在最近發表在《自然通訊心理學》上的一篇論文中，紐約大學由副教授阿登·弗林克和博士后研究員亞當·摩根領導的研究小組探索了大腦如何通過單個單詞構建句子。

他們使用高分辨率皮層腦電圖 (ECoG)，旨在確定從簡單的語言任務（例如命名圖片）中得出的結論是否也適用于對認知要求更高的句子形成過程。

這項研究涉及十名正在接受癲癇治療的神經外科患者。參與者完成了語言任務，包括說出單詞和組成完整的句子來描述卡通場景。機器學習被應用于從放置在每個參與者大腦表面的電極直接獲取的腦電圖 (ECoG) 記錄。

研究人員首先繪制了與單獨說出的六個單詞相關的不同神經特征，然后監測了當這些單詞被合并成完整的句子時這些相同的模式是如何演變的。

詞匯模式穩定但語法角色不斷變化

研究表明，盡管大腦對單個單詞的活動模式在不同的語言任務中保持一致，但這些單詞的排列和處理方式在很大程度上取決于句子結構。在感覺運動區域，神經活動反映了單詞的發音順序。

然而，在前額葉區域——尤其是下額葉和中額葉回——的編碼策略有所不同。這些區域不僅記錄參與者想要說的詞語，還記錄每個詞語的語法功能（例如主語或賓語）及其在句子整體結構中的位置。

研究人員精確定位了大腦中哪些區域在聽到單個單詞時被激活，從而能夠在參與者說話時追蹤這些區域的活動。圖片來源：紐約大學坦登工程學院

研究人員還發現，在諸如“弗蘭肯斯坦被德古拉擊中”這樣的被動結構中，前額葉皮層在整個句子中都對兩個名詞保持激活狀態。即使在說出一個詞時，另一個詞在大腦中仍然保持活躍。這種持續、同步的編碼表明，構成語法復雜或非標準的句子需要大腦同時保留和管理多個元素，這可能需要額外的工作記憶。

語言結構可能反映神經效率

有趣的是，這種動態與語言學中一個長期存在的觀察結果相符：世界上大多數語言都傾向于將主語置于賓語之前。研究人員認為，這可能部分歸因于神經效率。處理諸如被動語態等不太常見的結構似乎需要更多的認知努力，而隨著時間的推移，這可能會影響語言模式。

最終，這項研究為我們揭示了大腦皮層在句子生成過程中的編排機制，并挑戰了一些長期以來關于言語在大腦中如何展開的假設。言語并非一個簡單的線性過程，而似乎涉及穩定的詞匯表征與句法驅動的動態機制之間的靈活相互作用，而這種相互作用是由語法結構的需求所塑造的。

編譯自/scitechdaily