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语言与脑的进化

时间:2013-09-22 18:43:33  来源:  作者:

 自然界的许多动物都能借助自己发出的声音进行信息沟通和交往,然而只有人类才具有真正的语言。语言是人类区别于其他动物的一个重要标志。借助和通过语言,人类可以进行交流,可以谈论过去和畅想未来。人类语言的独特性也表现在人脑的功能和结构上。1861年,法国医生布罗卡向当时的科学界公布了一个影响深远的发现:大脑左侧额下回盖部、三角区以及前脑岛的损伤会导致语言能力的严重丧失[1]。这个部位随后被称为“布罗卡区”(Broca’s area)。不久以后,另一位医生威尔尼克又报告了两例左侧颞上回损伤的患者,其口语理解能力严重受损,而口语产生能力则不受影响[2]。这个脑区后来被称为“威尔尼克区”(Wernicke’s area)。以后科学家们还发现,连接这两个脑区的弓形束在语言中也有重要作用。由弓形束连接的布罗卡区和威尔尼克区构成了人类的基本语言神经网络。

与人类相比,其他动物的大脑中并不存在与人类语言神经网络相对应的神经网络。那么,语言是怎样出现的?它是在灵长类动物交往行为的基础上逐渐进化的,还是通过人脑解剖结构的突然变化而自发产生的?语言与脑又如何相互作用,共同演化?由于脑不会形成化石,语言的起源以及语言在人脑进化中的作用问题很难找到考古学上的直接证据,因而被称为“最难的科学问题”之一。

关于语言的起源问题,许多人从自然选择的角度来探讨。一个最简单的假设是,人类的语言是从动物的发声行为进化而来的。动物的发声行为蕴含着丰富的含义和感情色彩,而不只是简单的无意义的声音。例如,猩猩会发出各种不同的声音,当危险降临或发现食物时,它们发出的声音是明显不同的。因此,动物的发声行为似乎是人类语言的雏形。但是,动物的发声器官与人类的语言器官有很大差别,刺激动物的左侧额下回(相当于人脑布罗卡区的位置)不会对其发声行为造成影响。这提示人类的语言可能与动物的发声行为无关。另一个影响较大的假设认为,人类的语言是从动物的体势动作演化而来的[3]。猩猩虽然没有类似人类的口头语言,却有着丰富的体势语。同时,人类的手势语与口语和书面语言一样,也具有丰富的语法结构和完善的交流功能。早期接触手势语的儿童能够像获得口语一样毫不费力的获得手势语。虽然猩猩的脑中没有专门控制发声行为的部位,但是对体势动作的控制却非常精确和完善。特别是猩猩大脑中的F5区与人脑的布罗卡区相似,都是控制体势动作的关键部位,刺激该部位会对其体势动作造成严重影响。近年来的研究还发现,镜像神经元不仅存在于猩猩的F5区,也存在于人脑的布罗卡区。这种神经元可能与动物和人类的模仿行为有直接关系。人感知其他人发出的语音时,也会激活与说出该动词有关的脑区。所有这些证据都提示,语言可能起源于动物的体势动作。但体势动作和有声语言的关系是什么?是从体势动作演化为有声语言,还是两者并存?有声语言如何成为人类语言的主要形态?这又是一个科学难题。目前研究者提供了几种解释。例如,有声语言实际上也是由肌肉和骨骼的相互协调来完成的,体势动作与有声语言之间不存在无法逾越的障碍。而且,通过声音传递信息能够解放双手以便从事诸如搬运和制造工具之类的工作。但这些解释还停留于猜想阶段,缺少有力证据的支持。因此,语言如何出现于人脑的问题仍有待解决。

研究语言进化的一种经验途径就是将现存的非人类灵长动物和人类的交往行为的神经生物学基础进行比较。前面说过,弓形束是连接颞叶与额叶的一条重要的神经纤维束,与语言功能有密切关系。研究者通过比较人类、猩猩和恒河猴的皮层连接发现,非人类灵长类动物没有或只有较小的弓形束-顳叶投射,而这种投射在人类大脑中是显著存在的。在人类,左半球的额叶皮层通过弓形束与顳中回和颞上回(威尔尼克区的腹侧和前端)有很强的连接,而猩猩和恒河猴没有这种联结。在恒河猴中,这个区域主要由纹外视觉皮层组成,而人脑的这个区域表征着词义。人脑的这种特异性可能与语言的进化有关[4]。研究者还发现,人脑的颞上沟前部具有一个“voice”区,它处理人的语音,而不是其他动物的声音或自然的声音。恒河猴和人类一样,也具有对本物种声音敏感的voice区,但其解剖位置和人类有重要区别。恒河猴的voice区位于颞上沟,正好在侧沟的下面。这再次说明,与人类语音加工有关的神经联结是动物祖先的voice区的变异。人类voice区的神经元对共振峰敏感,而语音的共振峰正可以区别人的语音的各种特性[5]。以上这些研究为我们提供了重要的启示,通过人脑与动物脑在功能和结构上的系统的比较研究,有可能找到语言起源的生物学基础。

从人类个体脑与语言的发育中寻找线索是研究语言起源的另一条可能的途径。遗憾的是,这种研究同样存在难以解决的困难。首先,语言能力在人类个体发育过程中出现的时间问题仍然存在争论。发展心理学的研究表明,儿童在2-5岁左右会经历一个语言发展的关键期或敏感期。在这个时期,不仅词汇量突然增加,而且语法能力突飞猛进。这种现象很难用建立条件反射的机械学习机制来解释。如果儿童在这个关键期内由于某种原因没有接触到语言刺激,那么其语言能力会严重退化,其结果甚至是不可逆的。在语言发展关键期后回到人类社会的所谓“狼孩”和“猪孩”失去了正常的语言能力,就是很好的例证。一个人的语言系统何时打开,何时关闭?这和脑的进化史有什么关系?为什么关键期后的儿童甚至成人还具备语言学习的能力?这些问题也远未得到解决。其次,个体脑发育与语言发展之间的对应关系仍然没有确立。一方面,脑发育的研究表明,婴幼儿大脑的不同部位有不同的发育进程,其中初级视觉和听觉皮层发育较早,而与语言关系密切的前额叶后部和颞叶部分在2-6岁左右发育迅速,前额叶的背侧则发育最晚。那么,脑发育的这种先后模式与语言能力的发展是什么关系?二者是简单的先后关系、同步关系还是复杂的相互促进?有研究发现,脑功能和脑结构之间并不是简单的对应关系。脑结构的迅速发育不能直接得出脑功能也提高的结论。因此,语言能力发展和脑结构进化(发育)之间的关系极为复杂。目前由于技术和被试群体的限制,采用无创性脑成像技术考察儿童的脑功能仍然有困难。而近年来出现的基于近红外光学成像的静息态功能连接技术则为此类研究提供了新的可能性。

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