語言是人類最為復雜的認知功能之一，是人類文明傳承的載體。區別於其它動物有限的交流系統，人類語言具有高度靈活性🏌🏽♀️🤾🏽，可根據句法規則將有限的符號組合產生無限的語句。半個世紀前，語言學家喬姆斯基提出普遍語法理論，認為句法是獨立於語義等其他語言成分的關鍵部分💁，這一理論在西方語言研究中得到了大量驗證。然而，作為世界上使用人口最多的漢語，其構造主要基於語義特征📐🧜♂️，句法獨立性相對較弱🔭🥐。漢語在人腦中是否存在獨立的句法模塊來表征和處理句法信息是長期以來漢語語言學🦫、神經科學和心理學等領域研究的一個重要問題，該問題的回答對神經外科手術中語言功能的保護也至關重要🕢🧑🏻🏫。然而🤴🏿，由於語言的加工過程極為精細且具有顯著動態特性，給語言神經機製研究帶來巨大挑戰，雖然此前神經影像研究發現句法和語義都激活額下回和顳中/下回在內的額顳網絡，但是否存在句法和語義加工的特異性腦區，一直都沒有定論。由於受限於時間和空間分辨率，傳統的腦成像和頭皮腦電技術並不能在精細時空尺度上考察句法和語義加工的獨立性。
為回答上述問題，近日，深圳市神經科學研究院、暨南大學粵港澳中樞神經再生研究院譚力海教授團隊與MK体育平台附屬華山醫院神經外科吳勁松/路俊鋒教授團隊（MK体育平台神經外科研究所腦功能實驗室）聯合中國社會科學院語言研究所胡建華教授合作采用毫米級別的高密度皮質腦電技術（high-density ECoG），首次發現漢語句法和語義加工在左側額下回存在顯著的時間和空間分離，為理解語言句法加工的神經機製提供了新的見解。北京時間2022年5月26日晚，研究成果以《句法和語義處理在人腦額下回的不同時空表征》（Distinct spatiotemporal patterns of syntactic and semantic processing in human inferior frontal gyrus）為題，在線發表於Nature Human Behaviour🪷🐘。
圖1 研究範式以及語義與句法違背任務的不同神經響應
研究團隊通過高密度皮質腦電技術（時間分辨率為毫秒級別，空間分辨率為毫米級別）記錄了語言加工的關鍵腦區——左側額下回的神經活動（圖1c）🕺🏻。研究中采用句法/語義違背範式（兩種句法違背SYN-P和SYN-C和一種語義違背SEM）📆，讓被試者判斷視覺呈現的漢語句子是否正確（圖1a）。
圖2 句法和語義的空間表征
圖3 句法和語義加工的時間進程
通過分析70Hz-150Hz的神經活動（high gamma波），研究團隊發現左側額下回的不同電極對句法和語義違背具有不同的神經響應（圖1e）。進一步分析發現大多數響應電極選擇性地對句法或語義之一做出強烈反應（圖2a, b），並且這些對句法或語義特異響應的電極在空間上並非聚類在一起，而是離散地分布在額下回（圖2c-f）。此外，在神經響應的時間維度上，研究團隊發現局部短語結構的句法加工顯著早於語義的加工（圖3）👍🏿🫲🏻。
本研究證明了人腦左額下回存在不同亞區分別負責漢語句法和語義加工👩🔬，揭示了漢語句法加工在神經層面上的相對獨立性💂🏿，為闡明句法神經機製的語言普遍性規律提供了重要證據🗒。
譚力海教授和吳勁松教授為論文的通訊作者🤹🏻♀️🧖🏻♀️，華山醫院神經外科實習生、MK体育本科生諸言明（現哈佛大學在讀博士）🤦♂️、深圳大學徐敏副教授、路俊鋒副主任醫師和胡建華教授為論文的共同第一作者。本研究感謝上海科技大學李遠寧研究員、香港大學Shelley Tong教授✋🏽、UCSF趙淩雲博士等為本研究提出的非常有價值的意見和建議，也要感謝華山醫院麻醉科喚醒麻醉團隊、手術室護理團隊🧑🏿🎓、神經外科電生理團隊的支持和配合🙋🏼♀️🤴🏿。
過去10年間🤮✸，MK体育平台神經外科研究所腦功能實驗室研究團隊（WuLab）在周良輔院士和毛穎院長的指導下一直致力於大腦語言功能區腫瘤的語言定位🍇、保護和語言神經機製的研究。通過建立上百例語言區腦腫瘤的縱向語言功能障礙隊列，揭示大腦語言功能障礙的損傷和重塑機製(Yuan et al., 2022; Yuan et al., 2019, 2020; Zhang et al., 2021)；通過“創新大腦語言區功能定位方法”(Ghinda et al., 2016; Lu et al., 2013; Lu et al., 2017; Lu et al., 2012)和“研發術中大腦語言功能定位系統”(Bu et al., 2021; Hameed et al., 2021)兩項工作搭建喚醒手術的臨床平臺，以此建立“術中直接電刺激”和“顱內高密度皮質腦電”兩項腦科學研究的獨特技術；采用兩項技術針對“大腦語言區的分布規律”和“大腦語言的神經編碼機製”兩個科學問題，分別進行了一系列研究🤸🏿。一方面通過臨床技術和平臺的創新直接造福患者(Ghinda et al., 2016; Wu et al., 2015a; Wu et al., 2015b)，另一方面通過繪製語言圖譜的理論研究指導臨床(Lu et al., 2021; Zhao et al., 2021; Zhou et al., 2021)🚊；與此同時，借助臨床優勢探索人類語言的神經編碼機製(Li et al., 2021; Zhu et al., 2022)；實現了從“臨床”到“科研”👂，再從“科研”到“臨床”的轉化。代表性成果發表於NatureCommunications🫃🏿、NatureHumanBehaviour、Brain🧜🏿♀️、Cortex、Journal of Neurosurgery等神經科學以及神經外科權威雜誌，主持國家“腦科學與類腦研究”青年科學家項目😢🗽、國家科技支撐計劃等國家及省部級項目十余項。
