生理学报 Acta Physiologica Sinica, June 25, 2009, 61 (3): 230-238 http://www.actaps.com.cn
230
研究论文
中国人数字加工的脑区参与汉语日期名词的加工 刘 君 1，叶知新 1，金 花 1，凌雪英 2，黄 力 2，莫 雷 1,* 1
华南师范大学心理应用研究中心，广州 510631；2 暨南大学第一附属医院影像中心，广州 510630
摘 要：为了探讨中文日期名词的认知加工特征，本实验采用功能磁共振成像(functional magnetic resonance imaging, fMRI) 技术研究了 19 名中国人对月份名词加工的脑激活情况，并以纯数字加工任务和一般名词语义加工任务为实验对比条件。结 果显示，月份名词加工任务与一般名词语义加工任务的激活脑区相减，得到左半球顶下小叶(B A40 )、前楔叶(BA7/19 )、 中央后回(BA2)、前扣带回(BA32)和右半球顶下小叶(BA40)、上顶叶(BA7)、颞上回(BA39)的激活，这些都是与数加工有 关的脑区；而月份名词加工任务与纯数字加工任务相减，得到双侧梭形回(BA18)和左侧枕叶下回(BA18)的额外激活，这 是与语义加工有关的脑区。上述结果证明，月份名词加工同时具有语言加工与数字加工的双重特点，即中国人在进行日 期名词加工的同时进行了语义加工与数的加工。该认知特点表明中文母语者在习得母语词汇的过程中可能已获得了对数的 认知加工经验，从而影响中国人数学能力的发展进程。 关键 词：发展；名词月份；数字加工；语义加工；功能磁共振成像；顶下小叶 中图分 类号：R 3 3 8 . 6 ；G 0 5
Brain regions for number involved in the processing of vocabulary of months in Chinese LIU Jun1, YE Zhi-Xin1, JIN Hua1, LING Xue-Ying2, HUANG Li2, MO Lei1,* 1
Center for Studies of Psychological Application, South China Normal University, Guangzhou 510631, China; 2 Medical Imaging
Center, the First Affiliated Hospital of Jinan University, Guangzhou 510630, China Abstract: The present study aimed to investigate the neuro-cognitive features in the processing of vocabularies of date in Chinese, using block-design functional magnetic resonance imaging (fMRI). Nineteen normal right-handed volunteers whose native language was Chinese performed judgments of vocabulary of month (JVM), the orientation of digit (JOD) and the meaning of words (JMW) respectively, while the fMRI data were recorded by Signa HDe 1.5T MR machine. All design of three tasks was adapted from previous studies with slight modification. The JOD and JWM were investigated as contrast conditions. JVM asked the subjects to determine whether the month belonged to the first half of the year. JOD was to tell whether the third digit had the same orientation (upright orientation or italic orientation) as the first two, and JMW was to determine whether the two-Chinese-character word was animate. The subjects responded according to the task instruction with a button pressing. Statistical parametric mapping (SPM2) was employed to process data and localize functional areas. We compared the average activation intensity of each activated brain regions in the same task against the rest and the activation intensity of the same regions in different tasks respectively. The activations in inferior parietal (BA40) and inferior occipital (BA18/19) were found in the JVM and JOD. The same areas in middle frontal (BA6), fusiform (BA18), posterior in right cerebellum areas were activated during the JVM and JMW. When the activation of the JMW was subtracted from the JVM, many areas concerning numerical processing, such as left anterior cingulate (BA32), post central (BA2), and the right superior temporal (BA39), superior parietal (BA7), as well as the inferior parietal (BA40), precuneus (BA7/19) of the bilateral hemispheres, were significantly activated. When the activation of the JOD was subtracted from the JVM, the left inferior occipital and the fusiform (BA18) of the bilateral hemispheres, which were also involved in the linguistic processing according to previous studies, were Received 2008-12-15
Accepted 2009-04-15
This work was supported by the Great Topics for Research Project of Philosophy and Social Sciences from the Ministry of Education, China (No. 05JZD00034) and the Natural Science Foundation of Guangdong Province, China (No. 06200524). *
Corresponding author. Tel: +86-20-85213767; E-mail: molei@scnu.edu.cn
刘 君等：中国人数字加工的脑区参与汉语日期名词的加工
231
significantly activated. The above results prove that the processing of vocabulary of months in Chinese involves not only linguistic processing but also numerical processing; and these results further indicate that Chinese people might gain access to the cognitive experience of number during the process of acquisition of native language. Key words: development; vocabulary of month; numerical processing; linguistic processing; fMRI; inferior parietal
儿童数学能力发展的跨文化研究发现，欧美国
中部和扣带回前部等
[17,18]
，概括说来主要为左半球
家儿童和东亚儿童在数学成绩上存在着比较普遍的
额、颞叶等经典语言区负责。而关于数量的加工机
差异，并且该差异在入学前已经出现并随着年级的
制 Deha ene 提出著名的三重编码模型(triple-code
[1-5]
。儿童数学能力发展
model)，认为数量的表征、比较及近似估计利用类
的跨文化差异引发人们对其深层次原因的探讨，起
似心理“数轴”这样空间模拟的表达方式，主要
先研究者认为不同文化下的教育目标、学习内容和
涉及顶叶[16,19]。相关研究发现在数量表征和比较的
增加表现出有增无减的趋向
，在一段时间内忽略
过程中，枕顶皮层、额叶、感觉运动区都出现了
了心理语言学因素，随后的研究发现语言符号系统
一定的激活。一般认为额叶是工作记忆的主要区
教育方法等导致这些差异
[6-11]
。例
域，顶叶与数字比较、近似计算和估算有关，枕
如，行为学研究结果发现亚洲国家( 如中国、日
叶处理阿拉伯数字视觉信息，基底核储存程序性算
本、朝鲜等国)所用的数词读音系统与英文数词读
术知识，额叶和左顶叶被认为是数量加工最重要的
音系统相比，更有利于发展儿童对十进位系统的数
区域 [ 1 9 , 2 0 ] 。
也是造成儿童数学能力差异的重要因素
[12,13]
量结构的理解和表征，及在运算中使用较高级的计
鉴于此，我们采用认知神经领域无创性的功能
。上述研究指出了数学词语表达对儿童
磁共振成像(functional magnetic resonance imaging,
数概念和数学知识学习的影响。由此看来，数学能
fMRI)技术，以汉语月份日期名词为实验材料，探
力具有文化和语言的独特性。据此我们推测，不同
讨中文日期名词的加工过程中是否涉及了数字加
的语言构成特点亦可能会造成不同的早期数学认知
工，从而更好地从心理语言学的角度探讨语言特征
经验，从而影响随后数学能力的发展。因为从中文
对数学思维能力发展的影响。
[14,15]
算策略
与英文两大语种来看，中文更多直接采用数字来表 示具有顺序和数量意义的词汇，例如中文无论阴历
1 材料与方法
和阳历都以数字来排序，即使是外来的星期记法，
1.1 被试选取 19 名非语言专业的在校健康大学
也用数字排列(星期天除外)。而英文与中文不同，
生参加了本实验。其中男生 9 名，女生 10 名，母
用罗马诸神和罗马大帝的名字来命名十二个月，用
语为汉语，平均年龄为(21.7±2.4) 岁，矫正视力均
星体的名字命名一周七日。中文日期作为汉语母语
在 5.0 以上，无精神和神经疾病史，且通过利手测
者早期经常接触的日常词汇，与英语母语的儿童相
试确认为右利手。实验开始之前每个被试均签署了
比，汉语母语儿童可能更早开始习得对数字——空
知情同意书。
间顺序的认知加工，更早更多地获得有关数的加工
1.2 实验任务 本研究设置三个实验任务：数
经验 。
字任务、语义任务和月份任务，分别考察对数字[21,22]、
除了数学 能力的 发展存 在跨文 化差异 之外， [16]
汉语双字词汇和月份的加工。为了方便与已有研究
Tang 等人 发现数字加工的认知神经机制同样存在
结果的对比，本研究沿用了与先前研究相同的数字
着跨文化差异，所以中英不同文化条件下的数学能
任务[16]，即要求被试判断屏幕上出现的第三个数字
力发展差异可能具有深远的生理基础。现有关于语
是否和先前出现的两个数字的字体是否相同(同为正
言及数字认知的学说和研究报道普遍认为，语言和
体或是斜体)。以 0~9 十个阿拉伯数字为刺激材料，
数量认知活动各具有独特的加工脑区。正常的字词
每个数字的出现次数和出现的位置基本平衡，上面
阅读涉及到大脑皮质的广泛区域，包括大脑左半球
两个和下面一个数字各为正体和斜体的次数相同。
的枕叶和颞顶联合区、左侧额下回、额中回、颞
词汇加工的实验采用词义判断任务[23]，要求被试看
上回与颞中回、双侧小脑、运动区、运动辅助区
到屏幕上出现代表有生命的名词时按“左”键，无
232
生命的词按“右”键，采用人们熟知的动物和工 具(例如熊猫、电话)为实验材料。月份任务中要求 被试判断出现的月份属于上半年还是下半年，相应 左右手分别按键回答，呈现方式同词汇加工任务。 所有材料均黑底白字(50 磅)，其呈现方式如图 1 所 示。
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fMRI 扫描时，整个实验过程要求被试注视计算机 屏幕中央，并尽量保持头部不动，在最短时间内 对呈现在计算机屏幕中央的材料作出正确的判断。 1.4 数据获取 采用 GE 公司型号为 Signa HDe 1.5T 的磁共振扫描仪。采用梯度回波结合单次激发 回波平面成像技术(echo planar imaging, EPI)，参 数为：TE=60 ms，FOV=240 mm×240 mm，翻 转角是 90°，矩阵为 64×64，层厚 5 mm，间隔 0 mm，22 层连续轴位扫描以覆盖全脑。为了采集到 更准确的激活图像并与前人的研究相对照，数字材 料任务的 EPI 扫描参数 TR=2 000 ms，字词材料任 务的 EPI 扫描参数 TR=3 000 ms。实验材料用计算 机通过多媒体投射到屏幕上，被试通过核磁共振仪 射频线圈上的反光镜观看所呈现的材料。刺激呈现 和行为实验数据的记录均采用 E-prime软件(Version 1. 1) 进行。
图 1. 不同任务的刺激呈现方式 Fig. 1. A typical sequence of events in a trial for each task. The judgment of orientation of digit (JOD) was to tell whether the third digit had the same orientation (upright orientation or italic orientation) as the first two. The judgment of meaning of words (JMW) asked the subjects to determine whether the twoChinese-character word was animate. The judgment of vocabulary of months (JVM) was to determine whether the month belonged to the first half of the year.
1.3 实验程序 实验包括 3 次独立的扫描阶段， 各个实验任务均采用组块设计(block-design)，各任 务的呈现顺序上采用拉丁方进行平衡，正式实验开 始之前均安排被试进行练习以达到对实验任务的熟 悉。有关数字的实验任务每个组块包含 16 次判断， 组块间有 14 s 的休息时间；词汇和月份任务下每个 组块也包括 16 个刺激，组块间有 15 s 的休息时间， 休息时要求被试注视屏幕中央出现的注视点 “＋”，并以此时的脑激活状态为实验基线。每个 组块内刺激是随机呈现的 ，“是”或“否”的答 案各占一半。同时，数字和语义任务为实验的对比 条件，用来详细考察月份加工机制的特点。在进行
1.5 数据分析 fMRI 数据采用 SPM2 软件在 Matlab6.5 的平台上进行预处理。对每个被试的功 能数据首先进行时间校正，然后进行头动校正， 排除头部平动大于 1 mm，转动大于 1.5° 的被试对 象；而后将校正后的图像进行标准化，采用 SPM 自 带归一化到标准的 MNI 系统，并将每个体素重采 样至 3.75 mm×3.75 mm×5 mm；最后采用 FWHM 为 8 mm 的高斯核做平滑处理，提高信噪比。经 过上述预处理之后，对数据个体进行建模分析。 然后采用SPM2软件对纳入的被试相同任务的fMRI 数据进行组分析，设定 P<0.001 (uncorrected)，激 活范围的阈值(KE)设定为 10 个像素，获得实验任务 的平均脑激活图，转换为 Talairach 标准三维模板， 记录各主要激活区的范围及强度。同时将月份任务 与数字、语义任务分别进行比较，进行统计分析 (one-sample test)，比较不同加工活动脑机制的差 异。
2 结果 2.1 行为学实验结果 三个任务的平均反应时间和正确率见表 1。由 于所有被试的正确率均大于 80%，所以可以认为被 试确实进行了相应的认知加工活动。对三种任务下 反应时间的方差分析结果显示：不同的实验条件下 其反应时间有显著差异[F(2,54)=6.727, P<0.01]。事 后检验的结果显示数字任务的反应时间与其它两种 任务间的反应时间差异显著(均 P<0.01)，而语义任
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表 1. 三种任务下的平均反应时间、正确率 Table 1. The average accuracy rate and reaction time for each task JOD
JMW
JVM
Reaction time (ms)
756.80 ± 63.64
684.60 ± 60.58
680.99 ± 88.19
Accuracy rate (%)
89.47 ± 8.15
94.47 ± 4.67
95.84 ± 3.75
JOD, the judgment of orientation of digit; JMW, the judgment of meaning of words; JVM, the judgment of vocabulary of months. Mean±SD, n=19. Analysis of variance showed that the reaction time in three tasks were significantly different [F(2,54)=6.727, P<0.01], further analysis of the post hoc tests demonstrated that the reaction time in JOD was significantly different from that in JMW and JVM (P<0.01), but no significant difference was found in reaction time between JWM and JVM (P>0.05).
务和月份任务之间的反应时间没有显著差异(P>0.05)。 该结果表明，语义任务和月份任务的难度相当，而
球枕中回(BA18/37)和前楔叶(BA7)的激活，另外左 侧扣带后回(BA30)、顶下小叶(BA40)，右侧的额中
数字任务的难度高于语义和月份任务。
回(BA46)、前中央回(BA6/9)、小脑前叶均出现一 定程度的激活(见图 2c)。月份和数字任务激活脑区 相减得到双侧梭形回(BA18)及左侧枕叶下回(BA18) (见图 2 d ) 。
2.2 fMRI 脑成像实验结果 2.2.1 与基线对比的实验结果 在基线控制任务下我们分别得到了三个实验任 务的加工脑区，表 2 归纳了各脑区激活峰值的坐 标。数字任务和基线任务比较显著激活了左半球上 顶叶(BA7)、顶下小叶(BA40)、枕叶下回(BA19)、 枕中回(BA37)和小脑后叶，及右侧的小脑后叶。整 体上表现为左半球视觉空间通路的激活及双侧小脑 后叶的激活。语义任务和基线任务直接比较的结果 显示，峰值激活区为左半球的上额叶(BA6)、额中 回(BA6)、中央前回(BA6)、枕叶下回(BA18)、小 脑后叶和右半球的额中回(BA6)，梭状回(BA18)及 小脑后叶。月份任务和基线任务直接比较的结果显 示，峰值激活区分别位于左半球中央后回(BA2)、 额叶内侧(BA6)、楔前片(BA7)和小脑后叶，右半球 上额叶(BA6)、额中回(BA8)和额下回(BA9)、角回 (BA39)的激活，以及双侧的枕叶下回(BA18)和顶下 小叶(BA40)。另外，在一般词汇语义和月份语义的 加工过程中均没有发现 wernicke 区的激活。 2.2.2 不同实验条件对比的结果 在基线控制任务下，将月份任务的激活脑区与 数字和语义任务的脑激活图像进行比较，表 3 归纳 了不同实验任务比较后各脑区激活峰值的坐标。 月份和语义任务激活脑区相减得到左右半球的 顶下小叶(BA40)，前楔叶(BA7/19)的激活，另外左 侧的扣带回前部(BA32)、中央后回(BA2)，右侧的 颞上回(BA39)、颞中回(BA39)和上顶叶(BA7)也出现 了激活(见图 2a)。语义和月份任务激活脑区相减没 有得到任何脑区的显著激活(见图 2b)。 数字任务和月份任务激活脑区相减得到左右半
图 2. 不同任务间的对比结果 Fig. 2. The representative activated brain areas by comparison between different tasks. (a): The result of JVM minus JMW. The R superior temporal, R superior parietal, and inferior parietal, precuneus of the bilateral hemisphere are activated. (b): The result of JMW minus JVM. No extra cortex is activated. (c): The result of JVM minus JOD. L inferior occipital, and the fusiform of the bilateral hemisphere are activated. (d): The result of JOD minus JVM. L inferior parietal, R middle frontal, middle occipital, precuneus of bilateral hemisphere are activated. JOD, the judgment of orientation of digit; JMW, the judgment of meaning of words; JVM, the judgment of vocabulary of months; L, left; R, right. P< 0.001 (uncorrected); cluster extend threshold (KE)≥ 10.
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表 2. 与基线对比条件下三个实验任务的脑激活区 Table 2. Detail information of brain regions activated by three tasks against rest Task
Anatomical structure (BA)
Stereotaxic coordinates x
JOD
JMW
JVM
y
z
KE
Z
Voxels
score
L, Inferior Parietal Lobule, BA40
-37
-43
42
479
6.28
L, Superior Parietal Lobule, BA7
-27
-55
41
479
6.09
L, Inferior Parietal Lobule, BA40
-47
-36
37
479
5.95
L, Middle Occipital Gyrus, BA37
-40
-65
1
351
5.98
L, Inferior Occipital Gyrus, BA19
-44
-80
-4
351
5.67
Left Cerebellum, Anterior Lobe, Culmen
-40
-51
-25
351
4.13
R, Inferior Temporal Gyrus
39
-65
-4
2648
6.74
Right Cerebellum, Posterior Lobe, Declive
42
-65
-17
2648
6.52
Right Cerebellum, Posterior Lobe, Declive
42
-55
-21
2648
6.25
L, Superior Frontal Gyrus, BA6
-4
7
49
96
5.44
L, Medial Frontal Gyrus, BA6
-4
-3
61
96
4.56
L, Middle Frontal Gyrus, BA6
-50
1
39
17
3.7
L, Middle Frontal Gyrus, BA6
-31
-7
61
22
3.83
L, PrecentralG, BA6
-37
-7
57
22
4.22
L, Inferior Occipital Gyrus, BA18
-31
-98
-10
54
4.16
L, Inferior Occipital Gyrus, BA18
-40
-84
-9
54
3.31
Left Cerebellum, Posterior Lobe, Tuber
-40
-72
-26
32
4.26
Left Cerebellum, Posterior Lobe, Tuber
-37
-62
-30
32
3.84
R, Middle Frontal Gyrus, BA6
22
1
61
49
4.1
R, Middle Frontal Gyrus, BA6
35
-3
57
49
4.02
R, Fusiform Gyrus, BA18
26
-98
-19
61
4.27
Right Cerebellum, Posterior Lobe, Declive
39
-65
-21
39
4.28
Right Cerebellum, Posterior Lobe, Declive
35
-87
-18
61
3.92
L, Post central Gyrus, BA2
-47
-29
42
233
5.19
L, Medial Frontal Gyrus, BA6
-8
4
48
512
5.35
L, Precuneus, BA7
-21
-58
45
233
3.8
L, Inferior Occipital Gyrus, BA18
-34
-91
-5
167
4.72
L, Inferior Parietal Lobule, BA40
-47
-26
25
233
5.08
Left Cerebellum, Posterior Lobe, Declive
-40
-65
-21
167
4.71
Left Cerebellum, Posterior Lobe, Declive
-34
-84
-22
167
4.43
R, Superior Frontal Gyrus, BA6
19
1
61
512
5.81
R, Superior Frontal Gyrus, BA6
3
7
53
512
5.31
R, Middle Frontal Gyrus, BA8
48
7
40
57
4.63
R, Inferior Frontal Gyrus, BA9
48
7
22
57
4.49
R, Angular Gyrus, BA39
29
-55
37
122
4.03
R, Fusiform Gyrus, BA37
46
-58
-12
201
5.15
R, Inferior Parietal Lobule, BA40
48
-29
47
122
4.02
R, Inferior Parietal Lobule, BA40
42
-43
55
122
3.7
R, Inferior Occipital Gyrus, BA18
42
-84
-9
201
4.37
R, Inferior Occipital Gyrus, BA18
33
-95
-14
201
4
P<0.001 (uncorrected); cluster extend threshold (KE) ≥ 10. JOD, the judgment of orientation of digit; JMW, the judgment of meaning of words; JVM, the judgment of vocabulary of months; BA, Brodmann areas; L, left; R, right. Coordinates are millimeters by the Talairach and Tournoux atlas.
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表 3. 三个实验任务激活脑区的比较 Table 3. Comparisons of the brain regions activated by three different tasks Task
JVM-JMW
JMW-JVM
JOD-JVM
JVM-JOD
Anatomical structure (BA)
KE
Z
x
Stereotaxic coordinates y
z
Voxels
score
L, Anterior Cingulate, BA32
-18
34
19
14
4.21
L, Sub-lobar, Caudate, Caudate Body
-18
26
14
14
4.02
L, Precuneus, BA7
-18
-51
50
41
4
L, Precuneus, BA7
-27
-51
50
41
3.68
L, Inferior Parietal Lobule, BA40
-34
-40
55
41
3.47
R, Postcentral Gyrus, BA2
56
-29
42
16
3.43
R, Middle Temporal Gyrus, BA39
46
-58
10
19
3.66
R, Superior Temporal Gyrus, BA39
46
-47
11
19
3.34
R, Superior Parietal Lobule, BA7
26
-62
49
111
3.76
R, Inferior Parietal Lobule, BA40
46
-32
46
16
3.57
R, Precuneus, BA19
33
-76
35
111
4.33
R, Precuneus, BA19
16
-80
40
111
3.98
R, Cingulate Gyrus, BA23
3
-18
30
11
3.85
L, Middle Occipital Gyrus, BA37
-40
-65
1
121
4.48
L, Middle Occipital Gyrus, BA18
-24
-84
17
121
4.18
No activation
L, Posterior Cingulate, BA 30
-31
-72
14
121
4.04
L, Inferior Parietal Lobule, BA40
-31
-47
41
71
3.87
L, Precuneus, BA7
-18
-65
45
71
4.55
R, Middle Frontal Gyrus, BA46
46
26
19
98
3.86
R, Middle Occipital Gyrus, BA18
26
-87
13
53
4.76
R, Middle Occipital Gyrus, BA37
46
-69
5
114
4.11
R, Precuneus, BA7
22
-55
45
106
4.53
R, Precuneus, BA7
16
-69
45
106
4.52
R, Precuneus, BA7
19
-58
58
106
4.5
R, Precuneus, BA31
26
-76
27
53
3.3
R, Precuneus, BA31
42
-80
9
114
4.7
R, Precentral Gyrus, BA9
39
11
31
98
4.3
R, Precentral Gyrus, BA6
39
1
35
98
4.29
R, Cerebellum, Anterior Lobe, Culmen
39
-47
-29
114
3.88
L, Fusiform Gyrus, BA18
-31
-98
-10
32
3.85
L, Fusiform Gyrus, BA18
22
-98
-19
20
4.32
L, Inferior Occipital Gyrus, BA18
-24
-95
-23
32
3.9
R, Fusiform Gyrus, BA18
-31
-91
-18
32
3.67
P<0.001 (uncorrected); cluster extend threshold (KE)≥ 10. JOD, the judgment of orientation of digit; JMW, the judgment of meaning of words; JVM, the judgment of vocabulary of months; BA, Brodmann areas; L, left; R, right.
3 讨论
对数的认知是与语言相互独立的。随着认知神经科
一直以来，关于人类数学能力的来源和发展存
学实验研究的推进，目前数量认知(numerical cognition)
在两种相反的观点，一是沃夫(Whorf)提出的思维
已成为心理学研究人类数学能力的焦点与核心部分
性质和内容由语言决定(linguistic determinism)的强势 假设；二是 Gelman 和 Gallistal 等人的观点，认为
之一，并在这方面积累了大量的新发现，形成了新 认识。Dehaene 等人的实验研究发现，精确的数量
生理学报 Acta Physiologica Sinica, June 25, 2009, 61(3): 230-238
236
计算过程更多激活负责言语的左侧额下回等词语加 工区，而数量的表征和近似判断则更多地激活负责
于顶下小叶在单独两个任务下都有激活，因此只能 说顶下小叶在数字任务中激活更强(图 2c)。结合行
空间表象的大脑双侧顶内沟及其周边脑区[24-26]。
为数据的实验结果，我们可知这源于数字任务难度
本研究发现，在数字和月份任务中，受试者的
较大。而与数字任务比较，月份任务特异性地激活
顶下小叶都出现显著的激活。与基线任务比较，数
了左右半球梭状回(BA18)和左半球枕叶下回(BA18)
字任务激活了包括顶下小叶在内的皮层网络，与先
[34] (图 2d)。梭状回中部区域定义为“视觉词型区” ，
前的实验结果基本一致。先前有研究表明顶下小叶 是数量加工的重要区域，左侧顶下小叶区域病变选
研究认为该区域在字型加工中起着非常重要的作 用，也有学者将该区域称为继 Broca 和 wernicke 区
择性地影响内部的数量表达[27-30]，而且有研究已经
之后的第三语言区 [35] 。
证实顶下小叶皮质激活水平反映了特定类别数量系
综上所述，本研究发现母语汉语者在对汉语月
统的抽象操作，而且与输入和输出通道及计算任务
份词语的加工过程中出现了语言区和数字加工区域
无关
[31,32]
。与基线任务比较，月份任务诱发的脑激
的共同激活，说明汉语日期词语的加工不仅涉及语
活模式与数字任务存在一定的相似性，其激活区也 包括顶下小叶(BA40)，枕叶下回(BA18/19); 其中月
词的加工，还涉及了数的加工。这对于我们探讨中 英文母语的儿童数学能力发展的差异提供了一条重
份任务顶下小叶激活区的峰值坐标为( -4 7 ，- 2 6 ，
要线索。传统跨语言的数学认知发展研究确实是探
2 5) ，与数字任务中顶叶激活区的峰值坐标( -4 7 ，
讨语言与数学能力关系的重要途径，但最新的跨文
-36，37)比较接近，说明两种任务在脑区定位上有
化研究结果发现，数词的结构及其语义、语音对儿
一部分是重叠的，也就是说参与数字加工的顶枕区
童理解数的概念和进行计算有不可忽视的影响。比
域可能也参与了对月份的加工。 为了进一步揭示与月份加工相关的神经活动的
如在中文语言环境下，儿童可以较早获得一些算术 概念 [ 3 6 ] 。
特征，我们直接比较分析了实验任务间的激活脑区
本研究通过实验发现中国人在对月份词汇的加
的差异。结果发现，与语义任务比较，月份任务 特异性地激活了左前扣带回、中央后回及右半球上
工过程中确实存在着数字的加工，从而证明了汉语 母语者在学习和使用母语的过程中已经获得了数的
颞叶、双侧顶下小叶、前楔叶( 图 2 a ) 。这些脑区
加工经验。日期名词作为常用词汇，在中文的表达
[24,25,33]
在以往有关数字加工的实验中也出现显著激活
。
[32]
中兼有语词与数量两种成分，而英语与之对应的词
Dehaene等 在进行个位数的乘法和减法计算研究时 发现，乘法计算主要引起左侧顶下小叶激活，而减
汇只有纯粹的语词因素。甚至在物体泛指的情况 下，汉语所用的词汇是直接采用数词“一个”，而
法任务需要双侧顶下小叶的数量操作共同完成，认
英语所用的词是与数词“o n e ”无关的“a ”等。
为顶下小叶是数量操作及与数量有关的语义处理中
中文的该构词特征造成了汉语母语者更早更多的具
枢，在数字运算中同样发挥着重要作用。而相对于
有数加工经验，这可能会对今后数学能力的发展起
月份任务，语义任务没有特异性的脑激活区，也就
到促进作用。另外，该研究结果补充了先前有关语
是语义的激活脑区在月份任务中都有激活(图 2b)。 这一结果提示，汉语月份名词的神经加工活动可能
言和思维关系的研究[37,38]，运用认知神经科学的方 法初步证明了语言对数认知能力的影响具有一定的
不同于纯粹的语义任务，它可能具有词汇加工与数
生理基础。
字加工的双重性。
另外，本研究还有两个结果值得注意。第一个
对月份任务和数字任务诱发的激活脑区的直接
值得注意的结果是，与基线条件比较，在月份任务
比较结果同样支持我们提出的观点：汉语月份加工
中还发现部分小脑脑区的明显激活。现在越来越多
包含词汇加工与数字加工的双重特征。尽管与数字 加工相关的部分脑区也参与了月份加工，但由表 3
的证据表明小脑除了具有平衡躯体、调节肌张力和 管理共济运动的功能之外，还和个体的认知活动有
可知，参与月份加工的脑区与负责数字加工的脑区
关，这在其它汉语和非汉语的研究也有发现。目
并非完全重叠。与月份任务比较，数字任务也有特
前，小脑参与认知等非运动功能的观点已经得到大
异性的脑功能区：左侧顶下小叶(BA40)、后扣带
家的认可，但是它们在语言加工中的作用还不清
回、右侧小脑后及双侧前楔叶和枕中回的激活。由
楚，有研究认为小脑在词汇加工中可能起辅助支持
刘 君等：中国人数字加工的脑区参与汉语日期名词的加工 [39]
作用 。第二个值得注意的结果是，本实验没有发 现 wernicke 区的明显激活。先前研究认为 wernicke 区是语言区的一部分，wernicke 区主要参与语音加
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11 Zheng Z, Peverly ST, Tao X. Knowing and teaching fractions:
激活[40,41]，而在 Pertersen 等[42]关于英文词语及恽虹
A cross-cultural study of American and Chinese mathematics
[43]
[44]
等 、唐一源等 的针对汉语词汇开展的研究中却 [45]
没有显示左侧颞上回的激活。Price 等 发现在刺激 成组呈现的条件下，如果每个刺激呈现时间与获得
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13 Sarnecka BW, Kamenskaya VG, Yamana Y, Ogura T,
外与西方字母文字的形音义的转换不同，汉字存在
Yudovina YB. From grammatical number to exact numbers:
着两种形音义和形义通达语义两种方式[46]，因此对
Early meanings of ‘one’, ‘two’, and ‘three’ in English, Russian,
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入研究。
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*
*
*
致谢：本研究在数据采集过程中得到华侨医院影像 科刘斯润医生、蔡晓琳医生和梁文斌医生的协作。 同时，对下列在实验完成中提供帮助和支持的诸位 同学：杜洪 飞 、李莹 、张娟 、侴磊 、胡诚 、毋 嫘等一并表示感谢。 参考文献 1
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