通過fNIRS確定：出生一天的新生兒使用不同腦半球處理母語和非母語

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研究背景

大量的研究已證實，在成年人中，語言的接收與表達都主要由大腦的左半球負責，但并不清楚這一現象是人類天生的、還是在后天逐漸形成的。一些實驗發(fā)現在幾個月大甚至剛出生的嬰兒中，即使非常短期的母語接收經歷也可以讓他們的大腦左半球區(qū)分母語和非母語；但這一發(fā)現在另一項研究新生兒的實驗中并未被證實。這項實驗的目的在于研究新生兒剛出生不久時用于接受和處理母語（法語）和非母語（阿拉伯語，與法語有明顯韻律差別）時的大腦網絡。
 

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研究方法
 

2.1、被試

研究共有27名有效被試，均為父母母語為法語的足月嬰兒；其中男性15人，女性12人，平均年齡為出生后28h。
 

2.2、實驗材料

研究采用的聽覺刺激為一段《白雪公主》故事，分為20s的片段播放。故事由由一位女性的閱讀者分別使用法語（forward French: Ffwd）和阿拉伯語（forward Arabic: Afwd）錄制。聲音強度為64-76分貝；兩種語言所錄制的故事在聲音頻率上無明顯差別。除去正放的兩種語言的故事作為兩種刺激，另外兩種刺激為分別將法語（backward French: Fbwd）和阿拉伯語（backward Arabic: Abwd）錄制的故事倒放。
 

2.3、實驗過程

實驗在一個燈光昏暗的隔音房間里進行。新生兒在實驗進行時處于睡眠狀態(tài)。14名嬰兒接收正放的聽覺故事刺激，剩余13名嬰兒接收倒放的聽覺刺激。每個試次組由3個同一語言錄制的聲音刺激片段組成（一個試次組中的具體時間分配見圖1）。每位被試嬰兒都將聽到6個法語和6個阿拉伯語的聲音刺激（正放或倒放）試次組交替播放。將會整個實驗過程小于80分鐘。

圖1. 一個試次組中的刺激和間隔的具體安排。
 

2.4、數據采集和處理

實驗采用ISS Imagent血氧計，配備2個PMT檢測器和16個發(fā)光二極管，波長為690nm和830nm，頻率為110.0MHz。發(fā)光二極管通過貼片放置于嬰兒頭皮表面（圖2a），每個貼片包含8個光源（4個690nm和8個830nm）和一個水平排列的探測器。貼片位置位于顳葉，可檢測到韋尼克區(qū)和布羅卡區(qū)及其右側腦半球對稱區(qū)域的fNIRS數據。貼片通過柔軟、可調整的嬰兒專用頭帶固定（圖2b）。光強度（DC）、調制幅度（AC）、和相位數據使用Boxy（ISS Imagent）以19.5312Hz采樣率獲取。

圖2. 發(fā)射器和檢測器的放置方法。
 

DC通過P-POD軟件預處理。通過將每個值除以每個塊和通道的時間點的平均值來標準化原始血液動力學信號。數據針對血管脈動的影響進行了校正，隨后使用截止頻率為0.0512Hz的低通過濾器過濾。在血流動力學數據中，因為氧合血紅蛋白(HbO2)在嬰兒中具有最可靠的信噪比，所以選擇HbO2進行進一步分析。HbO2 濃度從刺激開始前 5 秒到刺激開始后 30 秒的變化在所有參與者的每個刺激條件下的無偽跡試驗中平均。
 

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研究結果
 

3.1 不同聽覺刺激條件下引起的左右腦半球的顳葉活動的差異

研究結果顯示，正放的母語刺激在左腦顳葉激發(fā)了比右腦顳葉更顯著的腦部活動，而正放的非母語刺激表現出相反的結果；倒放的母語和非母語刺激所激發(fā)的活動程度在左右腦顳葉之間無明顯區(qū)別（見圖3）。

圖3. 不同聽覺刺激條件在左右腦顳葉區(qū)域引發(fā)的活動
 

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結論

本研究表明在新生兒出生的第一天，語言和語言的韻律屬性是并行處理的，且涉及不同的神經網絡。但需要進一步的成人大腦研究來完全了解參與處理母語和非母語的神經回路和腦半球特化。

Vannasing, P., Florea, O., González-Frankenberger, B., Tremblay, J., Paquette, N., Safi, D., Wallois, F., Lepore, F., Béland, R., Lassonde, M. and Gallagher, A., 2016. Distinct hemispheric specializations for native and non-native languages in one-day-old newborns identified by fNIRS. Neuropsychologia, 84, pp.63-69.

DOI: 10.1016/j.neuropsychologia.2016.01.038