vOTC特定区域的分析和贝叶斯分析),发现汉语和法语儿童在加工文字时激活了大脑上相同的神经回路。同时汉语和法语阅读困难儿童存在一致的神经活动异常。且在上述所有分析中均并未发现阅读水平与语言的交互作用。
     
    基于上述结果,该研究指出,尽管中法语言结构、正字法深度、表音表意规则存在很大差异,儿童阅读获得/发展过程仍然依赖一个跨书写系统的普遍核心阅读回路,该阅读回路受到阅读水平的调节,揭示了阅读习得和阅读困难神经机制的跨语言普遍性。
     
    该项研究于2020年10月29日在线发表于eLife (Feng, X., Altarelli, I., Monzalvo, K., Ding, G., Ramus, F., Shu, H., Dehaene, S., Meng, X. and Dehaene-Lambertz, G., 2020. A universal reading network and its modulation by writing system and reading ability in French and Chinese children.  ).
     
    评审意见认为,该研究填补了一个很重要的空白。在已有元分析提出正字法深度不同的拼音文字中阅读障碍神经机制具有普遍性 (VWFA)的基础上,该研究通过实验研究把该发现扩展到了完全不同的文字系统—中文和法文—中。
     
    论文第一作者冯小霞是舒华教授指导的博士生,于2019年博士毕业,目前为法国国家健康医学研究院Neurospin中心的博士后。法国国家健康医学研究院Ghisliane labmertz-Dehaene教授和北京大学心理与认知科学学院孟祥芝副教授为共同通讯作者。另外法国国家健康医学研究院Stanislas Dehaene教授和巴黎高师Franck Ramus教授为共同作者。北京方面的数据采集在北京师范大学澳门官方电子游戏平台扫描中心完成。该研究得到国家自然科学基金资助(31971039,81171016,81371206)。
     
    参考文献
    Feng, X.X., Altarelli, I., Ding, G., Ramus, F., Shu, H., Monzalvo, K., Dehaene, S., *Meng, X., & *Dehaene-Lambertz, G. (2020). A universal reading network and its modulation by writing system and reading ability in French and Chinese children. eLife 2020; 9: e54591 DOI: 10.7554/ eLife.54591.