01 研究背景

①世界上一半以上的人口是雙語者。如何控制語言不使用的干擾是雙語者日常所面臨的一個課題。

盡管大多數研究已經探討了獨立的跨語言產生或理解過程中的語言控制機制，但其中一個重要的方面是：在跨語言交際過程中，語言控制在互動模式中的作用。在雙語生產建模中，抑制控制（IC）模型提出，語言控制在從一種語言切換到另一種語言時起到抑制/抑制跨語言干擾的作用。

不平衡的雙語者更精通他們的第一語言（L1），而不是第二語言（L2）。L1總是更容易激活，但更難抑制，導致當切換到第二語言時更多的跨語言抑制。為了成功地產生L2，更占優勢的L1需要被抑制(即抑制控制)。然而，在L2生產過程中，克服L1上的殘留抑制控制的成本要高于其他方向。因此，切換到L1通常比切換到L2的成本更昂貴。然而，IC模型只考慮了獨立雙語生產的跨語言干擾，而沒有考慮最近文獻中顯示的跨水平因素的干擾。為了解決跨語言交流過程中對話者的干擾，交互式對齊模型提供了對跨語言交流過程的洞察。該模型認為，在說話人的語言生成過程中，不同層次的語言表征(如語音、詞匯和語義)被激活，這種激活將啟動聽話者的語言系統。在聽話者的理解過程中，語言激活會無意識地與說話者的激活相一致，并導致聽話者在隨后的對話中產生類似結構的語言輸出。因此，講話者使用的語言(例如L1)可能會在聽話者中啟動同一語言，但會干擾目標語言(例如L2)的產生。這種干擾來源于跨人項目層面，即聽者試圖與說話者保持一致。重要的是，這種效應得到了超掃描腦電研究的支持。

②語言加工中的跨頻耦合（CFC）

在語言轉換過程中，產生和理解之間的耦合可能是相當復雜的，我們嘗試使用跨頻率耦合(cross-frequency Coupling, CFC)來進一步揭示信息從大規模大腦網絡向快速的、在一起完成一項任務時，講話者和聽話者之間的局部皮層加工需要有效的協調。

③到目前為止，很少有研究研究語言轉換過程中的δ、θ、α和β振蕩，其中振蕩的認知意義可能表明更多的領域一般認知過程。基于文獻，delta振蕩對于大規模的皮層整合以及注意和句法過程。θ波振蕩似乎對各種認知功能都很重要。在抑制控制方面，研究發現θ波振蕩的增加與不相關任務的抑制有關。alpha振蕩通常與注意力有關、工作記憶和任務無關的皮層區域抑制，振蕩與運動的計劃和執行有關。總的來說，振蕩的重要性取決于認知任務，一個任務可能需要在不同頻帶同時工作。為了了解聯合語言轉換過程中的神經振蕩，CFC是一種研究語言處理的新方法，它能夠證明不同/相同的振蕩如何相互協調。

本研究旨在研究當抑制跨語言和跨人干擾時，聯合語言切換中語言控制的增加/減少是否伴隨著相同/不同頻率振蕩的相位振幅耦合的增加/減少。如果能觀察到當被試抑制來自語言和人兩種來源的干擾時，相同/不同頻率振蕩的耦合。這樣我們可以得出結論：在交互跨語言交際中，語言控制需要多次振蕩來協調。

02 研究方法

2.1、實驗被試

34名中-英文雙語被試（L1為中文）。

表1 .被試基本資料信息

2.2、實驗材料

從Snodgrass和Vanderwart 圖片庫中選擇48張素描圖片(15厘米915厘米)作為刺激變量。這些圖片由Zhang和Yang（2003）標準化以適應中國的被試。單詞的熟悉度在兩者中都有評分（1=“非常陌生”，5=“非常熟悉”）。L1和L2取自40名沒有參加實驗的中國人被試中，鼓勵被試以5分制報告他們是否熟悉所選圖畫的L1和L2名稱。

2.3、實驗流程

在完成語言背景調查后，讓被試在一個聲音減弱的房間里執行聯合語言轉換任務。他們并排坐在同一個電腦屏幕前，整個實驗過程中沒有明顯的非語言交流（如具體化的視覺語言）。并告知被試兩種類型的信息會在任務中提示他們的反應：形狀和顏色。線索的形狀（三角形或圓形）表面誰是說話人；顏色（紅色或藍色）表示目標語言（L1或L2）。

當發言人點名時，另一名被試需要保持安靜。為了確保兩組電極之間的同步，兩個相同的ANT放大器被光耦合到計算機上，并通過相同的軟件接口記錄。每個被試用兩個麥克風記錄兩個應激反應盒連接的反應時間。

有三個實驗階段：線索階段，詞匯階段，輸出階段。

在線索加工階段，提示被試作為說話者或聽者的角色，以及為即將出現的圖片命名的語言。例如，當線索出現藍色三角形則表示被試A需要在L2階段命名圖片。在詞匯階段，說話者通過圖片的呈現檢索出目標的引理。例如，“apple”的引理需要在這個階段被檢索出。在輸出階段，說話者用選定的語言明顯地命名圖片。例如，如果是藍色的圓圈提示，被試B需要用英語說出“apple”。另一個被試，即聽者，保持沉默，直到得到適當的線索指示說出名字。在命名之前，聽者的目標語言圖式可能被說話者的話語啟動或激活，從而引發跨-人項目水平干擾。實驗流程下圖1所示。

圖1 實驗流程圖

2.4、數據采集和處理

超掃描記錄和預處理分析：

采樣64通道（ANT Neuro）記錄腦電信號，根據10-20系統放置。采樣頻率為1kHz，在線采集時的參考電極為CPz，離線分析時轉換為雙側乳突的平均值，阻抗設置在5KΩ以下。

由于被試之間存在過多的偽跡，頭部周圍的20個電極被去除，然后對40個電極進行后續分析（F5, F3, F1, FZ, F2, F4, F6, FC5, FC3, FC1, FCZ, FC2,FC4, FC6, C5, C3, C1, CZ, C2, C4, C6, CP5, CP3, CP1,CPZ, CP2, CP4, CP6, P5, P3, P1, PZ, P2, P4, P6, PO5,PO3, POZ, PO4, PO6），采樣頻率被降低到500Hz。濾波范圍：0.1-100Hz，低通濾波為30Hz，ICA去除眼電偽跡。

連續的錄音被分割成線索鎖定：-100 ~ 600ms，刺激鎖定-150 ~ 650ms。相應的，每個epoch參考100ms前的基線和150ms刺激前基線。任何給定時間內超過±80μVd的信號會被剔除。數據分析在MATLAB軟件中進行。

跨-腦跨頻耦合分析：

以往的研究分析了刺激開始后全時間窗的CFC。因此，我們計算了位于提示后600 ms的全時間窗和刺激后650 ms的時間窗(即圖片)的CFC。此外，我們只分析了相位振幅耦合(PAC)，因為這種類型的CFC是最合適的認知-神經過程的測量方法。

為了估計振幅是如何被節律調制的，我們根據Canolty等人(2006)先前描述的標準測量方法計算調制指數(MI)。MI可以反映我們感興趣的不同頻率之間的耦合。我們計算了當說話者調制聽者的振幅時的相位，反之亦然。頻率范圍在1-30Hz之間。基于標準實踐，我們將頻率分為4個頻段：delta (1-3 Hz)、theta (4-7 Hz)、alpha (8-13 Hz)和beta (14-30 Hz)。

高頻和低頻的分類是相對的：與alpha和beta頻率相比，delta和theta頻率相對較低。我們分析了低頻相位和高頻振幅之間的腦間耦合(例如相位和振幅之間的耦合)，以及說話者和聽者之間的同一波段的耦合(例如，說話者的δ相位和聽者的δ振幅之間的耦合)或聽者和說話者之間的耦合(例如，聽者的δ相位和說話者的δ振幅之間的耦合)。

分別用f1 A(高頻幅值)和f2 P(低頻相位)表示每個頻率范圍的幅值和相位。MI計算的過程描述如下: 以聽者與說話者的振幅相耦合為例：首先在EEGLAB中eegfilter的功能(FIR濾波)進行濾波，經過帶通濾波器產生不同的頻率信號的時間序列：低頻信號是聽者的，高頻信號是說話者的。為了減少濾波器的干擾，將低頻和高頻周期數據點的三分之一去除。

其次，為了得到說話者的瞬時振幅和聽者的相位，我們使用了Hilbert變換。

第三，將一個頻率的幅值時間序列與另一個頻率的相位時間序列相結合，構造一個復合的復值信號，得到調制指標。

第四，為了測量概率密度函數的不對稱程度，計算了平均矩，為兩個時間序列之間的耦合提供了一個有用的度量。然后給出均值向量的絕對值。

第五，我們將MI歸一化。可以使用替代數據方法為MI原始附加顯著性值。

然后比較不同條件下的MI值。通過三因素重復測量方差分析：語言(L1/L2)×語言序列(重復/切換)×個人序列(跨人/人內)，在每個電極對的耦合頻帶，計算各條件下的歸一化MI值。最后，我們將來自說話人(40個電極)的電極對與來自聽者(40個電極)的電極對相乘。因此，在每個耦合頻帶共進行了1600次三因素重復測量方差分析。為了避免假陽性結果，采樣FDR校正(q=0.05)計算各條件、各耦合頻帶各對電子點的方差分析的p值。

03 實驗結果

行為結果：

圖1 不同條件下的平均命名延遲

上圖結果表明，重復命名潛伏期(1001±20 ms)比切換命名潛伏期(1017±22 ms)快，表現為語言序列的主效應，F(1,27)=8.53, p=.01,ηp2 = 0.24。

跨頻率耦合結果：

表2 線索鎖定交叉頻率耦合的主要效應和相互作用

表2的分析是基于兩種類型的耦合：生產階段的節奏調節理解的幅度和理解階段的節奏調節生產的幅度。

圖3  交叉頻率耦合電極對

（圖解：A為P4-F4(紅色線)、P4-F2(黃色線)、P2-F6(紫色線)、F4-P6(綠色線)的鎖定電極對。B為F6-P6(紅線)和P4-P2(藍線)的刺激鎖定電極對。紅頭發代表發言者；藍色的頭代表聽眾）

在圖3中給出的是CFC中cue-locked和stimulus-locked階段的聚焦電極對。

 圖4 在線索鎖定階段的跨頻率耦合

a-c顯示，在跨-人條件下比在人內條件下，β節律對L2試驗的α振幅的調節更強。D-f表明，在L2實驗中，同一相位的調制在跨人條件下比人內條件下更強。a、b、d和e中的紅線框表示聚焦頻帶。

刺激：

表3. 刺激-鎖定交叉頻率耦合的主要效應和相互作用

類似地，表3概述了刺激鎖定階段相同或不同頻帶上CFC的主要效應和相互作用。

圖5 刺激鎖相的交叉頻率耦合

a-c表明，在人內條件下，δ節律在θ相位中調節振幅，表明L2轉換試驗比L1轉換試驗中調節更強。d-f代表人內條件的α相位振幅，表明L2開關試驗比L1開關試驗調制更強。a、b、d和e中的紅線框表示聚焦頻帶。

04 實驗結論

（1）研究結果表明，在交互式雙語交流模式中存在著重要的語言控制機制。當前的雙語模型（如抑制控制模型）應通過聯合語言控制同步抑制來自語言和人的干擾（即跨語言和跨人項目級干擾）。

具體表為：

①說話者和聽話者通過跨頻耦合協同抑制跨語言干擾，表現為切換到L2時δ / θ相位幅值和δ / α相位幅值耦合比切換到L1時增加。②說話人和聽者都能同時抑制跨人項目水平的干擾，這表現在跨人條件下的跨頻耦合比人內條件下的強。

②本研究不僅為利用CFC模擬雙語對話研究語言控制提供了新途徑，同時也為動態跨語言交際研究奠定了實證和理論基礎。

05 文獻名稱及DOI號

Liu, H. ,  Li, B. ,  Wang, X. , &  He, Y. . (2021). Role of joint language control during cross-language communication: evidence from cross-frequency coupling. Cognitive Neurodynamics, 15(3).

DOI：10.1007/s11571-020-09594-6