在最近发表在《自然通讯心理学》上的一篇论文中，纽约大学由副教授阿登·弗林克和博士后研究员亚当·摩根领导的研究小组探索了大脑如何通过单个单词构建句子。
他们使用高分辨率皮层脑电图 (ECoG)，旨在确定从简单的语言任务（例如命名图片）中得出的结论是否也适用于对认知要求更高的句子形成过程。
这项研究涉及十名正在接受癫痫治疗的神经外科患者。参与者完成了语言任务，包括说出单词和组成完整的句子来描述卡通场景。机器学习被应用于从放置在每个参与者大脑表面的电极直接获取的脑电图 (ECoG) 记录。
研究人员首先绘制了与单独说出的六个单词相关的不同神经特征，然后监测了当这些单词被合并成完整的句子时这些相同的模式是如何演变的。
词汇模式稳定但语法角色不断变化
研究表明，尽管大脑对单个单词的活动模式在不同的语言任务中保持一致，但这些单词的排列和处理方式在很大程度上取决于句子结构。在感觉运动区域，神经活动反映了单词的发音顺序。
然而，在前额叶区域——尤其是下额叶和中额叶回——的编码策略有所不同。这些区域不仅记录参与者想要说的词语，还记录每个词语的语法功能（例如主语或宾语）及其在句子整体结构中的位置。
研究人员精确定位了大脑中哪些区域在听到单个单词时被激活，从而能够在参与者说话时追踪这些区域的活动。图片来源：纽约大学坦登工程学院
研究人员还发现，在诸如“弗兰肯斯坦被德古拉击中”这样的被动结构中，前额叶皮层在整个句子中都对两个名词保持激活状态。即使在说出一个词时，另一个词在大脑中仍然保持活跃。这种持续、同步的编码表明，构成语法复杂或非标准的句子需要大脑同时保留和管理多个元素，这可能需要额外的工作记忆。
语言结构可能反映神经效率
有趣的是，这种动态与语言学中一个长期存在的观察结果相符：世界上大多数语言都倾向于将主语置于宾语之前。研究人员认为，这可能部分归因于神经效率。处理诸如被动语态等不太常见的结构似乎需要更多的认知努力，而随着时间的推移，这可能会影响语言模式。
最终，这项研究为我们揭示了大脑皮层在句子生成过程中的编排机制，并挑战了一些长期以来关于言语在大脑中如何展开的假设。言语并非一个简单的线性过程，而似乎涉及稳定的词汇表征与句法驱动的动态机制之间的灵活相互作用，而这种相互作用是由语法结构的需求所塑造的。
编译自/scitechdaily
