神經語言學

神經語言學是對控制語言理解，產生和獲取的人腦中神經機制的研究。作為一個跨學科領域，神經語言學從神經科學，語言學，認知科學，溝通障礙和神經心理學等領域汲取了方法和理論。研究人員從各種背景中吸引了該領域，帶來了各種實驗技術以及廣泛改變的理論觀點。心理語言學和理論語言學模型為神經語言學的大量工作提供了信息，並專注於研究大腦如何實施理論和心理語言學在產生和理解語言時必須提出的過程。神經語言學家研究了大腦對語言相關的信息的生理機制，並利用教育學，大腦成像，電生理學和計算機建模來評估語言和心理語言學理論。

歷史

神經語言學在歷史上植根於19世紀的失語學，對語言缺陷的研究（失語症），這是由於腦損傷而發生的。 Aphisoology試圖通過分析腦損傷對語言處理的影響來將結構相關聯。法國外科醫生保羅·布羅卡（Paul Broca）是最早建立特定大腦區域和語言處理之間聯繫的人之一左額葉，位於現在稱為Broca地區的區域。夫婦學家在19世紀初提出了這一主張，即不同的大腦區域執行了不同的功能，並且語言主要由大腦的額葉控制，但是Broca的研究可能是第一個提供這種關係的經驗證據，並且已經有了這種關係的經驗證據被描述為神經語言學和認知科學領域的“時代製作”和“關鍵”。後來，以沃尼克（Wernicke）區域的名字命名的卡爾·沃尼克（Carl Wernicke ）提出，大腦的不同區域專門從事不同的語言任務，而布羅卡（Broca）的區域正在處理演講的運動生產，而沃尼克（Wernicke）的區域處理聽覺語音理解。 Broca和Wernicke的工作確立了失語症的領域，以及可以通過檢查大腦的身體特徵來研究語言的想法。早期的失語學工作也受益於二十世紀初期的科比尼亞布羅德曼（ Korbinian Brodmann）的工作，後者“繪製”了大腦的表面，根據每個區域的細胞劃分（細胞結構）和功能，將其劃分為編號區域；這些地區被稱為布羅德曼地區，如今仍被廣泛用於神經科學。

1940年代後期和1950年代的神經語言學一詞的產生歸因於伊迪絲·克羅威爾·特拉格（Edith Crowell Trager），亨利·希卡恩（Henri Hecaen）和亞歷山大·盧里亞（Alexandr Luria）。盧里亞（Luria）1976年的書《神經語言學的基本問題》可能是標題中具有“神經語言學”的第一本書。哈里·惠特克（Harry Whitaker）在1970年代在美國普及了神經語言學，並於1974年創立了《大腦與語言》雜誌。

儘管失語症是神經語言學的歷史核心，但近年來，該領域已大大擴展，部分原因是新的腦成像技術（例如PET和FMRI ）以及時間敏感的電生理技術（ EEG和MEG ），這可以可以。當人們從事各種語言任務時，突出了大腦激活的模式。特別是，隨著N400的發現，電生理技術在1980年成為一種可行的語言研究方法，這是對語言理解中語義問題敏感的大腦反應。 N400是與第一語言有關的事件相關的潛力，因為它發現了腦電圖和MEG越來越廣泛地用於進行語言研究。

紀律

與其他領域的互動

神經語言學與心理語言學領域密切相關，該領域旨在通過採用傳統的實驗心理學技術來闡明語言的認知機制。如今，心理語言和神經語言理論經常相互了解，這兩個領域之間有很多合作。

神經語言學中的許多工作涉及對心理語言學家和理論語言學家提出的理論進行測試和評估。一般而言，理論語言學家建議模型來解釋語言的結構以及語言信息的組織方式，心理語言學家提出了模型和算法來解釋如何在思想中處理語言信息，而神經語言學家分析了大腦活動以推斷生物結構（種群和網絡）如何（種群和網絡）神經元）執行那些心理語言處理算法。例如，句子處理中的實驗使用Elan ， N400和P600大腦反應來檢查生理大腦的反應如何反映出心理語言學家提出的句子處理模型的不同預測，例如Janet Fodor和Lyn Frazier的“串行”模型，以及Theo Vosse和Gerard Kempen的“統一模型”。神經語言學家還可以通過“從神經結構的知識到語言結構的知識概括”，對語言的結構和組織進行新的預測。

神經語言學研究均在語言學的所有主要領域進行；下表中給出了主要的語言子領域，以及神經語言學如何解決它們。

考慮主題

神經語言學研究研究了幾個主題，包括語言信息的處理位置，語言處理如何隨著時間的流逝而展開，大腦結構如何與語言獲取和學習相關以及神經生理學如何有助於言語和語言病理學。

語言過程的本地化

像Broca和Wernicke的早期研究一樣，神經語言學領域的許多工作都研究了大腦中特定語言“模塊”的位置。研究問題包括在處理過程中通過大腦遵循的課程語言信息，是否專門處理特定信息的特定領域，不同的大腦區域如何在語言處理中相互互動，以及何時大腦激活的位置有何不同一個主題正在產生或感知他或她的母語以外的其他語言。

語言過程的時間課程

神經語言學文獻的另一個領域涉及使用電生理技術來分析語言的快速處理。大腦活動的特定模式的時間順序可能反映了在語言處理過程中大腦經歷的離散計算過程；例如，句子解析的一種神經語言理論提出，三個大腦反應（ Elan ， N400和P600 ）是句法和語義處理的三個不同步驟的產物。

語言獲取

另一個話題是大腦結構和語言獲取之間的關係。第一語言習得的研究已經確定，來自所有語言環境的嬰兒都經歷了類似且可預測的階段（例如Babbling ），並且一些神經語言學研究試圖在語言發展階段與大腦發展階段之間找到相關性，而其他研究則研究了研究當成年人學習新語言時，大腦在第二語言中經歷的身體變化（稱為神經可塑性）。當誘發第二語言習得和語言學習經驗時，觀察到神經可塑性，這種語言暴露的結果得出結論，在兒童，年輕人和老年人中可以發現灰質和白質的增加。

語言病理

神經語言技術還用於研究語言（例如失語症和閱讀障礙）的疾病和細分，以及它們如何與大腦的身體特徵有關。

使用的技術

用PET （頂部）和fMRI （底部）記錄的大腦圖像。在寵物圖像中，紅色區域是最活躍的。在fMRI圖像中，最黃色的區域是顯示兩個任務之間激活差異最大的區域（觀察移動的刺激，而不是觀看黑屏）。

由於該領域的重點之一是測試語言和心理語言模型，因此用於實驗的技術與神經語言學的研究高度相關。現代的大腦成像技術極大地促進了人們對語言功能的解剖組織的越來越多的理解。神經語言學中使用的腦成像方法可以分類為血液動力學方法，電生理方法和直接刺激皮質的方法。

血液動力學

血液動力學技術利用了一個事實，即當大腦區域在任務中起作用時，血液被送去為該區域提供氧氣（在所謂的血氧水平依賴性或大膽的反應中）。這樣的技術包括寵物和fMRI 。這些技術提供了很高的空間分辨率，使研究人員能夠查明大腦中活動的位置。另一方面，時間分辨率（或有關大腦活動時機的信息）很差，因為大膽的響應比語言處理要慢得多。除了證明大腦的哪些部分可以處理特定的語言任務或計算外，還使用血液動力學方法來證明大腦語言結構的結構如何隨著時間的推移而變化，與語言相關的激活的分佈可能會隨著時間而變化。語言曝光。

除了PET和FMRI表明某些任務激活了哪些大腦區域的PET和FMRI外，研究人員還使用擴散張量成像（DTI），該成像顯示了連接不同大腦區域的神經途徑，從而提供了對不同區域相互作用的洞察力。功能近紅外光譜（FNIRS）是語言任務中使用的另一种血液動力學方法。

電生理學

電生理技術利用了一個事實，即當腦中的一組神經元一起起火時，它們會產生電偶極子或電流。腦電圖的技術使用頭皮上的傳感器測量電流，而MEG測量了這些電流產生的磁場。除了這些非侵入性方法外，電皮質學還用於研究語言處理。這些技術能夠測量從一毫秒到另一毫秒到另一毫秒的大腦活動，提供了出色的時間分辨率，這對於研究的過程與語言理解和生產一樣迅速而言很重要。另一方面，大腦活動的位置在腦電圖中很難識別。因此，該技術主要用於如何執行語言過程，而不是在哪裡進行語言過程。使用腦電圖和MEG的研究通常集中在與事件相關的電位（ERP）上，這些電位（ERP）是響應特定刺激而引起的不同大腦反應（通常為神經活動圖上的陰性或正峰）。使用ERP的研究可能會集中在每個ERP的潛伏期（ERP開始或峰值刺激後多長時間），振幅（峰值高或低的峰值）或地形（在頭皮上，ERP響應在傳感器上拾取ERP響應） 。一些重要且常見的ERP組件包括N400 （延遲約為400毫秒的潛伏期），不匹配的負性，早期留下前的負效率（早期潛伏期和前一條左側的形狀），P600，P600，P600， P600以及側向準備的潛力。

實驗設計

實驗技術

神經語言學家採用各種實驗技術，以便使用腦成像得出有關如何在大腦中表示和處理語言的結論。這些技術包括減法範式，不匹配設計，基於違規的研究，各種形式的啟動和直接刺激大腦。

減法

許多語言研究，尤其是在fMRI中，都使用減法範式，其中將大腦激活在被認為涉及語言處理某些方面的任務中的大腦激活與基準任務中的激活進行了比較，從而涉及類似的非語言過程，但不涉及語言過程。例如，在參與者閱讀單詞時，可以將激活與基線激活進行比較，而參與者讀取隨機字母的字符串（試圖隔離與詞彙處理相關的激活（真實單詞的處理），或者在參與者讀取句法複雜句子時激活在參與者閱讀更簡單的句子時，要進行基線激活。

不匹配範式

不匹配負性（MMN）是一種經常用於神經語言實驗中的嚴格記錄的ERP組件。這是一種電生理反應，當受試者在一組感知上相同的“標準”中聽到“異常”刺激（如序列SSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSS D ）時，它發生在大腦中。由於僅在其他一組被認為是相同的刺激中響應罕見的“奇怪”刺激而引起MMN，因此它已用於測試說話者如何看待聲音並分類地組織刺激。例如，科林·菲利普斯（Colin Phillips）及其同事的一項具有里程碑意義的研究使用了不匹配的消極情緒作為證據表明，當有聲學參數的一系列語音呈現時，受試者將所有聲音視為/ t / t / t / d / d / d / d / d / d / d。可變性，表明人的大腦具有抽象音素的表示，換句話說，受試者不是“聽”特定的聲學特徵，而是抽象的音素。此外，不匹配的負性已用於研究句法處理和單詞類別的識別。

基於違規

神經語言學的許多研究都利用了實驗刺激中對句法或語義規則的異常或違反的優勢，並分析受試者遇到這些違規行為時引起的大腦反應。例如，從諸如 *花園正在工作的短語開始的句子，這違反了英語短語結構規則，通常會引起大腦反應，稱為早期左前陰性（Elan）。違規技術至少自1980年以來就一直在使用，當時Kutas和Hillyard首次報導了ERP證據表明語義違規引起了N400效應。使用類似的方法，1992年，Lee Osterhout首次報導了P600對句法異常的反應。違規設計也已用於血液動力學研究（fMRI和PET）：例如，Embick及其同事使用語法和拼寫違規來研究使用fMRI在大腦中句法處理的位置。違規設計的另一個常見用途是將兩種違規的措施結合在同一句子中，從而對不同的語言過程如何相互作用做出預測。這種類型的交叉侵略研究已被廣泛用於研究人們在閱讀或聽到句子時如何相互作用的句法和語義過程。

啟動

在心理語言學和神經語言學中，啟動是指那個受試者最近在含義或形態構成上相似的單詞（即，由相似部分組成），可以更快地識別單詞。如果一個主題呈現一個“原始”單詞，例如醫生，然後是“目標”詞，例如護士，如果對象的響應時間快於護士，那麼實驗者可以假設大腦中的護士單詞訪問醫生一詞時已經訪問。啟動用於調查有關單詞如何在大腦中存儲和檢索的各種問題，以及如何處理結構複雜的句子。

刺激

經顱磁刺激（TMS）是一種用於研究大腦活動的新型無創技術，它使用了從頭部外部應用於大腦的強大磁場。這是一種令人興奮或中斷大腦活動在特定和受控位置的方法，因此能夠模仿失語症的症狀，同時使研究人員更多地控制了將檢查大腦的哪些部分。因此，它是直接皮質刺激的一種侵入性替代品，可用於類似類型的研究類型，但要求將受試者的頭皮去除，因此僅用於已經進行了主要大腦操作的個體（例如接受癲癇手術的人）。 TMS背後的邏輯和直接皮質刺激類似於失語學背後的邏輯：如果當大腦的特定區域被淘汰時，特定的語言功能會受到損害，那麼該區域必須以某種方式與該語言函數有關。迄今為止，很少有神經語言研究使用TMS。直接的皮質刺激和皮質記錄（使用直接放置在大腦上的電極記錄大腦活性）已與獼猴一起使用，以對人大腦的行為進行預測。

主題任務

在許多神經語言學實驗中，受試者不僅坐著聽或觀看刺激，而且還指示對刺激執行某種任務。受試者在記錄（電生理或血液動力學）時執行這些任務，通常是為了確保他們注意刺激。至少一項研究表明，受試者確實對大腦反應和實驗結果產生了影響。

詞彙決定

詞彙決策任務涉及受試者看到或聽到一個孤立的單詞，並回答這是否是真實的單詞。它經常用於啟動研究中，因為眾所周知，如果一個單詞被一個相關單詞啟動（如“醫生”啟動“護士”），則可以更快地做出詞彙決定。

語法判斷，可接受性判斷

許多研究，尤其是基於違規的研究，主題對刺激的“可接受性”（通常是語法可接受性或語義可接受性）做出了決定。這樣的任務通常用於“確保受試者[]專注地閱讀句子，並以[實驗者]期望他們這樣做的方式（區分]可以接受的句子可接受。”

實驗證據表明，可接受性判斷任務中對受試者的指示可能會影響受試者對刺激的大腦反應。一個實驗表明，當指示受試者判斷句子的“可接受性”時，他們沒有顯示出N400大腦反應（通常與語義處理相關的響應），但是當指示忽略語法可接受性時，他們確實表明了這種反應，並且只有判斷。句子是否“有意義”。

探針驗證

一些研究使用“探測驗證”任務，而不是公開的可接受性判斷。在此範式中，每個實驗句子都遵循一個“探測單詞”，主題必須回答句子中是否出現探針單詞。像可接受性判斷任務一樣，這項任務可確保受試者專心閱讀或傾聽，但可能避免一些對可接受性判斷的其他處理要求，並且無論研究中都介紹了哪種類型的違規行為。

真實價值判斷

可以指示受試者不要判斷該句子在語法上是可以接受的還是邏輯的，而是句子表達的命題是對還是錯。該任務通常用於兒童語言的心理學研究。

主動分心和雙重任務

一些實驗使受試者成為“分心”任務，以確保受試者不會有意識地關注實驗刺激。這可能是為了測試大腦中的某些計算是否會自動進行，而不管受試者是否專注於注意力。例如，一項研究讓受試者在另一隻耳朵中聽取非語言語調（長嗶嗶聲和嗡嗡聲），並在另一隻耳朵中聽到語音，並指示當受試者認為音調的變化時，請按下按鈕。據說這導致受試者不明確注意語音刺激中的語法違規行為。無論如何，受試者表現出不匹配反應（MMN），這表明語法錯誤的處理是自動發生的，無論注意力如何，或者至少受試者無法有意識地將注意力與言語刺激分開。

實驗的另一種相關形式是雙任務實驗，其中受試者必須在響應語言刺激的同時執行額外的任務（例如，手指敲擊或表達胡說八道的音節）；這種實驗已用於研究語言處理中工作記憶的使用。