探奇索隱覓真知
——記華東師范大學心理與認知科學學院教授蔡清

□ 楊 嬌

蔡清

語言是人類所特有的高級認知功能，是交流最重要的手段。那么“聽說讀寫”在我們的頭腦里是如何進行的？1861年，法國醫生布羅卡報告了一則左腦額葉損傷引起失語癥的病例，這個報告對后來的神經科學影響深遠，從此引起了學者對左腦研究的熱潮。這是否意味著右腦就完全缺乏語言功能？人工智能和腦科學中的語言處理均是對信息的加工，那么語言信息在人工智能和人類大腦中的表達和加工有何種相似或不同？華東師范大學心理與認知科學學院教授蔡清將為我們揭開“廬山”真面目。

一約既定，萬里無阻

如果說從生物技術領域進入認知神經科學是蔡清與生俱來的好奇心驅使，那么選擇去法國里昂大學攻讀認知科學則是出自她特有的浪漫情懷。

2002年，蔡清獲得上海交通大學生命科學院生物技術專業的學士學位。本科畢業以后，蔡清沒有如眾多同學一樣繼續選擇深造，而是應聘到中國科學院上海生命科學信息中心做助理編輯。蔡清說，當時他們整個專業就只有4個人沒有繼續讀研或出國學習，她就是其中一個。

當時的蔡清，帶著那個年紀該有的“年輕氣盛”。對于這樣的選擇，她說：“當時生物技術的發展還不能夠回答我思考的問題，在我看來，如果真的想在這個領域里做出一定的成果或者有一定的成就的話，其實需要靠一點運氣，我覺得這不是一個自己可以主導的過程。所以我選擇不要盲目繼續。”

工作兩年后，蔡清心里的不安越來越明顯。她說，在那樣一個狹窄的領域里每天重復著一樣的事，好像一眼就能看見20年、30年后的自己。“我應該去一個喜歡的地方做一個或學一個我喜歡的東西。”在這種認知的催促下，蔡清選擇了當時自己最感興趣的對大腦的研究。

“我覺得法語和法國文化很微妙，并且法國文化和中國文化非常不同。我想去這種完全不同的文化里待一段時間，看看是不是能夠因此感受到什么是生命和精神中最本質的，不隨社會形態、文化習俗、經濟環境等改變的東西。”她與法國認知科學研究所和里昂大學取得了聯系，帶著一份“離心似箭”的心情奔赴浪漫之都，從此走上了認知科學研究的漫漫之路。

認知科學誕生于20世紀70年代后期，是在神經科學、心理學、科學哲學、數學建模等基礎上發展起來的一門交叉學科。認知科學的研究旨在闡明認知活動的腦機制，即了解人類大腦如何在不同層次上實現各種認知活動。它從20世紀80年代開始走入人們的視野，90年代得到蓬勃發展。在21世紀的今天，認知科學已成為最有發展潛力的前沿學科之一。

2004年，蔡清開始她的法國求學路。受到兩篇其他領域研究論文的啟發，在和導師商量后，她決定從健康被試大腦的功能偏側化這個特殊的角度來研究語言和閱讀的神經機制。2009年年初，她的研究已獲得了一系列成果，并以最高榮譽畢業。畢業后，她在比利時根特大學實驗心理學系從事博士后研究工作，之后又受邀加入法國國家健康研究院認知神經影像中心進行博士后研究。期間，她一方面深化之前的研究，另一方面也傾注了大量熱情展開兒童語言和數學發展的影響研究。蔡清說，她覺得博士后是一個學習的黃金時間段，這段時間可能是人生中最后一次可以進行密集的、大量的學習的機會。她非常鼓勵大家做兩個博士后研究。做博士后研究的時候不愁經費和工資，沒有申請項目、發表論文的壓力，有非常大的自由度去做自己想做的事。

在國外的幾年，蔡清在認知神經科學領域發表了眾多學術論文。曾經的“門外漢”，通過努力，通過不斷學習，成為這一領域內的專家，蔡清說，除了興趣使然，還需要一些持之以恒的精神。

國人心里總會有一種落葉歸根的情懷，蔡清也不例外。學習、工作加在一起，蔡清在歐洲待了9年的時間。2012年，蔡清考慮回國從事她的科研工作。正在此時，她學術訪問的第一站華東師范大學，向她遞出了橄欖枝。“華師大心理學院和認知所給了我諸多的支持以及一個國際化的氛圍，使得我能夠愉快地在這里繼續自己感興趣的研究。”

博學深謀，以俟其時

大腦分為左半球和右半球。我們常常說，左腦具有語言、概念、數字、分析、邏輯推理等功能，右腦具有音樂、繪畫、空間幾何、想象、綜合等功能。但這樣的觀點從神經科學的角度來看并不完全準確。

19世紀，人類的語言能力與左半腦的關系就受到醫學上的關注。法國神經科學家布羅卡首先發現左腦額下回皮層受損的病人可以理解但無法產生言語，從而得出該區域與言語生成有關的結論，并由此引發了“左腦負責語言”的觀點。這個現象后來被稱為半腦語言優勢(hemispheric language dominance)或者語言偏側化（language lateralization）。因為大腦偏側化無法直接觀察或簡單測試，一個多世紀以來對其研究一直極為有限，而且大多限于臨床。

近年來，研究者發現功能性核磁共振（fMRI）等方法可以用于測試語言偏側化，且其結果與臨床創傷性方法高度一致，使用這些方法對較大樣本的研究進一步顯示：雖然有極少數個體具有右腦語言優勢，但在隨機抽取的人群中，語言左偏側化的個體的比例超過90%～95%。

這個研究啟發了蔡清，如果找到那剩下的5%右腦語言優勢的健康人群，是否就能夠提供一個不同的角度，來考察與語言神經機制有關的一些問題。通過大規模篩選，她得到了這樣一個語言右偏側的群體，并且發現，語言的異常偏側化和視覺空間加工的偏側化始終保持著半腦優勢互補的關系，也就是說，一般群體中右半腦是視空間加工優勢半腦，而在這個右腦語言優勢的群體中，每個被試的視空間優勢半腦都是左半腦。這顯示語言能力和視空間加工能力的發展之間存在聯系，而半腦互補可能帶來并行優勢最大化。這一結果被PNAS發表并引發了領域內一系列的討論和研究。

“左腦語言優勢似乎是一個穩健的現象。雖然語言存在明顯的左腦偏側，但這種左右二分法是否是一種過度簡化？語言加工是否也涉及右腦的部分區域？這些區域和網絡與語言加工的哪些過程有關？與西方字母文字系統相比，漢語和中文加工具有怎樣的特殊性？半腦偏側化的程度究竟反映了什么？”面對先前別人的甚至是自己的研究結果，蔡清心里還在不斷問自己這些問題。

為解開心中的疑惑，蔡清搜集、整理近年來學術界對語言偏側化的研究。她發現，當前的語言偏側化研究中至少包含兩個方面的問題：一是對語言系統的過度簡化，缺乏理論模型指導下對語言成分的分離和精確的測試；二是缺乏對語言偏側化中具有語言特殊性和具有領域普遍性成分的分別考察。

問題找到了，如何解決存在的問題？蔡清對此有著自己的思考：“我們需要從語言的基本元素和功能開始對一系列語言元素/功能的偏側化做出考察。”

蔡清說，語言中最基本的元素是音素，繼而是音節，而最基本的功能是對這些基本元素進行有序結合。語言產生中一項關鍵的能力是對特定序列進行加工的能力，例如我們在說出一個詞的過程中，需要提取它的語音信息并通過控制一系列發聲位置來實現。與此相對，語言感知涉及將語音信號流切分成音節或者音素，并對其組成的序列進行快速加工的過程。也就是說，序列加工是語言感知和語言產生中廣泛存在的基本過程。“感覺—運動轉換”過程始終包含著序列處理的過程。這正是語言偏側化研究中所忽略的。帶著上述問題，蔡清和她的團隊首先聚焦到“序列加工機制對語言偏側化的影響以及它是否具有語言特殊性”這一研究上，對語言產生中的音節序列加工是否會引起偏側化,序列加工的偏側化是否有語言特殊性，是否可以進一步分離運動序列和序列規劃兩種過程中序列加工的差異等這些問題進行了一系列考察，為后面研究奠定了基礎。這一課題的研究獲得了2014年國家自然科學基金的支持。

回顧研究的道路，蔡清說，走過來了，回頭看那些遇到的困難似乎都不算是困難了。辦法終究多于難題，上一秒是山重水復，下一秒可能就是柳暗花明。在此基礎上，2017年她又獲得國家自然科學基金的面上項目支持，更深入和系統地研究右半腦在語言加工中的作用。

參加全國腦科學專家交流會

寧可一思進，莫在一思停

傳統的認知科學核心分支學科是認知心理學和人工智能。其中，認知心理學結合信息加工理論，解釋人的認知過程，并采用科學的方法對人的感知覺、注意、記憶、語言等認知過程展開實驗研究。認知心理學的成長為認知科學的產生奠定了堅實的基礎。與此同時，人工智能的發展引發了學界對人腦認知過程更多的關注與研究，大大豐富了認知科學的內涵。但近年來，這兩個領域之間缺乏深入的相互了解和合作，在“強人工智能”方面并沒有出現預想中的飛躍。

蔡清與人工智能領域的一些領軍研究者合作，對人工智能與腦科學在語言處理領域進行研究。“我們將以‘表征’和‘計算’這兩個共同概念為橋梁建立人工智能和腦科學在語言處理領域的跨學科研究橋梁。具體來講，我們建議從最基礎的表征和表征融合開始，結合一般性認知計算機制，來銜接人工自然語言處理和神經語言學。”

蔡清說，以腦科學的發現作為人工智能建模的重要參考和約束，檢驗人工智能在任務中的性能是否有提高，然后利用人工智能模型反向補充腦科學的實驗手段，產生人腦研究的指導和假設。

對于整個研究框架，蔡清也進行了細致的劃分，共分為3個方面：“比如說，在初步的語義研究中，我們預期一個合理的計算機模型應該在某些層面上與大腦的語義處理表現出相似性。通過對腦活動和基于不同模型的詞向量及其關系的相似性的研究，我們不僅希望能優化計算機模型對語義的表征和計算，更希望這能啟發我們對于人類語義加工的機制獲得更深的理解。”

研究還在繼續，研究成果的取得只是時間的問題。此刻蔡清已是4位博士和多位碩士的導師，也是一個3歲孩子的母親。蔡清說，雖然生活中擔任了更多不同的角色，但她對認知神經科學還一如當年一樣，保持著孩童般的好奇心和探索不息的熱情。