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user: 3. FMRI研究 除了时间进程，研究者们还利用脑成像技术从空间进程的角度探讨了双语经验对大脑执行控制结构、功能以及脑区内在连接的可塑性影响。 首先，有些研究考察了双语者与单语者在大脑结构方面的差异。这些研究专门针对一些在注意任务中发挥重要作用的脑区的白质密度或者灰质体积进行分析，希望找到双语经验影响的证据。例如，Luk等人(2011)对比了早期熟练老年双语者与单语者的白质密度差异。结果发现，相对于单语者而言，双语者的胼胝体、双侧纵向纤维束的上部以及右侧前额-枕纤维束和钩束的前部的白质完整性较高。还有研究者考察了终生双语经验对灰质体积的影响。两篇研究结果分别发现，双语者双侧顶下小叶、扣带回前部的灰质体积增大，而顶下小叶和扣带回在许多语言任务和注意任务中都发挥着重要角色(Abutalebi， Canini， Rosa， Green， & Weekes， 2015; Abutalebi et al.， 2015)。除了以正常老年人为被试，Schweizer等人(2012)以阿尔兹海默症(Alzheimer’s disease， AD，即老年痴呆)患者为被试进一步验证双语经验对大脑的保护作用。基于前人研究发现正常人和AD患者内侧颞叶萎缩程度有显著差异，他们假设相对于认知功能相同、痴呆程度相同的AD单语者，AD双语者颞叶内侧萎缩程度更大，而二者在颞叶前部和中部的萎缩程度没有差异。结果发现，与单语AD患者相比，双语AD患者的颞叶内侧有更大的萎缩，但两组被试的行为没有差异。已有的行为研究发现双语经历使AD症状延迟4~5年才表现出来，这可能说明双语经历有着认知保护的作用。除了比较双语者和单语者，研究者还进一步探究了不同双语经验的大脑执行控制的影响。Mechelli等人(2004)不仅发现双语者在双侧顶下小叶上的灰质密度显著大于单语者，早期双语者(AOA < 5)同样也在双侧顶下小叶的灰质密度显著大于晚期双语者(10 < AOA < 15)。除了横向研究，一些研究者试图采用纵向研究，在一组被试中考察双语经验对于认知控制的影响，更好地排除其他因素对认知控制能力的影响。Stein等人(2004)发现被试在瑞士学习5个月的德语后左侧额下回和左侧颞叶前部的灰质体积增加，但是由于缺乏控制组，没法很好证明这就是双语经验的影响。Schlegel等人(2012)把27名英语母语者随机分成两组，实验组学习9个月的普通话，控制组什么都不学，主要在实验组发现额叶与胼胝体膝部相交的白质纤维束等10个纤维束完整性更高，作者认为结构可塑性在成人语言学习中扮演重要作用，通过髓鞘化改变白质结构从而扩大语言学习网络的功能，其中额叶和尾状核的变化支持前人研究语言学习需要控制网络的发展来调节语言切换。 但并不是所有结果都支持双语优势的观点。Zou等人(2012)以晚期高熟的中年手语-口语双语者人和口语单语者为被试，发现与单语者相比，双语者的左侧尾状核灰质体积增大。但是Olulade等人(2016)发现相比于青年单语者，早期高熟的青年手语-口语双语者没有灰质体积较大的区域，这表明不同双语经验对大脑执行控制结构的影响可能不同。研究者倾向于将体积增大认为是优势的体现，可是Olulade等人发现相比于单语者，单通道双语者左侧枕中回、右侧颞上回、双侧中央前回、双侧额中回的灰质体积较大，但是相比于单通道双语者，单语者左侧小脑、双侧旁海马回、右侧颞中回的灰质体积较大，其中额叶和小脑都是和执行控制有关的脑区。此外Gold等人(2013)比较了老年双语者和老年单语者，却没有发现灰质体积有显著差异。为了更准确解释脑结构变化的意义，研究者应该将行为和脑指标做相关。 其次，除了结构方面可能的差异，双语经验对大脑功能的可塑性也引起了广泛的关注。研究者让被试完成某种执行控制任务，对比单语者和双语者任务态脑激活。一些研究采用任务切换任务，例如Garbin等人(2010)以西班牙语-加泰罗尼亚语双语大学生和西班牙语单语大学生为对象，对两组被试在完成切换任务时的脑机制进行了比较研究。在该研究中，被试需要根据线索确定是对颜色进行判断还是对形状进行判断。行为结果发现双语者比单语者表现出较小的切换代价。脑成像的结果发现，更小的切换代价在双语者身上表现为左侧前额叶以及纹状体区域更强的激活，而在单语者身上表现为右侧前额叶更强的活动。 Aina (2013)也考察了加泰罗尼亚语-西班牙语双语者与西班牙单语者在完成任务切换时的差异。但是行为结果没有发现组间差异。脑成像的结果显示，在双语者中，任务切换比任务重复更多地激活了双侧尾状核头部、双侧扣带回、双侧额下回、双侧额中回；在单语者中，任务切换比任务重复更多地激活了双侧基底节(尾状核和苍白球)和左侧额下回。而且双语者比单语者更强地激活了左侧额下回和左侧尾状核。尽管这两篇研究结果有差异，这可能是由于任务的不同导致的，但是都证明了长期的双语经验使双语者在完成非语言的控制任务时语言控制相关的区域也起到了作用。双语者经常使用两种语言，这种经验导致在执行非语言的控制任务时，与语言控制有关的脑区的参与度增强。 Luk等人(2010)以英语单语者和英语-X语双语者为被试(第二语言类型不受限)，采用设置了nogo条件的Flanker任务，探讨了两组人在完成该任务时的脑机制差异。行为结果没有发现两组被试的显著差异。而脑成像的结果发现，单语者的Flanker效应主要表现在左侧颞极、左侧顶上区域等脑区，而双语者的Flanker效应主要表现在双侧额叶、颞叶、以及一些皮层下区域。Abutalebi (2012)以熟练的德语-意大利语双语者和意大利语单语者为对象。行为结果没有发现两组被试在Flanker效应上的显著差异。但是，在Flanker任务的第二个模块中，双语者的Flanker效应显著减小，反映了更好的冲突适应性。在Flanker效应(冲突效应)的脑激活上，双语者的主要相关激活脑区有双侧前扣带回和左侧前辅助运动区等，而单语者则包括更广泛的激活区域；与单语者相比，双语者的Flanker行为效应和前扣带回的灰质密度等参数有更显著的相关关系，说明双语者比单语者更依赖于前扣带回来完成认知控制任务，这又进一步证明了前扣带回在双语者完成语言控制和非语言冲突控制时的作用。 还有研究者采用Simon任务，Bialystok等(2005)采用MEG (magnetoencephalogram)技术，考察了法语-英语双语者、粤语-英语双语者以及英语单语者在完成Simon任务时脑机制的差异。行为上没有发现双语者在冲突控制上的显著优势。通过对MEG数据的分析发现，三组被试Simon效应相关的激活脑区都包括左侧前额叶、中侧前额叶以及前扣带回等和冲突控制相关的脑区，双语者脑区活动模式更相似，表现出更快的反应时与左脑的上部和中部颞叶、扣带回和上部下部额叶区域相关；单语者表现出更快的反应时与额中回有关。研究者们认为，这是双语控制的经验造成系统性的额叶执行功能变化。 尽管以上研究在脑激活上发现了双语经验影响执行控制的证据，但是行为上却没有发现组间差异。这可能是由于年轻人处于认知巅峰时期，这种双语经验还没有到达可以影响认知的状态。随着年龄的增长，认知控制会显著的下降。使得这种影响表现出来，因此Gold等人(2013)采用任务切换任务考察了双语经验以及年龄因素对执行控制功能脑机制的影响。结果发现，相比于老年单语者，老年双语者切换代价比率更小，但是年轻组没有显著差异。脑成像的结果显示，对于老年人而言，随着脑区激活增加，行为的表现为切换代价增大。也就是说，脑区激活越弱，切换代价越小，行为表现就会越好。研究者认为年轻人处于认知巅峰时期，这种双语经验还没有到达可以影响认知的状态，随着年龄的增长，认知控制会显著的下降。终身双语或者从孩童时期在日常生活中说两种语言，可以使得在认知控制过程中，这种和年龄相关的下降衰减的缓慢一些，加强一般执行控制系统，使得神经效率得到提高，越少的激活带来更好的表现，所以老年人比年轻人表现出更大的抑制控制优势，年轻人里没有表现出双语优势。 由此得出，双语者和单语者大脑执行控制脑区的激活存在差异，但是和脑电研究类似，只有少数研究发现了行为水平的组间差异，我们觉得原因有以下几点：首先和任务有关。难度不同、冲突来源不同的任务有不同的结果，例如一些研究在切换任务中发现双语差异，但没有在Simon中发现，这可能是由于Simon任务太简单导致的。同样的，Kousaie和Phillips (2017)采用ERP技术发现老年双语者和单语者在Stroop和Flanker任务的反应时正确率有差异，但是Simon任务行为表现相同。此外，行为指标和被试类型也会有影响，Gold等人(2013)没有在反应时和正确率上发现双语差异，但是在切换代价比率发现了差异。由于处于认知巅峰时期，双语经验还没有达到可以影响年轻人认知的状态，因此行为上难以表现出组间差异，而老年人随着年龄的增长，双语经验可能表现出减缓老化的影响，这一点在脑电研究中也得到证实Kousaie和Phillips (2017)。最后，一些其他因素可能会弥补双语者和单语者的表现，例如Ansaldo及其同事(2015)认为两组被试的受教育水平较高可能是没有发现差异的原因之一，已有研究发现某些生活方式和社会经济地位也可能利于老年人的认知表现，成就老年生活。以上研究已经证明双语经验影响大脑的功能，今后的研究应从以上几种可能原因进一步挖掘大脑的可塑性。 以上研究发现双语者和单语者在多个脑区存在差异，表明双语经验可能对大脑功能网络产生影响，因此近几年，有些研究者还专门分析了双语者与单语者大脑功能网络的差异。例如，García-Pentón等人(2014)发现年轻单语者和早期高熟双语者在两个子网络的连接上的差异。其中一个子网络包括左侧额叶和顶/颞区，另一个子网络包括左侧顶/颞区和右侧额下回。具体地，该研究发现与单语者相比，双语者这两个子网络之间的连接效率更高，说明双语经验会改变大脑的解剖连接。子网络内部效率与全脑效率的负相关，可能是双语劣势的原因。 Grady等人(2015)考察了终生双语经验对执行控制相关脑网络激活的影响。被试为老年单语者和早期高熟双语者，选取了3个执行控制相关的脑网络：额枕控制网络、显著网络和默认网络。其中，额枕控制网络和显著网络在一些执行控制任务中常会被激活，前者负责控制其他脑网络的参与，后者负责整合内部的感觉信息；默认网络在这些任务条件下的激活程度明显下降，而在静息注视条件下的激活反而增加。结果发现，相对于单语者，双语者的默认网络和额枕控制网络有更强的功能连接；双语者额枕控制网络功能连接和任务状态下前额叶、顶叶的激活程度有更大的相关。作者还提出模型，认为终生的双语经验增强功能连接，进而影响脑网络的激活，支持了老年双语者在执行控制方面的优势。 Luk等人(2011)也认为持久的双语经历会导致白质完整性的增强，进而导致双语者完成认知控制任务时有更出色的表现，并以老年人为被试通过两个实验证明了该假设。实验一采用DIT技术发现相对于单语者而言，年老的双语者白质之间连接更强；实验二发现双语者白质之间连接性越强，与连接性较强的白质附近的前额叶建立功能连接的脑区就越多，具体来讲，单语者左侧额下回和额叶的其他脑区(如右侧额上回、双侧额中回等)有功能连接，双语者左侧额下回与双侧额中回、右侧顶下小叶、楔前叶、双侧枕中回、左侧扣带回有着更强的功能连接。 除了横向研究，Hosoda et al. (2013)还进行了追踪研究，探讨了成年人的14周的二语学习和右脑网络(额下回岛盖部-尾状核-颞上回/颞中回)发生改变的关系。研究发现右侧额下回岛盖部灰质体积、FA值以及右侧额下回岛盖部与尾状核的连接强度和二语提升量成正相关。成人二语的习得使得右侧大脑结构发生变化，但学习者逐渐淡忘二语后，大脑结构又恢复到原来状态，表现出大脑极强的可塑性。 此外，也有研究探讨了不同通道的双语经验对大脑功能连接模式的塑造作用。例如Li等人(2015)对比了手语-口语双语者与口语单语者的控制脑区与语言加工脑区之间的功能连接强度。结果发现，相比于单语者，双通道双语者的背侧前扣带回和其他与说有关语言区(如左侧颞上回)的连接在任务态时更强，而在静息态时更弱。左侧尾状核与手语语言区(左侧颞枕下部，右侧顶上小叶，右侧顶下小叶)的功能连接更强。 Berken (2016)探讨了不同起始学习时间下不同的脑静息态功能连接模式。被试包括同时双语者(从出生起同时学习法语和英语)和顺序双语者(5岁后开始学习第二语言，一部分被试L1为法语，一部分L1为英语)。两组双语者均为高熟双语者，每天接触和使用两种语言，仅在习得年龄上存在差异。研究发现：与顺序双语者相比，同时双语者双侧额下回间的连接、额下回与背外侧前额叶、顶下小叶、小脑等语言控制脑区的连接更强。Kousaie et al. (2017)等人也以同时双语者和顺序双语者为被试，结果发现，相比于顺序单语者，同时双语者不仅有着更强的干扰抑制，而且默认网络和注意网络之间有着更大负相关。Liu (2017)及其同事控制了L2熟练度，选取了语义、语音和句法三个语言网络，探究L2学习时间对静息状态网络的影响，发现相对于晚期双语者(AOA：6岁)，早期双语者(AOA：3岁)语言网络有更高的聚类系数、全局和局部效度，更小的特征路径长度，更强的功能连接，表明学习L2的时间影响语言网络的拓扑属性。