大腦感知漢語(yǔ)的奧秘

語(yǔ)言，是人類描述事物、傳播文化、交流思想、傳遞感情的工具。

但是語(yǔ)言究竟是如何被人類感知的，卻很少有人研究過(guò)。這個(gè)司空見(jiàn)慣卻又十分深?yuàn)W的問(wèn)題引起了一位專家的興趣(圖1)。

⑴陳林教授揭示大腦感知漢語(yǔ)的奧秘

陳林是中國(guó)科技大學(xué)生物科學(xué)學(xué)院的教授。曾先后在國(guó)內(nèi)外著名學(xué)校從事過(guò)研究工作，2002年回國(guó)建立中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)聽(tīng)覺(jué)研究實(shí)驗(yàn)室。多年來(lái)主要從事耳聾和耳鳴的神經(jīng)生物學(xué)機(jī)制方面的研究。一個(gè)研究耳朵的專家怎么對(duì)研究語(yǔ)言感興趣了呢？

陳林:對(duì)這個(gè)課題感興趣，是源于一次偶然的事情。一次我在超市購(gòu)物，碰到一個(gè)說(shuō)英語(yǔ)的老外，他要買煙，售貨員怎么聽(tīng)也是買鹽。

造成這個(gè)誤會(huì)就是因?yàn)闈h語(yǔ)的煙和鹽，二者之間唯一的區(qū)別就是聲調(diào)不一樣，這件事情引起了陳林的興趣。

漢語(yǔ)具有聲調(diào)，這是與包括英語(yǔ)在內(nèi)的大多數(shù)西方語(yǔ)言不同的地方。用聲調(diào)來(lái)區(qū)別不同的意思，也是漢語(yǔ)奇妙的地方。那么大腦感知漢語(yǔ)的四聲時(shí)有什么與眾不同的地方嗎？大腦怎樣識(shí)別漢語(yǔ)的聲調(diào)呢（圖2）?

⑵生活中有許多值得研究的課題

隨著科學(xué)的發(fā)展，人們終于知道，人類不是靠心而是用腦來(lái)想事情的。我們知道人的大腦分為左右兩個(gè)半腦。那么左右大腦一樣不一樣呢？又有些什么區(qū)別呢？

曾經(jīng)有一位患癲癇病的婦女，為了防止病情發(fā)作時(shí)局部病灶蔓延到整個(gè)大腦，大夫通過(guò)手術(shù)將她的大腦中連接左右腦的組織切斷。因?yàn)榻邮芰诉@樣手術(shù)的病人左右大腦半球失去了相互連接，也有人稱之為“裂腦人”。

手術(shù)后的“裂腦人”癲癇病狀有所好轉(zhuǎn)。但是平時(shí)生活中有時(shí)候就會(huì)出現(xiàn)一種自相矛盾的行為:比如出門穿衣服時(shí)，左手把衣服往身上穿，而右手卻要把衣服脫下來(lái)。有時(shí)候，穿上一件外衣后，過(guò)一會(huì)兒又穿上一件。出現(xiàn)這種怪異行為是因?yàn)椤傲涯X人”的左右腦失去了互相溝通，各自主張地指揮右手和左手。

這說(shuō)明人腦的兩個(gè)半球工作時(shí)需要互相合作。那么左右腦合作時(shí)有分工嗎？如果有分工，各負(fù)責(zé)什么工作呢？

其實(shí)早在19世紀(jì)科學(xué)家們就已經(jīng)知道，人類大腦的左半球主要處理聽(tīng)覺(jué)語(yǔ)言信號(hào)，右半球主要處理音樂(lè)信號(hào)。為什么會(huì)這樣呢？

功能假說(shuō)認(rèn)為語(yǔ)言具有傳遞語(yǔ)意的功能，由左腦處理;音樂(lè)具有表達(dá)感情的功能，由右腦來(lái)處理（圖3）。

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而聲學(xué)假說(shuō)卻認(rèn)為，語(yǔ)言具有隨時(shí)間快速變化的聲學(xué)屬性，所以由左腦處理；音樂(lè)具有較慢頻率變化的聲學(xué)屬性，所以由右腦來(lái)處理（圖4）。

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舉個(gè)例子:在一部滾梯中，用左側(cè)的人來(lái)代表語(yǔ)言;右側(cè)的人代表音樂(lè)。

左邊這個(gè)人是男性，他走路快，所以從左側(cè)急忙上去；右邊這位女性，并不著急，所以隨電梯慢慢上行。

另外左邊的人是某單位職工，單位在左面，所以走向左側(cè);而右邊這個(gè)人是全職媽媽，她要去右邊的超市，所以走向右側(cè)。

同樣的一種現(xiàn)象，可以用兩種不同的假說(shuō)去解釋。但究竟哪個(gè)理論是正確的呢？

美國(guó)德州大學(xué)心理系的一位華裔教授領(lǐng)導(dǎo)的小組在2004年發(fā)表了一項(xiàng)研究成果。他們使用了功能核磁共振成像技術(shù)觀察了與處理漢語(yǔ)聲調(diào)相關(guān)的腦區(qū)。

他們發(fā)現(xiàn)當(dāng)給受試者聽(tīng)無(wú)意義的聲調(diào)時(shí)，優(yōu)勢(shì)半球在右側(cè)。當(dāng)受試者聽(tīng)到漢語(yǔ)聲調(diào)的時(shí)候，說(shuō)漢語(yǔ)的受試者，左半球占優(yōu)勢(shì)，而母語(yǔ)為英語(yǔ)的受試者，卻是右半球占優(yōu)勢(shì)（圖5）。

⑸以漢語(yǔ)和英語(yǔ)為母語(yǔ)的聽(tīng)到漢語(yǔ)時(shí)，大腦活動(dòng)區(qū)域不同

陳林:出現(xiàn)這樣情況的原因，不很清楚，找不出答案。但這個(gè)結(jié)果引起了我們極大興趣，所以我想著手從這點(diǎn)開(kāi)始深入研究，漢語(yǔ)聲調(diào)在我們大腦的加工過(guò)程中究竟發(fā)生了什么。

普通話有21個(gè)聲母、35個(gè)韻母和4聲，理論上可以產(chǎn)生2940種聲音。但是能夠使用的大約2500個(gè)，真正用到普通話中的大約1200個(gè)。

英語(yǔ)在理論上有560種聲音。

不難看出，漢語(yǔ)因?yàn)槭褂寐曊{(diào)，發(fā)音種類要比英語(yǔ)多得多。

陳林:我們的漢語(yǔ)聲調(diào)，在聲學(xué)特性上跟音樂(lè)有很多類似的地方，比如說(shuō)“嗎麻馬罵”它是一個(gè)調(diào)的變化，就像音樂(lè)有音調(diào)的跳躍變化。但是別忘了漢語(yǔ)的聲調(diào)同時(shí)又?jǐn)y帶語(yǔ)意，它應(yīng)該在左半球去處理。這樣，我們的經(jīng)典理論在解釋漢語(yǔ)聲調(diào)問(wèn)題上就遇到了麻煩，遇到一個(gè)解釋不了的問(wèn)題

漢語(yǔ)聲調(diào)攜帶語(yǔ)意，經(jīng)典理論認(rèn)為它應(yīng)該由左腦來(lái)處理。但是，漢語(yǔ)聲調(diào)又類似音樂(lè)，經(jīng)典理論又認(rèn)為它應(yīng)該由右腦來(lái)處理。這是怎么回事呢？難道從西方語(yǔ)言基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的經(jīng)典理論遇到漢語(yǔ)時(shí)就失靈了嗎？

被這個(gè)問(wèn)題困擾著的陳林教授，走在街上也在不停地思考著。正當(dāng)他百思不得其解的時(shí)候，一天，一個(gè)偶然的事情觸發(fā)了他的靈感。

陳林:有一次我上班，穿越我們單位門前的斑馬線的時(shí)候。我看到一個(gè)轎車從我面前駛過(guò)。這輛車看著很眼熟，很像我的一個(gè)朋友駕駛的車。當(dāng)我試圖想看到駕駛這輛車的駕駛員是不是我朋友時(shí)，但車一閃而過(guò)速度太快，沒(méi)看清楚。

這生活中每人都可能碰到的事，別人可能也就放過(guò)去了。

陳林跟往常一樣回到家里，休息一會(huì)兒，看看電視。電視中的一個(gè)鏡頭突然引起了他的注意。一個(gè)慢鏡頭，可以把車內(nèi)的人看得很清楚。

陳林:我突然想到，是自己的眼睛看這個(gè)車開(kāi)過(guò)去的時(shí)候，分辨太慢。電視上用的可能是一個(gè)高速攝影機(jī)拍攝的，時(shí)間分辨率很高，能夠抓住時(shí)間點(diǎn)上發(fā)生事件的每一瞬間。

由此陳林突然想到，現(xiàn)在國(guó)際上報(bào)道的一些關(guān)于漢語(yǔ)聲調(diào)的研究，大多數(shù)采用的是功能核磁共振成像或者正電子斷層掃描技術(shù)手段。這兩種技術(shù)手段觀測(cè)的是受試者大腦某個(gè)特定區(qū)域的血流量。通過(guò)觀測(cè)大腦特定區(qū)域的血流量變化，來(lái)判斷是哪一個(gè)大腦區(qū)域?qū)h語(yǔ)聲調(diào)比較敏感。

陳林:這個(gè)技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)是有很高的空間分辨率，它可以準(zhǔn)確告訴你是大腦的哪一個(gè)區(qū)域跟外邊刺激相關(guān)，被激活了。但是它的一個(gè)缺點(diǎn)，因?yàn)樗^測(cè)血流量，所以它的時(shí)間反應(yīng)速度很慢。

從聲音傳到耳蝸到腦干到初級(jí)聽(tīng)覺(jué)皮層再到明白語(yǔ)意需要有一個(gè)過(guò)程。但是一個(gè)聲音進(jìn)入耳朵到大腦做出加工這個(gè)時(shí)間是非常短暫的，幾乎是在一瞬間完成的（圖6）。

⑹辨別聲音的意義是在瞬間完成的

核磁共振成像或正電子斷層掃描技術(shù)的時(shí)間分辨率為秒到幾十秒的數(shù)量級(jí)，所以用這樣手段去觀測(cè)，有可能將聽(tīng)到聲音后大腦當(dāng)中發(fā)生的很多事情忽略了，沒(méi)有觀測(cè)到。

陳林:我們的思維就回到了怎樣尋找一個(gè)有很好的時(shí)間分辨率的這樣一個(gè)技術(shù)手段來(lái)觀測(cè)，當(dāng)一個(gè)受試者在聽(tīng)到漢語(yǔ)聲調(diào)的時(shí)候，大腦里確切發(fā)生了什么樣的活動(dòng)過(guò)程。正像我們想要很清晰觀測(cè)到急駛而過(guò)的汽車?yán)锩媸钦l(shuí)駕駛的，必須要使用一個(gè)高速攝影機(jī)一樣。我們找到了這樣一個(gè)高速觀測(cè)大腦活動(dòng)的高速攝像機(jī)，那就是用腦電。

什么是腦電呢？當(dāng)我們聽(tīng)到一個(gè)聲音的時(shí)候，我們的耳蝸將聲音震動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)殡姾突瘜W(xué)的活動(dòng)，這些攜帶聽(tīng)覺(jué)信息的電和化學(xué)活動(dòng)通過(guò)神經(jīng)元一級(jí)又一級(jí)地傳遞到我們大腦的高級(jí)中樞。我們的大腦也需要神經(jīng)元以電的形式或者化學(xué)的形式相互通訊來(lái)加工處理這些聽(tīng)覺(jué)信息（圖7）。

⑺聲音信號(hào)轉(zhuǎn)化為神經(jīng)元電活動(dòng)

人體是電的良導(dǎo)體。當(dāng)有神經(jīng)元電活動(dòng)的時(shí)候，這些電活動(dòng)通過(guò)腦組織、頭顱骨傳遞到頭皮的表面。到達(dá)頭皮表面的這些電活動(dòng)被記錄下來(lái)就是腦電（圖8）。

⑻大腦皮層接收到腦電信號(hào)

腦電很微弱，通常以“微伏”為單位來(lái)計(jì)量。打個(gè)比方，一節(jié)干電池的電壓是1.5伏，而我們腦電強(qiáng)度只是相當(dāng)于這個(gè)干電池電壓的百萬(wàn)分之一。 雖然腦電極其微弱，但它的時(shí)間分辨率要比核磁共振成像或正電子斷層掃描高出成千上萬(wàn)倍，是不折不扣的抓拍大腦活動(dòng)的“高速攝像機(jī)”。

找到了研究的切入點(diǎn)，他們迅速行動(dòng)了起來(lái)。找尋更多的資料。制定完備的測(cè)試計(jì)劃。同時(shí)，開(kāi)始征集受試者。

倪敬田（中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院 聽(tīng)力研究實(shí)驗(yàn)室 博士研究生）:我們對(duì)被試人的要求是，右利手;聽(tīng)力正常;說(shuō)流利的普通話;并且沒(méi)有受過(guò)專門的音樂(lè)訓(xùn)練。

右利手指的是平時(shí)主要用右手做事的人。習(xí)慣用左手的人，就是我們常說(shuō)的左撇子，與受過(guò)專業(yè)音樂(lè)訓(xùn)練的人一樣，他們用腦習(xí)慣跟平常人可能會(huì)有不同。所以試驗(yàn)中要排除這些因素。

他們征集了22位受試者。給受試者頭上戴上一個(gè)電極帽，帽子上有幾十個(gè)電極，可以觀測(cè)頭顱各個(gè)位置的腦電活動(dòng)。研究小組使用全頭顱記錄方式來(lái)記錄受試者聽(tīng)漢語(yǔ)聲調(diào)時(shí)的腦電反應(yīng)（圖9）。

⑼被測(cè)試者的腦電活動(dòng)被測(cè)試出來(lái)

記錄下的腦電數(shù)據(jù)被輸入到計(jì)算機(jī)內(nèi)，再結(jié)合電極在受試者頭顱位置的信息，用計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理加工，計(jì)算出大腦里面在特定的時(shí)刻，究竟發(fā)生了什么。

受試者:我在學(xué)校論壇上看到這個(gè)消息，報(bào)名參加這個(gè)實(shí)驗(yàn)的。需要我做的事就是戴上電極帽之后，集中注意力去看一個(gè)無(wú)聲的有字幕的動(dòng)畫，忽略耳機(jī)中傳來(lái)的聲音。我后來(lái)才知道這是一個(gè)關(guān)于漢語(yǔ)聲調(diào)信息處理的實(shí)驗(yàn)，我非常好奇，為什么對(duì)于一個(gè)關(guān)于聲調(diào)信息處理的實(shí)驗(yàn)，卻要求被試者集中注意力看動(dòng)畫，而不是聽(tīng)所聽(tīng)到的聲音。

倪敬田:我們只告訴被試者這是一項(xiàng)關(guān)于語(yǔ)言的加工處理的實(shí)驗(yàn)，并沒(méi)有告訴被試者這是關(guān)于漢語(yǔ)聲調(diào)的實(shí)驗(yàn)，之所以這樣做是為了避免被試者產(chǎn)生思維定勢(shì)，避免大腦皮層對(duì)大腦聲調(diào)加工處理產(chǎn)生干擾，從而使得實(shí)驗(yàn)更具有客觀性。

記錄到的腦電有各種成份，有聽(tīng)覺(jué)受到刺激以后的腦電活動(dòng)成份，也有視覺(jué)和其它感覺(jué)系統(tǒng)的成份，以及我們大腦進(jìn)行思維活動(dòng)時(shí)的腦電成份。在這個(gè)實(shí)驗(yàn)當(dāng)中，研究小組提取出了感興趣的，由聽(tīng)覺(jué)信號(hào)所誘發(fā)的腦電成份。

聲音從進(jìn)入耳蝸到達(dá)初級(jí)聽(tīng)覺(jué)中樞只需要0.2秒左右，這個(gè)時(shí)候聲音信號(hào)雖然已經(jīng)進(jìn)入大腦，但聽(tīng)者還沒(méi)有意識(shí)到聲音的存在。是大腦的意識(shí)前階段。

陳林:在這個(gè)時(shí)間段內(nèi)，實(shí)際上對(duì)以漢語(yǔ)為母語(yǔ)的中國(guó)人來(lái)講，右半球的確是加工和處理漢語(yǔ)聲調(diào)的一個(gè)優(yōu)勢(shì)半球。

但是到了意識(shí)階段，對(duì)聽(tīng)漢語(yǔ)聲調(diào)意義的受試者來(lái)講，他發(fā)現(xiàn)這個(gè)漢語(yǔ)聲調(diào)是有意義，這個(gè)信息立刻轉(zhuǎn)到左半球進(jìn)行加工。

中國(guó)人聽(tīng)漢語(yǔ)聲調(diào)時(shí)，在信號(hào)已經(jīng)進(jìn)入大腦但他還沒(méi)有來(lái)得及意識(shí)到這個(gè)聲音這個(gè)階段，大腦“誤將”漢語(yǔ)聲調(diào)當(dāng)作音樂(lè)，因此由右腦加工。等它傳到更高一級(jí)大腦中樞的時(shí)候，也就是到了受試者意識(shí)到所聽(tīng)到的聲音這個(gè)階段，大腦發(fā)現(xiàn)原來(lái)漢語(yǔ)聲調(diào)是有語(yǔ)意的，立刻就轉(zhuǎn)到左腦進(jìn)行加工。

陳林:接下來(lái)我們感興趣的，是搞清楚什么因素，決定了不同的聲音需要大腦在不同半球進(jìn)行加工處理。比如為什么我們漢語(yǔ)的聲調(diào)在右半球進(jìn)行加工，是不是所有的聲音都是這樣，對(duì)于不是漢語(yǔ)聲調(diào)的聲音又是怎樣的呢？

為了搞清楚這個(gè)問(wèn)題，他們又設(shè)計(jì)了另外一組測(cè)試，讓所有實(shí)驗(yàn)刺激保持一個(gè)聲調(diào)，但是改變聲母。

結(jié)果發(fā)現(xiàn)對(duì)于這樣的刺激，受試者在意識(shí)前階段大腦的左半球是優(yōu)勢(shì)半球。

研究小組發(fā)現(xiàn)在聽(tīng)覺(jué)加工的意識(shí)前階段聲學(xué)假說(shuō)是成立的；而到了意識(shí)階段，功能假說(shuō)是成立的。他們的工作豐富和擴(kuò)展了關(guān)于聽(tīng)覺(jué)認(rèn)知加工的經(jīng)典理論。

從課題的醞釀、方案設(shè)計(jì)、征集受試者、數(shù)據(jù)采集，到分析加工，經(jīng)過(guò)了4年多的辛勤工作。陳林教授和他的科研小組度過(guò)了許許多多不眠之夜，終于解開(kāi)了大腦感知漢語(yǔ)聲調(diào)的秘密。

陳林:西方語(yǔ)言體系中建立起來(lái)的經(jīng)典理論，在解釋漢語(yǔ)如何在大腦中進(jìn)行加工的時(shí)候遇到了麻煩，暴露了其不完備之處，有可能需要更新和發(fā)展。我們的研究結(jié)果豐富了現(xiàn)有的這方面的理論，同時(shí)研究漢語(yǔ)聲調(diào)在大腦中如何進(jìn)行加工，還有助于國(guó)際學(xué)術(shù)界從自然科學(xué)的角度來(lái)認(rèn)識(shí)中國(guó)語(yǔ)言文化的一個(gè)獨(dú)特性。

這項(xiàng)研究成果揭示了一個(gè)有趣的現(xiàn)象：中國(guó)人用漢語(yǔ)交流時(shí)，可能更頻繁地使用右腦。因?yàn)闈h語(yǔ)的每一個(gè)字都有一個(gè)聲調(diào)，我們的大腦右半球會(huì)頻繁地被這個(gè)聲調(diào)激活。

既然我們的大腦右半球積極地參與漢語(yǔ)聲調(diào)的認(rèn)知加工，那么右半球受到損傷的患者說(shuō)漢語(yǔ)或聽(tīng)漢語(yǔ)時(shí)，他的聲調(diào)會(huì)不會(huì)異常呢？陳林教授和他的科研小組還在繼續(xù)著他們的研究。如果這一點(diǎn)得到證實(shí)的話，醫(yī)生在診斷漢語(yǔ)為母語(yǔ)的腦損傷患者時(shí)，就有可能會(huì)多了一項(xiàng)診斷指標(biāo)。