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ANT脑电在超扫描领域的应用:探讨双语控制对认知控制的影响
点击次数:1504 发布日期:2021-12-28  来源:本站 仅供参考,谢绝转载,否则责任自负

辽宁师范大学脑与认知神经科学研究中心的刘欢欢副教授团队首次模拟同步双语产生与理解的情景,探讨双语控制对认知控制的影响。这项研究采用脑电超扫描技术,通过不同语境下脑间同步性的变化,揭示了负责抑制和冲突监控的delta和theta振荡可以自适应地迁移到认知控制领域,研究成果发表在Cerebral Cortex杂志上。本文第一作者和通讯作者为刘欢欢副教授,共同第一作者为李晚晴。
 
引言
 
如果语言影响和塑造思维,那么双语经验在其中会起到怎样的作用呢?双语者的大脑是协调一系列执行功能的独特例子,例如,经常使用两种或两种以上的语言需要调用冲突监控、更新、抑制控制和工作记忆等执行功能(Abutalebi & Green, 2007; Bialystok et al., 2005; Calvo & Bialystok, 2014; Declerck et al., 2017; Kovács & Melher, 2009; Prior & Gollan, 2013; Verreyt et al., 2016)。这使得双语者具有灵活的语言控制机制,并且可能迁移到认知控制领域。这种迁移可以看作是跨任务的适应效应,其本质上反映了同质冲突解决机制引发的认知控制的自动适应性变化(Egner, 2008, 2014)。

为了验证这种语言控制对认知控制的适应效应,我们模拟同步语言产生与理解的过程,采用联合图片命名-听力任务,并把flanker任务穿插进该任务。其中,联合图片命名-听力任务设置了三种语境:单语第一语言(L1),单语第二语言(L2)和混合语境(Mix L1 & L2)。单语L1语境对于非熟练双语者而言,基本上不会受到L2的干扰,单语L2语境需要持续地抑制L1的干扰,混合语境则需要瞬时地控制非目标语言的干扰,转向目标语言。通过双人脑电记录每对被试大脑活动的时间耦合情况。该研究将为语言控制和认知控制的关系提供新的见解,并对理解人类交流的神经机制具有重要意义。

实验设计
 
图1 联合命名-听力任务和穿插的flanker任务
 
如图1所示,说者与听者共同坐在电脑屏幕前,看到相同的图片,根据线索提示,一人命名,另一人认真听,然后两人都执行flanker任务。为了提高听者的注意力,实验过程中加入了填充试次,替代命名-听力任务。即,说者说出箭头指向,听者按键。填充试次不进入正式分析。另外,为了提供一个非语境下的flanker效应作为对照,每对被试在正式实验前还合作完成了一个单独的flanker任务。
结果
1)联合语言产生-听力任务的行为和同步性分析结果
图片命名的行为结果显示,混合语境下的命名反应慢于单语L1语境和单语L2语境,单语L2语境慢于单语L1语境,而正确率上无显著差异。
 
 
图2 联合命名-听力任务的脑间delta同步性和耦合电极
 
注:A)联合命名-听力任务过程中使用300 ms滑动窗口获得的脑间同步性。(B)每种语境下的平均delta同步性,上部为正式实验的同步性,下部为随机打乱数据分析得到的同步性。在小提琴图中,白圈代表被试的平均值,白线代表中位数,方框图表示四分位数(75%和25%)。*** < .001.(C)通过PLV分析和FDR校正确定的显著耦合的电极对(p<0.05)。深色的脑袋代表说者,浅色的脑袋代表听者。

如图2所示,混合语境的delta同步性高于单语L1语境,单语L2语境的delta同步性高语单语L1语境,但混合语境与单语L2语境无显著差异。随机试次的分析显示,三种语境无差异,说明实验语境的同步性差异不是偶然因素引起的。
 
 
图3联合命名-听力任务的脑间theta同步性和耦合电极
 
如图3所示,混合语境的theta同步性高于单语L1语境和单语L2语境,但单语L1语境与单语L2语境无显著差异。随机试次的分析显示三种语境无差异。
以上结果表明,使用的抑制和冲突监测资源越多,同步性越高,但减缓了命名反应。
 
2)flanker任务的行为和同步性分析结果
 
图4 联合命名-听力任务中穿插的flanker任务的平均反应时和正确率。
 
如图4所示,单独的flanker任务表现出正常的flanker效应,但三种语境下都发现了反转的flanker效应,即不一致试次的反应快于一致试次。另外,三种语境下,不一致试次的正确率都显著高于一致试次,这排除了速度-准确性权衡的问题。
 
图5 联合命名-听力任务中穿插的flanker任务的脑间delta同步性和耦合电极
 
如图5所示,一致试次的delta同步性在混合语境和单语L2语境下都显著高于不一致试次,而在单语L1语境下,不一致试次的同步性高于一致试次。flanker任务的一致性效应在随机试次的分析中未显示出语境的差异。
 
图6 联合命名-听力任务中穿插的flanker任务的脑间theta同步性和耦合电极
 
如图6所示,一致试次的theta同步性在混合语境和单语L2语境下都显著高于不一致试次,而在单语L1语境下,不一致试次的同步性高于一致试次。flanker任务的一致性效应在随机试次的分析中未显示出语境的差异。
以上脑间同步性分析证实了单语L2语境和混合语境下的这种反转的flanker效应,而单语L1语境下的脑间同步性却表现出典型的flanker效应。这是由于同质冲突适应效应改善了单语L2语境和混合语境中不一致试次的表现。
结论
以上结果表明,语境诱发的语言控制调节了认知控制,双语者具有自适应的控制机制。这项研究独特地揭示了语言控制对认知控制的具体作用机制,并提供了第一个脑间同步性的证据,扩展和深化了双语控制的自适应机制。
 
参考文献
Liu, H., Li, W., Zuo, M., Wang, F., Guo, Z., Schwieter, J. (2021). Cross-task adaptation effects of bilingual language control on cognitive control: A dual-brain EEG examination of simultaneous production and comprehension. Cerebral Cortex, DOI: 10.1093/cercor/bhab411 

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本研究使用两台ANT脑电设备进行超扫描研究,该是ANT Neuro公司的新一代EEG/ERPs记录分析系统,创新的全移动设计,主动屏蔽技术以及用户友好,功能丰富的采集与分析软件,可以满足现代脑科学研究领域不同实验场景的需求,该系统被广泛应用于心理与脑科学、神经康复、经济学、管理学、体育科学、语言学、工业设计、可用性测试、TMS-EEG、fMRI-EEG、脑机接口等研究领域。
 
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