《Cerebral Cortex》：The impact of language proficiency on task-dependent neural activity and functional connectivity: insights from deafness
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本研究针对聋人群体语言经验差异如何影响高级认知功能的神经机制这一关键问题，通过fMRI技术，探讨了语言熟练度对工作记忆和计划任务中大脑任务积极网络（TP）和任务消极网络（TN，即默认模式网络DMN）的调节作用。结果发现，聋人个体的语言能力与其在工作记忆任务中TP网络的神经活动强度和功能连接呈正相关，且聋人群体的神经活动模式与听力正常群体存在差异。该研究强调了早期语言环境对大脑认知处理网络的深刻塑造作用，为理解语言与认知的交互关系提供了重要的神经科学证据。
语言是人类认知的核心，它与我们如何思考、规划和记忆紧密相连。然而，一个长期困扰科学家的问题是：语言能力本身是如何塑造我们大脑的高级认知功能的？对于那些在生命早期就经历感官体验差异的群体，例如先天性或早期失聪的个体，这个问题显得尤为突出。大多数聋童出生于听力正常的父母家庭，可能在语言发展的关键期无法获得充足的语言输入，这导致了他们在语言熟练度和执行功能（如工作记忆和计划能力）上存在显著的个体差异。这种差异性为探索早期语言经验如何影响支持认知的大脑大规模网络提供了一个独特的视角。以往的研究多聚焦于神经发育异常群体，其语言和认知困难往往源于神经生物学根源，而聋人群体的语言发展差异主要源于可接触的环境输入，而非内在的神经功能改变，这为研究环境经验对大脑功能的塑造作用提供了更清晰的模型。为了揭示语言熟练度对认知处理的神经基础的影响，研究人员在《Cerebral Cortex》上发表了他们的最新研究成果。
本研究采用了功能磁共振成像（fMRI）技术，对一组具有多样化语言背景的先天性或早期聋人成人以及听力正常的对照组参与者进行了研究。参与者完成了视觉空间工作记忆和计划（伦敦塔任务）两项执行功能任务，以及相应的控制任务（颜色判断和数珠子）。研究人员通过语法判断任务（英语和英国手语，BSL）评估了聋人参与者的语言熟练度，并创建了一个与语言模态（手语或口语）无关的一般语言能力评分。利用预先定义的任务积极网络（TP，包括额眼区FEF、背外侧前额叶皮层DLPFC、顶下小叶IPL等）和任务消极网络（TN/默认模式网络DMN，包括后扣带回PCC、外侧顶叶皮层LP等）的感兴趣区域（ROI），分析了任务相关的神经活动（对比值）和功能连接（ROI到ROI的Fisher z变换相关系数）。
行为数据
行为结果显示，在工作记忆和计划实验中，聋人组与听力正常组在任务准确率上没有显著差异。但在反应时（RT）上，聋人组在两个实验中都显著慢于听力正常组。相关性分析发现，在聋人组中，语言熟练度与计划实验控制任务的反应时呈显著负相关（r = -0.60, P = 0.008），即语言能力越强，反应越快。
工作记忆的神经活动
在神经活动层面，对于工作记忆任务，研究发现任务（工作记忆 vs. 控制）和网络（TP vs. TN）的主效应均显著。TP网络在工作记忆任务中的激活显著高于控制任务，而TN网络则表现出更强的去激活。重要的是，发现了任务、网络和组别（聋人 vs. 听力正常）的三重交互作用。进一步分析表明，这种交互作用主要由TN网络驱动：听力正常组在工作记忆任务相比控制任务表现出显著的TN网络去激活，而聋人组则没有这种差异。
语言熟练度对工作记忆神经活动的影响
关键发现是，在聋人组中，语言熟练度评分与工作记忆任务期间TP网络的神经活动强度呈显著正相关（r = 0.56, P = 0.009）。语言能力越强的个体，在执行工作记忆任务时，其TP脑区的激活水平越高。
工作记忆的功能连接
功能连接分析显示，网络（within-TP, within-TN, between-TP-TN）的主效应显著，符合TP网络内部连接强、TN网络内部连接强、而TP与TN网络之间呈负连接（反相关）的预期。组别主效应也显著，聋人组在所有任务和网络上的整体功能连接强度均高于听力正常组。
语言熟练度对工作记忆功能连接的影响
在聋人组中，语言熟练度与工作记忆任务期间TP网络内部的功能连接强度呈显著正相关（r = 0.64, P = 0.002）。这表明更高的语言能力与TP网络内脑区间更协调的协同活动有关。
计划实验的神经活动与功能连接
与工作记忆实验的结果不同，在计划实验中，未发现组间差异或语言熟练度与神经活动、功能连接的显著相关性。
研究结论与讨论
本研究的主要结论是，语言熟练度的差异，独立于语言模态（手语或口语），调节了聋人个体在执行工作记忆任务时大脑任务相关网络的功能。语言能力越高的个体，其TP网络的神经反应更强，内部功能连接也更紧密。这表明成功的语言习得可能促进了更有效的认知计算机制。这一发现为发展理论（如维果茨基和鲁利亚的理论）提供了神经影像学支持，这些理论强调语言和社会互动对认知发展的因果影响。语言可能通过帮助表征复杂的任务规则、支持空间关系推理或作为关系推理的“认知工具包”来促进高级认知。
值得注意的是，聋人群体表现出与听力正常群体不同的TN网络活动模式（缺乏任务诱导的去激活）和整体更高的功能连接。虽然本研究未直接将这些差异与语言熟练度联系起来，但结合先前对语言背景匹配的聋人与听力正常人的比较研究（未发现DMN差异）来看，当前观察到的组间差异很可能也与语言经验有关。
此外，研究发现在计划任务中未出现语言与神经活动的关联，这可能是因为语言在计划中的作用在儿童中期就已内化，在成人中更难检测。同时，行为测量未能完全捕捉到语言与认知的关联，而神经影像学方法则揭示了其潜在的神经基础，凸显了神经科学手段在揭示复杂认知过程机制中的独特价值。
总之，这项研究有力地证明了早期语言经验对塑造成年期大脑认知处理网络的深远影响。它强调了为所有聋童提供充足语言环境的重要性，不仅关乎其语言发展，也关乎其高级认知功能的神经基础构建。未来的研究需要结合不同年龄段的参与者，并细化语言能力的测量，以进一步阐明语言、认知和感觉经验在整个生命周期中复杂的相互作用。
