ANT腦電在超掃描領域的應用：探討雙語控制對認知控制的影響

遼寧師范大學腦與認知神經(jīng)科學研究中心的劉歡歡副教授團隊首次模擬同步雙語產(chǎn)生與理解的情景，探討雙語控制對認知控制的影響。這項研究采用腦電超掃描技術，通過不同語境下腦間同步性的變化，揭示了負責抑制和沖突監(jiān)控的delta和theta振蕩可以自適應地遷移到認知控制領域，研究成果發(fā)表在Cerebral Cortex雜志上。本文第一作者和通訊作者為劉歡歡副教授，共同第一作者為李晚晴。
  如果語言影響和塑造思維，那么雙語經(jīng)驗在其中會起到怎樣的作用呢？雙語者的大腦是協(xié)調(diào)一系列執(zhí)行功能的獨特例子，例如，經(jīng)常使用兩種或兩種以上的語言需要調(diào)用沖突監(jiān)控、更新、抑制控制和工作記憶等執(zhí)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)。這使得雙語者具有靈活的語言控制機制，并且可能遷移到認知控制領域。這種遷移可以看作是跨任務的適應效應，其本質(zhì)上反映了同質(zhì)沖突解決機制引發(fā)的認知控制的自動適應性變化(Egner, 2008, 2014)。

為了驗證這種語言控制對認知控制的適應效應，我們模擬同步語言產(chǎn)生與理解的過程，采用聯(lián)合圖片命名-聽力任務，并把flanker任務穿插進該任務。其中，聯(lián)合圖片命名-聽力任務設置了三種語境：單語第一語言（L1），單語第二語言（L2）和混合語境（Mix L1 & L2）。單語L1語境對于非熟練雙語者而言，基本上不會受到L2的干擾，單語L2語境需要持續(xù)地抑制L1的干擾，混合語境則需要瞬時地控制非目標語言的干擾，轉向目標語言。通過雙人腦電記錄每對被試大腦活動的時間耦合情況。該研究將為語言控制和認知控制的關系提供新的見解，并對理解人類交流的神經(jīng)機制具有重要意義。

實驗設計 如圖1所示，說者與聽者共同坐在電腦屏幕前，看到相同的圖片，根據(jù)線索提示，一人命名，另一人認真聽，然后兩人都執(zhí)行flanker任務。為了提高聽者的注意力，實驗過程中加入了填充試次，替代命名-聽力任務。即，說者說出箭頭指向，聽者按鍵。填充試次不進入正式分析。另外，為了提供一個非語境下的flanker效應作為對照，每對被試在正式實驗前還合作完成了一個單獨的flanker任務。 1）聯(lián)合語言產(chǎn)生-聽力任務的行為和同步性分析結果
圖片命名的行為結果顯示，混合語境下的命名反應慢于單語L1語境和單語L2語境，單語L2語境慢于單語L1語境，而正確率上無顯著差異。
  注：A）聯(lián)合命名-聽力任務過程中使用300 ms滑動窗口獲得的腦間同步性。（B）每種語境下的平均delta同步性，上部為正式實驗的同步性，下部為隨機打亂數(shù)據(jù)分析得到的同步性。在小提琴圖中，白圈代表被試的平均值，白線代表中位數(shù)，方框圖表示四分位數(shù)（75%和25%）。*** < .001.（C）通過PLV分析和FDR校正確定的顯著耦合的電極對（p<0.05）。深色的腦袋代表說者，淺色的腦袋代表聽者。

如圖2所示，混合語境的delta同步性高于單語L1語境，單語L2語境的delta同步性高語單語L1語境，但混合語境與單語L2語境無顯著差異。隨機試次的分析顯示，三種語境無差異，說明實驗語境的同步性差異不是偶然因素引起的。
  如圖3所示，混合語境的theta同步性高于單語L1語境和單語L2語境，但單語L1語境與單語L2語境無顯著差異。隨機試次的分析顯示三種語境無差異。
以上結果表明，使用的抑制和沖突監(jiān)測資源越多，同步性越高，但減緩了命名反應。
 
2）flanker任務的行為和同步性分析結果 如圖4所示，單獨的flanker任務表現(xiàn)出正常的flanker效應，但三種語境下都發(fā)現(xiàn)了反轉的flanker效應，即不一致試次的反應快于一致試次。另外，三種語境下，不一致試次的正確率都顯著高于一致試次，這排除了速度-準確性權衡的問題。 如圖5所示，一致試次的delta同步性在混合語境和單語L2語境下都顯著高于不一致試次，而在單語L1語境下，不一致試次的同步性高于一致試次。flanker任務的一致性效應在隨機試次的分析中未顯示出語境的差異。 如圖6所示，一致試次的theta同步性在混合語境和單語L2語境下都顯著高于不一致試次，而在單語L1語境下，不一致試次的同步性高于一致試次。flanker任務的一致性效應在隨機試次的分析中未顯示出語境的差異。
以上腦間同步性分析證實了單語L2語境和混合語境下的這種反轉的flanker效應，而單語L1語境下的腦間同步性卻表現(xiàn)出典型的flanker效應。這是由于同質(zhì)沖突適應效應改善了單語L2語境和混合語境中不一致試次的表現(xiàn)。 以上結果表明，語境誘發(fā)的語言控制調(diào)節(jié)了認知控制，雙語者具有自適應的控制機制。這項研究獨特地揭示了語言控制對認知控制的具體作用機制，并提供了第一個腦間同步性的證據(jù)，擴展和深化了雙語控制的自適應機制。
  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  本研究使用兩臺ANT腦電設備進行超掃描研究，該是ANT Neuro公司的新一代EEG/ERPs記錄分析系統(tǒng)，創(chuàng)新的全移動設計，主動屏蔽技術以及用戶友好，功能豐富的采集與分析軟件，可以滿足現(xiàn)代腦科學研究領域不同實驗場景的需求，該系統(tǒng)被廣泛應用于心理與腦科學、神經(jīng)康復、經(jīng)濟學、管理學、體育科學、語言學、工業(yè)設計、可用性測試、TMS-EEG、fMRI-EEG、腦機接口等研究領域。 更多產(chǎn)品應用可進入心儀科技了解更多：https://www.psytech.com.cn/