Science（语言和大脑特刊：大脑如何组合语法和语义）

你有没有想过，当脱口而出一句话的时候，大脑是如何把语义和语法组合在一起的呢？是大脑先计划好了语义呢，还是先搜寻出了语法结构呢？又或者，语义和语法在大脑中是同时进行的？

当我们说母语或者熟练的第二语言时，大脑会自动地把各个单词组合成句子来理解。即使没有语言输入，我们的大脑也会不断地产生新的想法。尽管组合语义是我们的本能行为，但是实际上大脑在产生语言时做一些相当复杂的加工过程。

Liina Pylkkanen是心理语言学家，尤其是专注于语言和大脑领域，在New York University的 The Neurolinguistics Lab担任教授。她在Science的Language and The Brain 特刊发表了关于语义和语法研究的综述：The neural basis of combinatory syntax and semantics。

她认为，人类语言的本质是其无限的组合潜力：语法和语义的生成系统从有限的基本构造中构成无限的表达。她的研究目的是表征语法和语义组合和处理特性。

语法和语义的基本计算单位是什么？它们在结构上如何结合？在完成了针对特定语法子域（动词短语）的句法语义界面的大量理论工作之后，她将研究重点转向了表征负责语言语义组合的大脑机制。大脑从较简单的片段中构建复杂含义的操作与构建复杂语法结构的计算紧密相关，因此，该实验室的一个重要研究目标是理解语法结构建立的神经基础。

▎理解：左前颞叶快速合成语义

生物学家喜欢从生物学角度来理解具有较少细胞的小动物。为了分析那些处理完整句子的外侧裂周围的大脑神经网络的功能，神经生物学家先从能够加工简单语言的动物开始。先抓取描述了两个字的最小短语的组合特征。

当人们理解语言时，几十个加工阶段在几百毫秒以内就可以打包快速完成。MEG无创技术满足了提供毫秒分辨率的要求，能够快速处理语言特征，以及测量产生信号的神经流的准确空间定位。

一个人在听到或阅读一个最小的复合单位时，大脑会有什么活动呢？使用英语的形-名短语，在名词出现200-250ms内，左前颞叶（LATL）被激活；但是名-名结构，则没有出现类似激活。如果是使用名-形结构短语，大约在200ms处，大脑在处理形容词时会出现相似的激活，腹内侧前额叶皮层（vmPFC）另一种活动增加，这说明了什么呢？

语法和语义彼此影响，很难分开彼此，因为在自然语言中，改变语法一般语义也会随之改变。

血液动力学和神经心理学研究发现，LATL在200-250ms内组合了单词的意义，甚至在100ms内可以完成意义的组合。结果符合一个模型，LATL快速地完成非语法特征的组合，vmPFC有助于后期的组合，也许是社会认知和情境记忆连接系统参与了处理过程。MEG测试的结果反应，LATL区域跨单词组合的激活比单词内检索的激活更活跃，可能是因为理解单词组合增加了新的意义，单词内检索激活了大脑现有的连接。

▎产出：言语和手语

手语和口语具有相同的大脑网络系统。但是，要了解两者具体的相似性是比较困难的，因为手语（手的运动）和口语（语音输入）使用的物理信号性质明显不同。手语和口语可能在语言准备产出时非常相似，但是进行到运动系统——在产出阶段出现不同。手语和口语使用者都激活了LATL和vmPFC，构成的神经反射既体现了语言的理解过程，又体现了语言的产出过程。

▎语法：藏在哪儿呢？

语言学领域一直有一个假设，就是大脑在处理语言过程中建立语法。尽管这一观点得到普遍认同，但是仍然还没有得到证实，所以对此提出了很多假设。

这些观点可以做以下总结：

（1）在日然语句处理过程中，双字短语和句子的语义处理信号是由语义主导的，而不是语法。但这并不意味着大脑没有处理语法。

（2）建立大脑处理语法模型监测语法结构，不保证得到的测量结果表示大脑只是单纯地处理语法。所以，区分结构和意义是研究自然语言构成的根本挑战。

（3）大脑在理解过程中进行语法分析。

▎组合网络

即使没有语法，LATL仍然可以组合概念。MEG测试结果表明，大约在200ms处，颞叶的不同部分可以同时构建语法结构和语义。除LATL、vmPFC和LPTL外，至少两个其他区域被认为是组合网络的一部分：角回（AG）和左下额回（LIFG）（图3）。AG在视觉单词开始出现后约170 ms处，出现峰值。现在，研究人员可以对LATL中的语义理解和处理来建立模型，跟踪LATL活动的轨迹。

▎没有语义，如何判断语法？

如果找不到大脑纯粹加工语法的大脑组织怎么办呢？即使没有连贯地语义，大脑仍然可以熟练地判断语法。就像是乔姆斯基说的，也许我们大脑中先天存在语法结构，作为知识储备在大脑，这些语法结构具有生成性。语法具有预测效应，可以干预语言的产出。这种语法的预测效应已经被广泛记录在行为和神经的测量试验中。不过，现在断言语法组成不属于大脑即时组合机制还为时尚早。

▎展望

通过描述最小的短语如何影响大脑，为我们理解更复杂的句子奠定了基础。我们也想了解最小的神经生物组成如何与大脑简单的处理相关联。例如，大脑如何将两个语义不相关的元素相关联。语言的计算建模还将语言学理论带入了句子处理的认知神经科学的中心阶段，因为计算建模受益于语言学理论提供的广泛的句子结构模型。尽管我们仍然不了解大脑如何创造自然语言的语义和语法，但是跨学科的协同研究使我们前进的道路越来越清晰。

参考资料：

Pylkknen, Liina. "The neural basis of combinatory syntax and semantics." Science 366.6461 (2019): 62-66.

本文为brainnews原创文章

编译作者：Tianjiao/Simon