藏族双语者与汉族非双语者脑灰质VBM-MRI的初步研究

冯祥，鲍海华，王芳芳，何盈，秦粽园

青海省少数民族人数所占比重仅次于西藏、新疆，居全国第3位，而青海少数民族中藏族人数所占比重仅次于汉族，居全省第2位。因此，青海省是少数民族尤其是藏族人民聚居的地方，许多藏民从小开始就学习藏语和汉语两种语言。汉语和藏语虽同属汉藏语系，但属不同语族。因此，汉语和藏语相比有着许多不同之处：(1)文字结构不同，汉字是方块文字，属象形文字，而藏文是拼音文字，属于线性文字；(2)意思表达方式不同，汉字主要通过字形表达字意，而藏文则主要是通过读音直接表达字意。人类有学习两种或多种语言的能力，通常将那些可以正式使用两种或多种语言的人称为双语者或多语者。目前国内外很多学者主要致力于对双语或多语者脑功能的研究，关于双语或多语的习得对大脑结构影响的研究则相对较少，而目前关于藏族藏-汉双语的习得对脑结构影响的研究则更为少见。本试验通过对藏族双语者与汉族非双语者全脑灰质结构的研究，初步探讨少数民族第二语言习得对大脑结构的影响。

基于体素形态学测量(voxel-based morphometry，VBM)技术是一种能够对脑结构形态进行自动分析的技术，可定量检测脑组织各组分的密度和体积，从而可以全面评估脑结构的形态学改变。相比感兴趣区(region of interest，ROI)分析方法，此技术可以消除人为主观因素的影响，具有客观性好、操作简便、可重复操作等优点，因而在临床得到广泛应用。

1 材料与方法

1.1 一般资料

招募70名青海本地健康志愿者参与此次研究，分为两组。双语组：35名掌握藏-汉双语的藏族健康志愿者，男20例，女15例，年龄在18～25岁，平均年龄为(21.09±1.26)岁，受教育年限时间平均(15.26±1.42)年，所有藏族志愿者世代出生并长期居住于青海地区。对照组：35名汉族非双语健康志愿者，男18例，女17例，平均年龄为(21.23±1.61)岁，受教育年限时间平均(15.71±1.76)年，所有汉族志愿者来自两代以上出生并长期居住于青海地区。纳入标准：(1)无MRI检查禁忌证；(2)常规头颅MRI扫描脑实质无异常；(3)无神经病和精神病症状及体征；(4)右利手。排除标准：(1)有慢性高原病；(2)有脑部外伤史；(3)被确诊的脑神经失调。所有受检者在检查前均知道此次检查的内容及意义，并签署了知情同意书，本研究经我院伦理委员会批准。

1.2 MRI扫描方法

应用Philips Achieva 3.0 T TX多源发射MR成像系统，标准头颅8通道相控阵线圈，向所有受检者详细说明检查的全部过程以取得其更好的配合，嘱受检者平卧于检床上，保持静息状态。先行T1WI和T2WI序列扫描，确定脑实质无异常者再行VBM扫描。应用超快速场回波序列获得3D-T1结构像，扫描参数：TR=7.5 ms，TE=3.7 ms，矩阵256×256，层厚2 mm，激发角度7°，全脑扫描共获取176幅图像。所有志愿者由同一名的优秀影像科技师完成扫描。

1.3 数据处理及统计分析

首先应用Dcm2AsiszImg软件对原始的DICOM数据进行分类整理，然后采用统计参数图(statistical parametric mapping，SPM8)的嵌套软件VBM8 toolbox进行数据处理，最后在MATLAB平台上进行计算和图像处理。数据处理的具体步骤包括：(1)原始数据分类整理；(2)头动较正；(3)分割3D-T1结构像，获得灰质、白质及脑脊液图像，在图像模板上进行图像配准，然后空间标准化；(4)采用半高全宽为8 mm的三维高斯核进行图像空间平滑。最后采用两样本t检验进行比较(P＜0.05；Alphasim校正)，选取相邻体素大于389的组块视为有差异的脑区，将有差异的脑区叠加到T1结构像的模板上，分析研究对象脑灰质体积的变化。

2 结果

本次研究中藏族双语者较汉族非双语者脑灰质体积增加的脑区包括：左侧中央后回、缘上回、颞上回和右侧颞上回、豆状核、顶下小叶以及左侧小脑8区(见表1，图1)。另外，左侧豆状核、右侧三角部额下回、双侧前扣带回和扣带旁回、右侧小脑4、5、6区及左侧小脑9区等因体素增加较小，未列入表内。

3 讨论

近年来国内外学者从不同层面、不同水平对语言脑功能区进行了深入研究，但主要集中在对不同语言脑激活区方面的研究，而关于双语或多语的习得导致脑微观结构改变的研究报道则较少，关于藏族双语习得导致脑微观结构改变的研究则更少。

表1 藏族双语组与汉族非双语组相比脑灰质体积增加的统计分析结果Tab.1 The statistical analysis results of increased brain gery matter volume in Tibetain Bilingual group compared with Chinese monoligual group

图1 藏族双语组与汉族非双语组相比灰质体积有差异的脑区统计参数图。红色代表藏族双语组较汉族非双语组灰质体积增加的脑区，包括左侧中央后回、左侧缘上回、左侧颞上回、右侧颞上回、右侧豆状核、右侧顶下小叶、左侧小脑8区(统计阈值设为P＜0.05，cluster size＞389，Alphasim校正)Fig.1 The statistical parametric map of the brain areas with different grey matter volumes compared Tibetan-Chinese bilingual group with Chinese monoligual group. Red represents the Tibetan-Chinese bilingual group than Chinese monoligual group increased gray matter volume of the brain,including: left postcentral gyrus, left supramarginal gyrus, left superior temporal gyrus, right superior temporal gyrus, right putamen, right inferior parietal lobule, left cerebellum area 8. The statistical threshold is set to P＜0.05，cluster size＞389, Alphasim correction.

3.1 结构差异区的讨论

大脑皮层为大脑的表层部分，是生物进化的最高成果和人类思维的神经基石，也是我们意识活动的物质基础。大量研究表明，人脑解剖结构具有可塑性[1]，可以随着特殊生活经历而发生改变[2]，以适应周围客观事实的改变。国外学者Mechelli[3]、Christian[4]、Eleanor[5]等分别通过对意-英双语者和英语非双语者、专业和业余音乐家、出租车和非出租车司机的研究，发现后天的锻炼和学习可以导致大脑微观结构的改变，神经元的可塑性是导致人类发展过程中大脑灰质随着环境发生灰质结构变化的重要原因[6]。

颞上回为听觉性语言中枢。Siok等[7]研究发现，使用拼音文字的人，常运用的脑语言功能区为威尔尼克区(wernick-area)。Wernick区包括左侧颞上回、颞中回后部及左侧顶下小叶的角回和缘上回。杨振燕等[8]对中英文语言活动区的研究中发现完成中文任务时激活左右侧颞上回，而完成英文任务时只激活左侧颞上回。王云玲等[9]研究多语者语言功能区时发现，在完成汉语任务时明显激活右侧颞上回，而右侧颞上回在完成英语任务时未见激活。Tan等[10]利用功能性磁共振成像(functional magnetic resonance imaging，fMRI)研究发现在完成汉字阅读任务时能激活右颞上回前部等脑区，这些脑区以往在拼音文字的语言活动中很少激活。Pierce等[11]研究发现汉-法双语者在完成听到汉语辨别词汇声调任务时，双侧颞上回激活。本研究结果双侧颞上回灰质体积均增加与上述研究相符，藏文属于拼音文字，长期的文字学习和语言交流导致左侧颞上回脑结构的改变；汉语是一种象形表意文字，具有复杂的空间二维结构，通过字形提取字义是需要更多右侧大脑半球的支持，而右侧颞上回仅在完成汉语任务时明显激活，笔者推测右侧颞上回与第二语言汉语的习得有关，并可能为处理汉语的特异性脑区。

顶下小叶被称为“Geschwind区”[12]，Geschwind提出顶下小叶可能与语言的表征有关。顶下小叶可分为角回和缘上回两个亚区。目前很多相关研究认为涉及双语转换脑区包括额下回、前扣带回、顶下小叶(尤其是角回)和左侧文状体等脑区[13-16]。Elise等[17]研究用第二语言法语进行阅读任务时发现左侧顶下小叶激活，而第一语言英语进行阅读任务时左侧顶下小叶未见激活。Jasińska等[18]研究发现在完成任务时双语者较单语者双侧顶下小叶明显激活。本研究中右侧顶下小叶、左侧缘上回体积明显增加与上述研究基本相符，藏-汉双语者汉语的熟练程度低于藏语，因此在汉语的使用过程中常涉及汉语与藏语的转换以便语义的理解，长期第二语言与母语的转换导致脑语言转换区顶下小叶脑结构发生改变。

豆状核由核壳和苍白球组成，是构成基底神经节核团必不可少的组分。近年来我国学者通过正电子发射型计算机断层显像(positron emission computed tomography，PET)发现双侧豆状核参与了汉字的书写。朱丽娜等[19]通过fMRI对维吾尔族汉语功能区的研究发现双侧豆状核激活。刑一兰等[20]通过PET-CT研究发现右侧核壳参与了中文的书写。目前通过进一步研究发现，基底节可能参与了对语音和语义的处理、词法和语法的记忆，对语言进行加工、整理和协调，具有皮层下整合中枢的作用[19]。本研究中右侧豆状核体积增加与上述研究基本相符，藏-汉双语者在学习汉语的同时，不仅要学习汉族的语言，还要学习汉族的文字，后天的语言说话和文字书写共同作用使豆状核的微观结构发生了改变。通过此研究，也进一步证明皮层下神经核团参与了对语言的加工、处理。

小脑是运动的重要调节中枢，主要参与对运动的控制。近几年来许多学者对小脑在语言加工中的作用进行了深入的探讨[21]，发现小脑在语言功能方面对其他脑功能区主要起支持协助作用。Pillai等[22]通过fMRI对西班牙语-英语双语者的研究发现，无论给予何种语言任务，左侧小脑半球都被激活。揭冰等[23]研究发现在完成对语义的辨别任务中右侧小脑半球明显被激活，并认为小脑对其他脑语言功能区起支持作用。王云玲等[9]通过fMRI研究维吾尔族多语者发现无论给予英语、汉语还是维语语言刺激时，都会有小脑的不同脑区被激活。本研究中双侧小脑半球多个脑区体积增加与上述研究基本相符，语言的各脑功能区并不是单独存在的，而是相互联系共同构成一条语言加工的神经通路，小脑对藏语、汉语的加工可能起着支持辅助的作用。

中央后回为躯体深感觉和浅感觉的皮质中枢。本研究中藏族双语者左侧中央后回灰质体积较汉族非双语者增加，这与晁芳等[6]的研究结果白-汉双语者较汉族非双语者左侧中央后回密度增高一致。尽管目前国内外关于中央后回与语言有关的相关文献及报道并不多，但笔者认为左侧中央后回可能与双语者第二语言的习得相关，其可能是第二语言神经通路的一部分，笔者会在今后的研究中进一步加以证实。

本研究所得的结果与国内外研究的结果并不完全一致，考虑原因可能由以下两方面所致：(1)语系不同。汉语和藏语虽属汉藏语系，但维吾尔语属于阿尔泰语系，英语属于印欧语系，不同语系在学习过程中可能激活的神经元不同。(2)受试者个体差异。受试者第二语言的熟练程度、学习年龄等也与脑语言区结构的改变相关。

3.2 结论

本研究应用VBM技术对藏族双语者与汉族非双语者脑灰质进行了初步的研究，证明第二语言的习得可以导致部分脑语言区体积的增加，双语学习可以促进脑语言区皮质的发育。右侧颞上回可能为处理汉语的特异性脑区，左侧中央后回可能是第二语言神经通路的一部分，笔者会在今后的研究中进一步加以证实。

3.3 不足之处

通常把可以使用两种正式语言的人称为双语者，并且两种语言都要达到同等熟练的程度，如果按照这样的标准，本研究中的藏族双语志愿者并不是最完美的双语志愿者。此外，目前VBM技术虽然已经比较成熟，但仍存在一些局限性，例如组织分割、空间标准化及平滑处理存在一定的缺陷，但相信随着后处理技术的不断改进，研究结果的准确性也将不断提高。

3.4 临床意义

今后，笔者也会逐步完善对双语者或多语者的选择条件，包括语言的学习时间、学习方式、各种语言的熟练程度等，以更加准确地探讨双语或多语的习得对脑语言区结构的影响，进一步增加对脑语言结构区的认识，为临床手术过程中减少或避免对脑语言区的损害以及术后脑语言功能区的恢复评估提供更多的影像学依据。

[References]

[1] Draganski B, Gaser C, Busch V, et al. Neuroplasicity: changes in grey matter induced by training. Natural, 2004, 427(6972): 311-312.

[2] Zou L, Ding G, Abutalebi J, et al. Structural plasticity of the left caudate in bimodal bilinguals. Cortex, 2012, 48(9): 1197-206.

[3] Mechelli A, Crinion JT, Noppeney U, et al. Neurolinguistics:structural plasticity in the bilingual brain. Nature, 2004, 431(7010): 757.

[4] Gaser C, Schlaug G. Brain structures differ between musician and non-musicians. Neurosci, 2003, 23(27): 9240-9245.

[5] Maguire EA, Gadian DG, Johnsrude IS, et al. Navigation-related sturctural change in the hippocampi of taxi dricers. Proc Natl Acad Sci USA, 2000, 97(8): 4398-4403.

[6] Chao F. Study of differences in brain structure and function between Bai-Chinese bilinguals and Chinese monoliguals. Kunming:Kunming Med Univ, 2013.晁芳. 白—汉双语者与汉族非双语者的全脑结构与功能差异研究.昆明: 昆明医科大学, 2013.

[7] Siok WT, Perfetti CA, Tan LH, et al. Biological abnormality of impaired reading is constrained by culture. Nature, 2004, 431(7004):71-76.

[8] Yang ZY, Zhao XH, Dai GH. Functional magnetic resonance imaging study Chinese and English language active areas. Chin J Tissue Engin Rese, 2003, 7(10): 1492-1494.杨振燕, 赵小虎, 戴工华. 中英文语言活动区功能磁共振成像研究.中国临床康复, 2003, 7(10): 1492-1494.

[9] Wang YL. fMRI study on the language areas of the Xinjiang Uygur multi-speakers. Urumqi: Xinjiang Med Univ, 2012.王云玲. 新疆维吾尔族多语者语言功能区的fMRI的研究. 乌鲁木齐: 新疆医科大学, 2012.

[10] Tan LH, Feng CM, Gao JH, et al. An fMRI study with written Chinese. Neuroreport, 2000, 12(1): 83-88.

[11] Pierce LJ, Klein D, Chen JK, et al. Mapping the unconscious maintenance of a lost first language. Proc Natl Acad Sci U S A, 2014,111 (48): 17314-17319.

[12] Catani M, Jones DK, Ffutche DH. Perisylvian langguage networks of the human brian. Ann Neuro, 2005, 57(1): 8-16.

[13] Chandrasekaran B, Chan AH, Wong PC. Neural processing of what and who information during spoken languange processing. Cogn Neuropsychol, 2011, 23(10): 2690-2700.

[14] Tan IH, Chen I, Yip V, et al. Activity levels in the left hemisphrer caudate-fusiform circuit predict how well a second language will be learned. Proc Natl Acad Sci U S A, 2011, 10(6): 2540-2544.

[15] Szaflarski JP, Vannest J, Wu SW, et al. Excitatory repetitive transcranial magnetic stimulation induces improvements in chronic post-stroke aphasia. Med Sci Monit, 2011, 17(3): 132-139.

[16] Kozub J, Urbanik A, Chrzan R, et al. Presurgical functional brain examination MR (fMRI). Przegl lek, 2010, 67(4): 326-329.

[17] Barbeau EB, Chai XJ, Chen JK, et al. The role of the left inferior parietal lobule in second language learning: An intensive language training fMRI study. Neuropsychologia, 2016, 10(3): 169-176.

[18] Jasińska KK, Petitto LA. Development of neural systems for reading in the monolingual and bilingual brain: new insights from functional near infrared spectroscopy neuroimaging. Dev Neuropsychol, 2014,39(6): 421-439.

[19] Zhu LN. Magnetic resonance imaging study of functional areas of Chinese of vigeo. Urumqi: Xinjiang Med Univ, 2010.朱丽娜. 维吾尔族汉语功能区的磁共振研究. 乌鲁木齐: 新疆医科大学, 2010.

[20] Xing YL. Mandarin and English writing recruit basal ganglia:Evidence from PET-CT. Guangzhou: South Med Univ, 2010.邢一兰. 基底神经节参与中英文书写—-来自PET-CT的证据. 广州: 南方医科大学, 2010.

[21] Gil RS, Gatignol P, Capelle L, et al. The role of dominant striatum in language:a study using intraoperative electrical stimulations. J Neurol Neurosurg Psychiatry, 2005, 76(7): 940-946.

[22] Pillai JJ, Araque JM, Allison JD, et al. Functional MRI study of semantic and phonological language processing in bilingual subject:preliminary findings. Neuroimage, 2003, 19(3): 565-576.

[23] Jie B, Zhao XH, Yang ZY, et al. fMRI preliminary evaluation of cerebellar language function. J Tongji Univ, 2005, 26(6): 22-24.揭冰, 赵小虎, 杨振燕, 等. 小脑语言功能的fMRI初步评价. 同济大学学报, 2005, 26(6): 22-24.