非语言优势半脑在语言系统中的作用及其机制

The majority of people show activations in the left hemisphere during language processing. Even though language research using neuroimaging techniques have observed right hemisphere activity to a certain extent, only a few studies focus on the role of the non-dominant hemisphere in language. The scarce findings show that the right hemisphere also participates in different levels of language processing, to different degrees. These findings, however, are far too limited for us to form a systematic understanding of the role of the right hemisphere in the language system. The present project, therefore, aims to systematically investigate the role of the non-dominant hemisphere in language processing. The project will employ the combined methods of functional magnetic resonance imaging (fMRI) and repetitive transcranial magnetic stimulation (rTMS), as well as multi-voxel pattern analysis (MVPA) and graph theory analysis of functional brain networks, to carry out a series of language-related cognitive behavioral studies. There will be three main parts. The first part is regarding the role of the non-dominant hemisphere in the generalized functions within core language and language-related fields. We will utilize rTMS to bring about a transient and reversible “virtual lesion”, thereby examining whether the non-dominant hemisphere is “necessary” (as opposed to “redundant”), in a series of core language functions and domain-general functions within the language system. The second part will explore individual differences and the non-dominant hemisphere, through assessing groups of people with different language abilities and those with atypical language lateralization (i.e., right lateralized or bilateral). Part three will examine the relationship between functional lateralization of language and characteristics of brain network topological organization, and the relationship of the former with structural connectivity (DTI), among different lateralization populations and different language tasks.

左脑语言优势被认为是语言的显著特征。虽然近年来使用神经影像学的语言研究中或多或少的观察到右脑活动，但只有很少研究关注了非优势半脑在语言中的作用。有限的研究显示，右脑在不同程度上参与了特定的语言加工过程，但目前的研究远不够形成我们对右脑在语言系统作用的系统化了解。本项目旨在提出理论框架并通过建立一系列语言相关的认知任务，使用功能性磁共振和重复性经颅磁刺激方法，系统的考察非语言优势半脑在语言系统（包括语言核心和语言相关的领域一般性功能）中的作用和“必要性”（相对于“冗余性”）、偏侧化与个体表现差异的联系，以及语言偏侧化与脑功能网络拓扑特性和结构连通性的关系等，以期深入理解语言功能偏侧化在语言系统中的作用和意义。

先前研究普遍发现语言加工具有左半脑优势。但这些研究主要关注言语产生过程，且几乎所有结果都基于右利手群体。我们与其他组近年的研究显示，右半脑作为非语言优势半脑在语言加工中可能具有独特作用，同时部分左利手个体具有右半脑语言优势。为了系统考察右半脑在语言系统中的作用，本项目首先对语言加工中语言核心功能与领域一般性认知功能的偏侧模式进行了探讨，接着引入了偏侧化差异较大的左/双侧利手群体以探讨语言偏侧化的个体差异，在此基础上进一步考察了语言偏侧化的功能网络和白质结构基础。.项目第一部分考察了言语产生和不同层级言语理解的偏侧化及其与工作记忆、反应抑制等认知功能的关系。结果发现，中文言语产生主要涉及左侧额、顶叶、小脑和皮层下脑区，其中语言特异的脑区主要在左侧额下回，而双侧顶叶与语言加工中领域一般性认知功能有关，此外，双语经历调制了这些非语言认知功能及其对应的神经基础；而言语理解主要涉及双侧颞叶，并随着语言层级形成前后梯度，rTMS结果初步表明非语言优势半脑在隐喻加工等高级语言加工中起到重要的作用。.第二部分考察了不同异质群体中语言偏侧化和言语表现的关联。结果未发现语言偏侧程度或方向与语言表现存在显著相关，但语言与视空间能力的共偏侧模式对语言-视空间双任务的表现有一定影响。.第三部分结合功能网络图论分析和弥散张量成像，进一步探讨了言语偏侧化的神经基础。结果发现，在静息态功能网络方面, 言语偏侧化的个体差异主要存在于语言系统中，同时右偏侧程度与更大尺度的功能网络的拓扑属性相关；在白质通路方面，偏侧化强度与双侧半球间的连接强度存在显著负相关，而与半球内白质纤维通路偏侧化存在正相关。.综上，我们指出右半脑在言语感知中起到重要作用，可能与高级语言加工中的领域一般性认知有关。语言偏侧化可表现在功能网络拓扑属性上，并存在胼胝体连接强度和半球内白质通路两方面的结构基础。以上研究对我们理解语言的神经机制至关重要，对脑损伤和语言障碍病人的临床诊疗具有重要的理论价值。