心理所研究揭示额顶脑区多样的功能连接模式支持语言理解中的预期和整合

你是否曾经注意到，当有人跟你说“今天下午我们去海滩，记得带上你的____”时，即使对方没有说完，你也会预测对方说 “泳衣”“防晒霜”等与海滩相关的物品。这种预测能力看似简单，却是大脑的一项强大功能，帮助我们在日常交流中更快速、准确地理解信息。

这种语言预测的能力是如何实现的？首先，大脑会基于已有的知识和上下文背景来预测接下来可能出现的话语内容。当听到新的信息时，大脑可以迅速将其与已有的预测整合，从而加快对整个话语的理解。这一复杂过程依赖于广泛分布在额叶、颞叶、顶叶以及感知脑区的层级性预期加工脑网络(Caucheteux et al., 2023; 见图1A)。然而，目前仍不清楚这些脑区如何动态合作以实现高效的语言预测。

为了回答上述问题，中国科学院心理研究所李晓庆研究组开展了一项磁共振成像研究。在该研究中，被试逐部分阅读呈现的句子（句子结构为：背景部分；代词+及物动词；目标名词）。例如：“小齐想在墙上钉钉子”——“他找到了”——“锤子”。这种分屏呈现的方式能有效分离背景信息加工、预测加工和整合加工。同时，该实验操控了背景信息对目标名词的语义约束性（高限制 vs. 低限制；见图1）。研究采用任务态功能连接分析，聚焦于语义限制性（高 vs. 低）和加工阶段（预测 vs. 整合）之间的交互作用，以揭示位于层级性预期加工脑网络顶部的双侧颞顶联合区（Temporoparietal junction；TPJ）和额下回（Inferior frontal gyrus；IFG）如何与其他脑区相互协作，以支持语言理解中的语义预测和整合。

图1.（A）层级性预期加工脑网络;（B）选择的种子点位置;（C）任务流程和实验材料举例

结果发现，相比于低语义限制性条件，在高语义限制性条件下：在预期阶段，右侧TPJ与认知控制脑区、支持记忆表征的默认网络脑区和视觉脑区有更强的功能连接，左侧TPJ和双侧IFG与视觉脑区有更强的功能连接；而当目标名词出现时，即整合阶段，以上功能连接模式减弱（见图2和3）。这可能是由于预测的语义信息被随后的感知信息验证，从而降低了对该感知信息的认知加工需求。该结果支持了预测编码理论。相反，当无法根据背景信息预测即将出现的目标名词时，即在低语义限制性条件下，以上功能连接模式则在整合阶段更强。并且，以上效应在视觉脑区重叠，说明额顶皮层与视觉脑区的功能连接在语义预期中的重要作用。

图2. 双侧TPJ种子点的功能连接结果。DMN=默认网络；FPN=额顶控制网络；LB=边缘网络；VAN=腹侧注意网络；DAN=背侧注意网络；SM=感觉运动网络；VN=视觉网络

图3. 双侧IFG种子点的功能连接结果

以上结果表明，额顶脑区与认知控制、记忆和感觉系统的多样脑功能连接模式支持着语言理解中的自上而下的语义预期和自下而上的语义整合。这种基于语境信息可用性的灵活脑功能连接模式可能是人类高效的语言理解能力的关键。

该研究获得国家自然科学基金（32171057，32300882）和中国科学院心理研究所项目（E3CX1625CX）的支持。

文章已在线发表于Journal of Neuroscience。心理所博士研究生何雅吉为第一作者，心理所李晓庆研究员和张美超副研究员为共同通讯作者。

论文信息：

He, Y., Shao, X., Liu, C., Fan, C., Jefferies, E., Zhang, M.*, & Li, X.* (2024). Diverse frontoparietal connectivity supports semantic prediction and integration in sentence comprehension. Journal of Neuroscience. e1404242024. https://doi.org/10.1523/JNEUROSCI.1404-24.2024