双语者语言控制与认知控制神经机制的功能磁共振成像数据集研究

为解决双语者语言控制与认知控制神经机制关联的探索需求，研究人员通过fMRI技术采集77名中英双语者在语言切换任务和规则切换任务中的脑成像数据，构建了包含结构像、功能像及行为数据的标准化数据集。该研究为因果分析、表征相似性分析和预测模型构建提供了高质量资源，推动双语认知神经机制的深入研究。

　　

在全球化背景下，双语者如何在大脑中协调两种语言系统一直是认知神经科学的热点问题。更令人着迷的是，这种语言控制能力是否与人类通用的认知控制机制共享神经基础？尽管过去十年已有研究尝试揭示两者的神经重叠与分离，但随着分析方法的发展，这一领域仍存在巨大探索空间。北京师范大学认知神经科学与学习国家重点实验室的Guo Taomei团队在《Scientific Data》发表的研究，为解决这一问题提供了关键数据集。

研究团队采用3T磁共振扫描仪，对77名健康中英双语者进行多模态数据采集。参与者先后完成语言控制（图片命名）和认知控制（箭头规则响应）任务，任务设计通过颜色线索平衡切换条件。数据采集包括高分辨率T1结构像、任务态T2*功能像（TR=2000ms，体素大小3.125×3.125×4mm）以及行为学指标。原始数据经dcm2niix转换为NIfTI格式，采用BIDS 1.8.0标准组织，预处理通过fMRIPrep 24.0.0完成，包括头动校正、空间标准化（MNI152NLin2009cAsym模板）和CompCor去噪。质量控制采用MRIQC评估帧位移（FD）和时域信噪比（tSNR），单试次BOLD响应通过LSS方法估计。

数据记录
数据集包含77名参与者的原始和衍生数据，存储在OpenNeuro平台（ds005455）。结构像经去标识化处理，功能像保留原始状态。衍生数据包括MRIQC质量指标、全脑tSNR图和单试次激活估计，所有数据均符合BIDS标准，便于跨研究整合。

技术验证
行为数据显示显著切换成本（语言任务：904vs864ms；认知任务：606vs571ms，p<0.001）。神经影像质量优异：结构像灰白质对比噪声比（CNR=3.89）和功能像tSNR（语言任务71.66，认知任务79.64）均达高标准。虽然语言任务因发音需求导致更高头动（FD=0.15vs0.09），但tSNR仍保持稳定（r=-0.74）。单试次分析显示任务激活模式符合预期：语言任务激活左侧额下回（语言产生区），而认知任务更强激活前扣带回（认知控制网络）。

结论与意义
该研究创建了首个同步考察双语者语言控制与认知控制的标准化fMRI数据集，其创新性体现在三个方面：首先，通过严格匹配的任务设计（相同的线索-规则映射、试次结构和扫描参数），首次实现两类控制机制的神经活动直接比较；其次，提供单试次BOLD响应估计，支持新兴的多体素模式分析（MVPA）和动态因果建模（DCM）方法应用；最后，整合Raven量表和CET-4等认知-语言能力指标，为个体差异研究奠定基础。数据集已促成三项前期研究：Chen等（2019）发现抑制控制能力的神经可塑性差异，Wu等（2019）揭示任务间有效连接网络重组，Yuan等（2021）则通过交叉任务适应范式证明神经交互效应。

这项资源将推动双语认知控制理论的验证与发展，特别是适应性控制假说（Adaptive Control Hypothesis）的神经证据挖掘。未来研究可结合机器学习构建连接组预测模型，或通过表征相似性分析（RSA）量化两种控制的神经表征距离。数据集的开源特性也使其成为方法学研究的理想测试平台，例如比较不同去噪策略对功能连接分析的影响。正如作者所言，这种"数据先行"的共享模式，正引领着神经科学研究范式的革新。