《Brain Sciences》：Age of Language Acquisition Affects Topology of Brain White Matter Network: A Diffusion Tensor Magnetic Resonance Imaging Study
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背景/目的：在双语者中，基于经验的个体间差异（包括语言习得年龄）影响大脑的功能和结构组织。尽管许多研究探讨了习得年龄对非声调语言的影响，但只有少数研究调查了声调语言习得年龄与脑网络之间的关系。因此，本研究旨在探讨语言习得年龄如何影响精通日语-汉语/汉语-日语双
背景/目的：在双语者中，基于经验的个体间差异（包括语言习得年龄）影响大脑的功能和结构组织。尽管许多研究探讨了习得年龄对非声调语言的影响，但只有少数研究调查了声调语言习得年龄与脑网络之间的关系。因此，本研究旨在探讨语言习得年龄如何影响精通日语-汉语/汉语-日语双语者的结构脑网络的拓扑组织。方法：共招募了33名精通日语-汉语/汉语-日语的双语者，并根据汉语习得年龄（AoCA）分为早期组和晚期组。其中16名参与者构成早期组，其汉语习得年龄（AoCA）为出生时；而晚期组由17名参与者组成，其汉语习得年龄（AoCA）在6岁之后。除了汉语习得年龄（AoCA）外，早期组的第二语言习得年龄（AoA-L2）也显著小于晚期组。所有参与者均接受了弥散磁共振成像（diffusion MRI）扫描。重建了结构脑网络，并计算了图论指标，以比较早期组和晚期组之间的拓扑属性。结果：晚期组显示出更高的局部效率（local efficiency）和全局聚类系数（global clustering coefficient）。在节点参数方面，与晚期组相比，早期组在右侧楔前叶（right precuneus）显示出更高的节点聚类系数（nodal clustering coefficient, NCp），并在右侧颞横回（Heschl's gyrus, HG）显示出更高的介数中心性（betweenness centrality, BC）。结论：右侧楔前叶的改变可能与较早的第二语言习得年龄（AoA-L2）相关，这与其在管理多种语言所需的认知控制过程中的作用一致。右侧颞横回（HG）的变化可能与较早的汉语习得相关，特别是词汇声调学习，因为右侧颞横回（HG）在音高处理中的作用。本研究展示了语言环境，特别是语言习得年龄，如何影响结构连接的拓扑属性，揭示了其对负责语言处理和执行控制的脑网络的深远影响。
神经语言学领域的研究表明，语言习得年龄（Age of Acquisition, AoA）是影响大脑结构和功能重组的关键因素。然而，现有研究多聚焦于非声调语言（如英语-法语）或语言相似性较高的对子（如粤语-普通话），对声调语言（如汉语）与音节语言（如日语）之间的差异关注不足。汉语依赖声调区分词汇意义，而日语主要依赖音高重音，两者在韵律加工上存在显著差异。此外，早期双语者如何通过调整白质网络拓扑来适应这种跨语言差异，尚不明确。因此，研究人员招募了33名精通日语-汉语/汉语-日语的双语者（来自日本东京多所大学），按汉语习得年龄（Age of Chinese Acquisition, AoCA）分为早期组（出生时习得，N=16）和晚期组（6岁后习得，N=17），旨在探究AoA对结构脑网络拓扑属性的影响。研究发现，早期组在右侧楔前叶（right precuneus）表现出更高的节点聚类系数（nodal clustering coefficient, NCp），在右侧颞横回（Heschl's gyrus, HG）表现出更高的介数中心性（betweenness centrality, BC），而晚期组则表现出更高的全局聚类系数和局部效率。这些结果提示，早期语言习得（尤其是第二语言和声调语言）可能促进认知控制与音高加工相关脑区的局部网络优化。该论文发表于《Brain Sciences》。
研究人员为开展本研究主要采用了以下关键技术方法。首先，依据汉语习得年龄（AoCA）将参与者分为早期组（N=16，出生时习得）和晚期组（N=17，6岁后习得），所有参与者均来自日本东京的多所大学，并收集了语言经历、第二语言习得年龄（AoA-L2）和语言熵（Language Entropy, LE）等信息。其次，使用3T MRI扫描仪（Siemens Verio-Dot）获取弥散张量成像（DTI）数据（30个扩散方向，b=1000 s/mm2）。然后，通过PANDA管道进行预处理，包括格式转换、涡流校正、张量估计，并采用基于FACT算法的确定性纤维追踪重建全脑纤维束。基于AAL模板（90个脑区）定义节点，以平均各向异性分数（FA）作为边权重，构建结构网络。最后，使用GRETNA工具箱计算图论指标（全局参数：聚类系数Cp、最短路径长度Lp、全局效率Eglob、局部效率Eloc、小世界性σ；节点参数：节点效率、节点聚类系数NCp、介数中心性BC），并通过非参数置换检验（10000次）比较组间差异，以年龄和性别为协变量，经FDR校正（p<0.05）确定显著性。
研究结果如下：
3.1 人口统计学信息
通过问卷调查与访谈收集参与者语言经历，并依据汉语习得年龄（AoCA）分组。独立样本t检验和卡方检验显示，两组在性别上无显著差异，但早期组年龄小于晚期组（p=0.018）。早期组的汉语习得年龄（AoCA）和第二语言习得年龄（AoA-L2）均显著小于晚期组（p<0.001），而语言熵（LE）无显著组间差异（p>0.05）。
3.2 全局参数与节点参数
基于弥散张量成像（DTI）数据重建的结构脑网络，经图论分析发现：晚期组比早期组具有更高的局部效率（Eloc）和全局聚类系数（Cp）（p<0.05，FDR校正，效应量分别为0.63和0.68）。其他全局参数（Lp、Eglob、σ）无显著差异。在节点参数方面，早期组在右侧楔前叶（right precuneus）显示出更高的节点聚类系数（NCp）（早期组0.127，晚期组0.105，p<0.001，Cohen's d=1.32），并在右侧颞横回（Heschl's gyrus, HG）显示出更高的介数中心性（BC）（早期组0.033，晚期组0.031，p<0.001，Cohen's d=0.52）。其他节点参数无显著差异。
讨论部分总结：
研究人员对结果进行了深入解释。对于全局参数，晚期组更高的聚类系数和局部效率可能受多种因素影响，其具体来源尚不明确。对于节点参数，右侧楔前叶的节点聚类系数升高被认为与较早的第二语言习得年龄（AoA-L2）相关。楔前叶是默认模式网络（DMN）的核心节点，参与认知控制，早期双语者可能因长期面临语言冲突与监控需求，促使该区域与邻近节点形成更紧密的连接，以支持语言切换和注意力调节。右侧颞横回的介数中心性升高则与较早的汉语习得（AoCA）相关。颞横回（HG）作为初级听觉皮层的一部分，在音高感知中起关键作用，早期接触汉语声调可能通过增强该区域在网络中的信息枢纽地位，以优化音高加工效率。研究还指出，这些发现与以往关于早期双语者脑网络可塑性的研究（如Zhao等）一致，进一步支持了语言习得年龄对大脑结构网络拓扑的塑造作用。
研究结论翻译：
总之，本研究探讨了语言习得年龄（AoA）如何与日语-汉语/汉语-日语双语者的白质网络拓扑相关。早期组有更早的第二语言习得年龄（AoA-L2）和汉语习得年龄（AoCA），并在右侧楔前叶（right precuneus）显示出更高的节点聚类系数（NCp），在右侧颞横回（Heschl's gyrus, HG）显示出更高的介数中心性（BC）。鉴于楔前叶在认知控制中的作用，其更高的节点聚类系数（NCp）可能与较早的第二语言习得年龄（AoA-L2）相关，因为从较早年龄开始习得和管理多种语言需要持续参与认知控制过程。同样，较早的汉语习得可能与右侧颞横回（HG）的结构网络适应相关。这可能反映了汉语学习的早期需求，特别是汉语词汇声调学习，因为右侧颞横回（HG）在音高处理中的关键作用。总之，这些发现表明语言习得年龄（AoA）与白质网络组织的区域特异性特征相关，特别是在涉及语言处理和认知控制的区域。
