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我们是如何学习语言的?

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来源:本站原创 2018-08-27 14:23

2018年8月27日/生物谷BIOON/--本期为大家带来的是有关语言学习方面的研究进展,希望读者朋友们能够喜欢。1.Current Biology:参与语言学习的大脑机制DOI: 10.1016/j.cub.2018.02.042学习一门新的语言与其说是一种艺术,不如说是一种科学。来自Sussex大学的研究者们发现当我们学习陌生事物的名字时,大脑参与学习的区域会主动的预测这些名字对应的事物的形态
2018年8月27日/生物谷BIOON/--本期为大家带来的是有关语言学习方面的研究进展,希望读者朋友们能够喜欢。


DOI: 10.1016/j.cub.2018.02.042



学习一门新的语言与其说是一种艺术,不如说是一种科学。来自Sussex大学的研究者们发现当我们学习陌生事物的名字时,大脑参与学习的区域会主动的预测这些名字对应的事物的形态。而大脑对这些预测进行检验的方式就像科学家们检验其科学理论一样。

科学家们发现海马区,即阿兹海默症患者大脑受到影响的区域,对于学习新事物的名字有重要的作用。利用这一方式,人们能够在他们第一次听到名字后主动地预测对应的事物的样貌。

在这项研究中,研究者们招募了23名志愿者,并且对他们进行了相关检测。首先志愿者被要求聆听多个陌生的事物的名字,同时进行MRI大脑扫描。扫描结果能够帮助心理学家们找到大脑激活的区域。由于这些文字与事物都是创造的,因此参与者们事先均不了解具体的内容。当同时将陌生的词汇以及陌生的事物摆放在志愿者面前时,他们并不清楚之间的对应关系。之后在经过几分钟的学习之后才能够掌握。然而,在改变学习方式后(即让志愿者们通过名称的字面意思去理解事物的样貌),他们均能够对18个陌生的事物的名字准确掌握。而这一效应的实现离不开海马区的作用。

相关结果发表在最近一期的《Current Biology》杂志上。这项研究揭示了大脑学习语言的机制。相关结果对于语言教育以及我们对语言紊乱疾病的理解与治疗都提供了有效的线索。

"下一步,我们应当应用这一技术治疗语言学习障碍的人群。孩子们能够有效地学习心得语言,但目前我们并不清楚他们学习语言的方式是否与成年人一致。这项研究技术能够帮助我们更多地理解学习语言的过程以及能够帮助我们解决语言学习障碍的问题"。作者们说道。



doi/10.1073/pnas.1717603115



根据最近一项由香港中文大学与芝加哥Ann & Robert H. Lurie儿童医院的研究者们共同完成的研究,他们创造出了一种机器学习算法,能够通过大脑扫描的方式预测失聪儿童的语言能力。这项研究首次利用人工智能的手段了解控制语言能力的大脑结构,革命性地加深了对儿童发育的理解。相关结果发表在最近一期的《Proceedings of the National Academy of Sciences》杂志上。

“预测语言发育的能力对于医生们以及老师们来说都是十分重要的,它可以帮助我们进行及早的干预与治疗,从而使儿童的学习能力得到最大限度的提升”,该文章的共同高级作者,来自香港中文大学大脑研究所主任与认知神经生物学家Patrick C. M. Wong说道:“由于大脑是控制人类所有行为的关键,因此我们对失聪儿童使用的方法能够更加广泛地用于提升儿童的生活水平以及应对一系列障碍的解决方法”。

人工耳蜗是目前治疗先天性听力障碍的最有效的方法。数十年来,研究结果表明早期的人工耳蜗移植对于儿童的听力发育十分关键。而早期的准确诊断对于耳蜗移植来说又是必要的先决条件。

“到目前为止,我们仍没有有效的预测儿童语言发育障碍的方法,而我们的这项研究则首次为看护者提供了儿童大脑发育与语言能力发展之间的关系,从而能够给出更加准确的诊断与治疗”。

来自佛罗里达州立大学的助理教授Erin Ingvalson还在西北大学做博士后工作的时候已经开始了这方面的研究。“为每一名孩子提供个性化的治疗费方案能够改变许多人的生活”,Ingvalson说道。



DOI: 10.1177/0956797617728726



目前世界上大约有7099种语言,其中三分之一濒临灭绝,而有23种语言覆盖了全球一半以上的人口。

若干年来,研究者们对于人类语言之间的相似性十分感兴趣。根据最近来自亚利桑那大学研究者Masha Fedzechkina等人的最新成果,不同语言之间的相似性或许一部分是由于我们大脑有效处理信息的偏好性决定的。

“如果我们对世界上的所有语言进行比较,我们会发现它们虽然表面上看起来有很大差异,但实际上还是存在很多相似之处的”,该文章的作者,来自亚利桑那大学的助理教授Fedzechkina说道,相关结果发表在最近一期的《 Psychological Science》杂志上。

“大部分理论都认为,不同语言之间的相似性是由于大脑的限制决定的。如果这些相似性是真实存在的,而且我们能够理解其中的分子机制的话,那么将会最终帮助我们了解大脑是如何获取以及加工语言信息的,这也是语言学领域长久以来的问题之一”。

Fedzechkina等人招募了两组英语为母语的志愿者,然后花三天的时间让他们分别学习两种人造语言。这两种语言结构存在明显差异,而且均与英语有明显差别。

之后,作者让这两组志愿者分别用各自的语言表述同样一则信息,通过比较,作者发现他们均偏好于使用较短的词语间距离组合,从而便于对方的理解。

这一发现表明不同语言之间的相似性或许部分受到大脑对“较短词语间距离”的偏好性影响,从而便于大脑的理解与加工。



doi:10.1126/science.aaf4612



学习语言或音乐对儿童而言通常比较容易,但是连年轻人都知道,这种能力随着年龄的增加显著下降。作为一种神经调节物,腺苷是大脑中的一种关键性的化学信使。在一项新的研究中,来自美国圣犹大儿童研究医院等研究机构的研究人员证实限制一种被称作听觉丘脑(auditory thalamus)的大脑结构中的腺苷的供应或功能会让成年小鼠像婴幼儿从接触的声音中进行学习那样,保持从它们被动接触的声音中进行学习的能力。相关研究结果发表在2017年6月30日的Science期刊上,论文标题为“Restoring auditory cortex plasticity in adult mice by restricting thalamic adenosine signaling”。

论文通信作者、圣犹大儿童研究医院发育神经生物学系研究员StanislavZakharenko博士说,“通过破坏听觉丘脑中的腺苷信号,我们将听觉学习的时间窗口延长到迄今为止报道的最长时间:成年期,这远远超出了小鼠中通常的关键期。这些结果为通过恢复大脑关键区域中的可塑性延长人类学习语言或音乐能力的时间窗口提供一种有前景的策略。这种可塑性恢复可能是通过开发选择性阻断腺苷活性的药物实现的。”

听觉丘脑是大脑中的中继站,收集声音并将它们发送到听觉皮层进行加工。听觉丘脑和听觉皮层依赖神经递质谷氨酸进行通信。已知腺苷通过抑制这种神经递质的释放,降低谷氨酸水平。这项研究也将腺苷抑制与下降的大脑可塑性和高效的听觉学习能力终结关联在一起。

这些研究人员利用多种方法证实降低腺苷或阻断A1腺苷受体会改变成年小鼠对声音作出反应的方式。A1受体对腺苷这种化学信使的功能是至关重要的。

这些研究人员证实当听觉丘脑中的腺苷下降或A1受体受到阻断时,被动地接触一种音调的成年小鼠非常像婴幼儿仅是通过听到的东西来学习语言那样,当这种音调在几周或几个月后播放时会对它作出更强的反应。这些成年小鼠也获得区分非常接近的音调(或者说具有类似频率的音调)的能力。在正常情形下,小鼠通常缺乏这种音调识别力。

Zakharenko说,“总而言之,这些结果表明高效的听觉学习的时间窗口在这些小鼠体内重新打开了,它们保持了这种学习能力。”

在这些研究人员用来抑制腺苷活性的策略当中,实验性化合物FR194921选择性地阻断A1受体。通过在声音接触时使用这种化合物,它恢复了成年小鼠的听觉学习能力。Zakharenko说,“这提示着开发靶向A1受体的药物延长人体中的这种时间窗口可能是可行的。”

Zakharenko和他的同事们也将听觉学习能力的年龄相关下降与参与听觉丘脑中的腺苷产生的胞外-5’-核苷酸酶(ecto-5'-nucleotidase)的年龄相关上升关联在一起。他们报道成年小鼠在听觉丘脑中具有比新生小鼠更高水平的胞外-5’-核苷酸酶和腺苷。剔除这种酶会将成年小鼠中的腺苷水平恢复到新生小鼠中的水平。因此,他们当前正在寻找靶向胞外-5’-核苷酸酶的化合物作为一种延长听觉学习时间窗口的替代性方法。



doi:10.1073/pnas.1603205113



巴黎第十一大学和巴黎萨克来大学研究人员通过人类大脑功能磁共振成像(fMRI)研究发现用于处理数学运算和处理语言的大脑神经网络系统不同。相关论文发表在《美国国家科学院院刊》上。

长期以来各领域的科学家对有关大脑处理数学问题与寻找单词是否使用相同的机制而争论不休,尤其是当两个相互交叉时争论更激烈,如代数的问题。重点问题是许多数学家的感觉是他们使用大脑的不同部分对数学问题进行解答,而处理语言学习问题时却不需要。在这个新的研究中,研究人员为了解决争论观察了大脑在处理两种类型问题时的工作方式。

实验调查了30名志愿者(15名数学家和15名阅读能力较好的非数学家们),他们在接受fMRI扫描时被要求回答是“真”或是“假”来应对各种问题,其中一些问题需要用数学方法思考。

研究人员报告说,当这两种类型的人被问到非数学相关的问题时,他们大脑反应的方式已预先被语言处理过。但当问题需要更高水平的数学方式处理时,数学家大脑的顶叶、额叶和颞下叶区域都亮了起来。相反的,因为非数学家们没有受过更高水平的数学训练,只有当问一般的关于数字和数学公式的问题时他们大脑的同一区域才发亮。在两组人群中,当他们在思考数学问题时与语言处理相关的大脑区域没有发亮。

研究人员声称通过大脑扫描显示,相比语言处理方面人类的大脑处理数学运算时不同的神经网络都在工作。此外,大脑使用相同的神经网络以一个基本的方式来理解数字或空间。





许多研究都指出学习多种语言具有很多好处。也有证据表明会两种语言的成年人大脑中灰质区域的体积要明显高于平均值,而且在脑部受损之后恢复的速度也相对较快。同时,科学家们也发现学习两种类型语言的好处在儿童阶段就能够看到,甚至最新的一项研究指出,这种双语学习的经历带来的好处能够在几个月大的婴儿身上体现出来。

"我们的结果表明,在学会说话以前,宝宝们如果接受了双语情景的熏陶,则能够培养出更为熟练的解决问题的能力",来自华盛顿大学的神经生物学家Naja Ferjan Ramírez说道。"这意味着学习两种于洋不仅有助于培养语言能力,还能够提高认知水平"。

根据研究者们的说法,接受双语环境熏陶后,宝宝一岁大、准备开始说话的阶段,他们发声的能力会有所提高。

"只会一种语言的宝宝在11个月大的时候对声音的识别能力会降低,他们曾在6个月大时会对新听到的声音有一定的辨识能力,但这一能力随着年龄的增长而快速地消失了。然而,接受两种语言熏陶的宝宝们此时仍旧能够对新鲜的声音与语言进行辨识,这对他们大脑的适应能力的培养具有积极的意义"。

相关结果发表在《Developmental Science》杂志上。在该研究中,科学家们观察了16名11月大的婴儿。其中8名婴儿成长于英语环境的家庭,而另外8名来自于西班牙语-英语环境的家庭。

科学家们向婴儿们播放英语、西班牙语或者两者通用的语言,同时利用磁脑摄影术(magnetoencephalography:MEG)观察了宝宝们大脑的活动状态。

结果显示,当听到播放的声音时,双语家庭的婴儿们大脑前额与眶额皮层活性会明显增强,这些区域负责认知与做出决定相关的行为。

有意思的是,研究者们发现双语家庭的宝宝们对英语或西班牙语表现出相当程度的敏感性,这表明他们确实在同时接受两种语言。

另外,单语家庭的宝宝们对英语本身的敏感程度也低于双语家庭的宝宝--尽管这是他们经常接触到的语言。这说明同时向宝宝进行两种语言的教育并不会降低他们学习语言的速度。

当然,这一结果还需要在更大的样本空间内得到验证。

"就11个月大的宝宝们来说,学习两种语言并不会产生额外的负担。我们的结果说明:小孩子不仅能够学习两种语言,而且幼儿阶段确实是最佳的语言学习期"。



doi:10.1038/ncomms10073



加拿大麦吉尔大学科学家最近在表在《Nature Communications》上发表论文称,在婴幼儿人生早期,简单的接触到的母语,会影响在接下来的人生中,大脑如何处理来自第二种语言的声音。

在人生命的第一年,大脑十分适合通过感官收集和储存关于世界的信息。在这段时间中,大脑会适应一种特定语言的声音,并且建立起这些声音相关的神经元表征。不过,以前尚不清楚,这些早期经历是否会对神经元处理第二语言产生影响,亦或者产生什么影响。

通过功能磁共振成像扫描,加拿大科学家Lara Pierce和她的同事们,记录了43个10岁到17岁之间的未成年人,在听到法语假词(实际不存在的词,但是发音规则符合法语,例如“vapagne”或者“chansette”)时,大脑的活动。他们还记录这些未成年人在执行工作记忆任务,即当听到一个假词被重复时,被试者需要做出反应时的大脑活动情况。他们测试了三组法语流利的儿童:第一组说法语的儿童,从来没有接触过汉语;第二组是华人儿童,会说流利的汉语和法语,而法语是第二语言;第三组是在婴儿时期,被法裔的父母收养的中国儿童,只会说法语。

虽然这三组儿童执行任务的能力同样出色,大脑中被激活的部分在不同组之间却存在差异。在只会说法语,从来没有接触过汉语的儿童中,所有被认为和处理语言相关声音的大脑部位都被激活了。然而,除了在三组儿童中都激活的脑区以外,接触过汉语的儿童的大脑中,和认知控制与注意力相关的部位也出现了激活的现象。这些结果表明,在婴儿时期接触过汉语的儿童,处理法语的方式和只说法语的儿童不同。(生物谷Bioon.com)

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