经颅磁刺激揭示左额下回在双语控制与一般认知控制中的分离作用

《Bilingualism: Language and Cognition》：Transcranial magnetic stimulation reveals divergent roles of left inferior frontal gyrus in bilingual language control and domain-general cognitive control

　　本研究针对双语控制与一般认知控制机制是否共享神经基础这一关键问题，通过连续theta脉冲刺激（cTBS）技术，分别抑制左额下回（LIFG）和左颞中回（LMTG）的皮层兴奋性，考察了33名不平衡汉英双语者在语言转换任务和非语言转换任务中的表现。结果发现，LIFG刺激仅显著增加非语言转换任务的转换代价，而LMTG刺激虽不影响控制指标，但普遍缩短了语言任务的反应时。这为双语控制与一般认知控制存在神经机制分离提供了因果性证据，对完善双语控制理论模型具有重要意义。

　　

在日常生活中，能够流利切换语言的双语者总能让人惊叹。然而，这种看似轻松的能力背后，隐藏着一个复杂的认知难题：大脑是如何管理并切换两种活跃的语言的？这种语言控制能力与我们处理其他任务时所需的通用认知控制能力，是同一套机制在运作，还是各有其专门的神经通路？这个问题长期以来困扰着心理学家和神经科学家。以往的研究大多通过行为学关联分析或功能性磁共振成像（fMRI）来探索二者关系，但这些方法只能揭示相关性，无法确定因果关系。例如，fMRI研究显示左额下回（LIFG）在语言转换和非语言转换任务中都被激活，但这种激活究竟是功能参与的结果，还是仅仅是与任务相关的伴随现象，始终悬而未决。为了厘清这一根本问题，研究人员需要一种能够直接干预大脑活动并观察行为后果的技术手段。

正是在这一背景下，董宇及其合作者在《Bilingualism: Language and Cognition》上发表了一项研究，他们采用了具有高空间精度的经颅磁刺激（TMS）技术，旨在为双语控制与一般认知控制的神经机制之争提供因果性证据。研究团队特别关注两个关键脑区：一个是常被认为在语言和认知控制中均发挥作用的LIFG，另一个是主要负责语言加工（尤其是词汇-语义处理）的左颞中回（LMTG）。

为开展研究，研究人员主要应用了几项关键技术。研究招募了33名以汉语为母语的不平衡汉英双语者作为被试。核心实验技术是导航式经颅磁刺激（TMS），具体采用连续theta脉冲刺激（cTBS）模式来暂时性地抑制目标脑区的皮层兴奋性。刺激靶点包括LIFG、LMTG以及作为控制基线的顶点（vertex）。所有刺激均在个体化的T1加权磁共振成像（MRI）引导下进行精确定位。行为学评估则包括语言转换任务（使用人脸线索提示使用L1或L2命名图片）和非语言转换任务（判断刺激的形状或颜色），通过计算转换代价（switch cost）和混合代价（mixing cost）来分别衡量局部（反应性）和全局（主动性）控制能力。数据分析采用了线性混合效应模型（LMEM）和混合效应逻辑回归模型（MELRM）进行统计检验。

研究结果

转换代价的分析

在反应时（RT）数据上，语言转换任务中，刺激LIFG或LMTG均未显著改变转换代价。然而，在非语言转换任务中，刺激LIFG导致了转换代价的显著增加，而刺激LMTG则无此效应。在错误率（ER）上，无论是语言还是非语言任务，刺激LIFG或LMTG均未对转换代价产生显著影响。

混合代价的分析

对于反应时中的混合代价，无论是在语言转换任务还是非语言转换任务中，刺激LIFG或LMTG均未产生显著影响。错误率中的混合代价也显示出类似的无显著效应模式。

LMTG对语言加工的普遍促进

一个重要的发现是，虽然LMTG刺激不影响控制指标，但它显著降低了语言转换任务中的整体反应时，这表明LMTG在语言加工中扮演着促进性角色，而非直接参与控制过程。

研究结论与意义

本研究的主要结论是，LIFG在一般认知控制中扮演因果性角色，但其并非双语语言控制所必需的关键节点。相反，LMTG专门参与语言加工，而不直接介入语言控制或认知控制。这些发现为语言控制与认知控制至少存在部分分离的论点提供了强有力的因果性证据。

这项研究的意义在于，它通过精确的神经调控技术，挑战了认为双语控制与一般认知控制完全共享神经机制的观点（重叠论），转而支持了至少部分分离的假说（分离论）。研究结果表明，LIFG的激活在以往的双语研究中可能是一种伴随现象，其核心功能更侧重于域通用（domain-general）的认知控制。同时，研究也揭示了语言加工脑区（如LMTG）与语言控制之间可能存在不同于其他脑区（如左颞上回，LSTG）的交互模式。这些发现对于完善双语控制的神经模型、指导针对特定认知领域的评估和训练方案具有重要的理论价值和实践意义。尽管研究存在如任务间线索差异、缺乏完全的双重分离证据等局限性，但它无疑为未来更深入地探索语言与认知的复杂关系奠定了坚实的基础。