语言信息加工的认知控制及其神经机制研究

摘要

认知控制是现代认知神经科学研究的重要构念，指个体在认知过程中依据当前任务目标，自上而下地对相关信息加工流程的计划、操控和调节过程。认知控制涉及注意分配、目标维持、冲突控制和错误加工等基础认知过程，对人类感知、思考、决策、语言等多种高级认知能力意义重大。语言是人类区别于其它动物最独特的认知功能，因此研究语言信息加工的认知控制机制意义重大。语言能力包括语言产出、语言学习和语言理解等多种认知过程，其中认知控制在语言产出的抑制控制、语言学习的反馈控制和语言理解的语境控制各个层面都起到了关键作用。因此，本研究围绕上述三个层面，采用功能磁共振和事件相关电位技术，结合神经肽催产素激素控制处理等手段，对认知控制在语言信息加工中的功能特点及其神经信息机制进行了系列研究。主要工作分三个部分：
　　1、基于语言产出中双语转换命名任务的功能磁共振研究，完整描绘了语言转换抑制控制的神经网络机制。研究通过图片命名任务，比较了中英双语者在混合式命名相对于三种不同认知加工水平基线任务时的激活状况：控制条件，母语单语命名和二语单语命名。研究发现语言转换抑制控制调用了额—顶叶—皮层下结构的认知控制一般功能网络，这个网络结构超过了传统的语言加工区域，从背外侧前额叶、辅助运动区、缘上回一直延伸到扣带回和尾状核。其中背外侧前额叶在接到前扣带回对自动激活的非目标语言发出的错误监测信息后，执行认知决策和反应控制，从而抑制非目标语言的加工。尾状核通过前额叶—基底神经节环路参与抑制控制，以促进或者抑制目标语言表征。辅助运动区起到了前扣带回错误监测功能的均衡控制作用。背外侧前额叶与顶叶形成一个额—顶回路，使得双语者通过工作记忆在线维持目标任务表征，抑制非目标语言的语音层面的激活。同时，不同书写系统语言转换还可能调用一般认知控制功能网络之外的脑区结构，如左侧舌回和双侧梭状回等，以建立语言信息加工所需要的意义表征和语音编码之间的联系。
　　2、基于语言学习的反馈调控系列实验，刻画了语言学习反馈控制的神经信息机制。通过神经系统内源性活性物质神经肽催产素和安慰剂对比的双盲控制系列行为实验和功能磁共振研究，首次证实了社会性反馈促进学习行为的文化差异性。磁共振结果表明反馈信息通过激活边缘系统中与记忆情感调控有关的杏仁核结构，增强了其与海马、尾状核和脑岛等大脑奖赏加工区域的功能连接，从而提高了大脑奖赏系统和认知控制凸显网络的激活强度，进而增强了语言学习记忆的效果。神经肽催产素通过提高反馈刺激的凸显度和学习者对奖赏/惩罚的期待效应，促进了认知控制凸显网络的更强激活。
　　3、基于语言理解中语境控制信息加工过程的脑电实验，对比研究了认知控制的时间进程及其资源分配机制。利用语境控制的两个ERP实验，对比研究了听觉语义通达各个阶段语境对语言要素信息加工的认知调控过程。语境控制条件下诱发的N1、N400和LPC成分特点表明，语言加工中的语境认知调控可以在词汇通达前深入到语音要素的感知层面，并伴随了词汇选择、语义整合和语义修补的整个词汇语义通达过程。认知控制资源根据语言加工目标按需分配，在前期的词汇选择和语义整合阶段，元音加工得到了更多的认知控制资源，但在后期的语义修补阶段，音调得到了更多的认知资源。
　　语言信息加工三种不同层面认知控制的神经信息机制研究结果表明，语言认知控制调用了一个包含额叶、顶叶和皮层下结构的通用认知控制网络，这个网络可以通过尾状核为节点的凸显网络与情感网络等其它认知神经网络交互，且认知控制的时间进程和资源分配依据语言任务目标表现出高度的灵活性和精密性。语言加工这种灵活的认知控制神经机制可能是人类语言的生物学进化适应的结果。未来需要从语言认知控制能力动态发展机制的角度开展进一步研究。

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第一章 绪 论

1.1 引言

1.2 认知控制神经机制的已有研究

1.3 语言加工认知控制的问题与争议

1.4 本文主要研究内容

1.5 本文结构安排

第二章 语言转换的抑制控制神经机制研究

2.1 引言

2.2 实验方法

2.3 实验结果

2.4 讨论

2.5 本章小结

第三章 语言学习的反馈控制神经机制研究

3.1 引言

3.2 催产素的神经调控功能

3.3 研究设计

3.4 实验结果

3.5 讨论

3.6 本章小结

第四章 语言加工的语境控制神经机制研究

4.1引言

4.2实验一

4.3 实验二

4.4 总讨论

4.5 本章小结

第五章 全文总结与展望

5.1 全文工作总结

5.2 后续工作展望

致谢

参考文献

攻读博士学位期间取得的成果