《Brain and Language》：Neural tracking of surprisal in Spanish-English bilingual children during naturalistic heritage language listening
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**摘要**
传承语双语者是指既使用其所在社会的主流语言，又使用与其家庭和/或社区相关联的语言（即传承语）的个体。传承语习得面临的一大挑战是，尽管这些学习者在生命早期（即大脑语言发育的最敏感期）便接触两种语言，但他们往往缺乏在更广泛语境中练习传承语或发展其读写
**摘要**
传承语双语者是指既使用其所在社会的主流语言，又使用与其家庭和/或社区相关联的语言（即传承语）的个体。传承语习得面临的一大挑战是，尽管这些学习者在生命早期（即大脑语言发育的最敏感期）便接触两种语言，但他们往往缺乏在更广泛语境中练习传承语或发展其读写能力的机会。本研究采用自然主义聆听理解方法，探究传承语发展的神经生物学基础。研究人员使用功能性近红外光谱技术(fNIRS)，评估了88名7至12岁西班牙语-英语双语儿童（其中82名在实验室安静房间内通过扬声器聆听故事，6名在当地社区中心通过耳机聆听）在聆听西班牙语故事时的神经反应。研究以surprisal（即基于前文语境计算每个词的条件概率所得到的惊讶程度，反映词汇在语境中的不可预测性）作为核心语言处理指标，该值通过GPT2-Spanish大型预训练人工神经网络计算得出。研究发现，这些双语儿童在聆听其传承语故事时，左侧颞上回(STG)区域对surprisal表现出显著的神经追踪效应，表明他们能够对传承语中不符合语境的词汇产生神经层面的敏感性反应。探索性分析显示，语言熟练度与surprisal神经追踪效应之间的关系未达到可靠显著水平，但传承语输入时长的相关性分析表明，每周西班牙语输入时数与西班牙语听力理解(r = 0.25, p = 0.01)和阅读理解(r = 0.28, p < 0.01)呈弱正相关，而英语输入时数与西班牙语听力理解呈弱负相关(r = ?0.31, p = 0.01)。本研究首次将基于surprisal的自然主义聆听范式应用于双语儿童传承语加工研究，为理解双语儿童在主流语言环境中传承语发展的神经机制提供了新途径。
**论文解读：西班牙语-英语双语儿童传承语自然主义聆听中的surprisal神经追踪**
**一、研究背景与问题**
传承语双语者指的是既掌握社会主流语言，又使用与家庭或社区相关联语言（即传承语）的个体。传承语习得面临的核心挑战在于，尽管这些学习者在语言发展的敏感期便接触两种语言，但他们通常缺乏在更广泛社会语境中练习传承语的机会，也难以发展传承语的读写能力。以美国为例，西班牙语是最常见的传承语之一，但许多西班牙语-英语双语儿童成长于以英语为主导的学术和社会环境中，其语言经验与单语者存在显著差异。
现有语言发展神经生物学研究大多基于单语者，且采用生态效度有限的实验范式（如句子判断任务）。这些任务通常要求被试进行元语言判断，并以脱离语境的方式呈现语言刺激，与儿童日常语言使用方式存在较大差异。更重要的是，以往双语儿童大脑研究多聚焦于其学术教学语言（如英语），而对传承语的神经加工机制知之甚少。传承语作为儿童通常最早习得的语言，其熟练度和使用频率的个体差异远大于单语第一语言发展，这为研究大脑如何在输入不均衡的条件下促进语言习得提供了独特视角。
**二、研究目的**
本研究旨在采用基于surprisal（即词汇在给定前文语境下出现的条件概率的负对数，衡量词汇在特定语境中的不可预测程度）的计算神经影像学方法，首次考察双语儿童在自然主义聆听其传承语时的神经加工过程。主要研究目标有二：第一，考察在英语为主导的社会和学术环境中，西班牙语-英语双语儿童聆听传承语故事时是否表现出对surprisal的神经追踪；第二，评估传承语中的surprisal神经追踪是否随儿童两种语言的熟练度变化，从而考察语言内和跨语言影响。该研究发表在《Brain and Language》。
**三、研究方法**
研究招募了88名7至12岁（平均年龄9.2岁，标准差1.3岁）的西班牙语-英语双语儿童，其中女性49名，男性39名。所有参与者均自出生起在家庭中接触西班牙语作为传承语，且在密歇根州（美国中西部英语主导地区）招募。参与者完成了西班牙语和英语两套行为评估，包括双语英语西班牙语评估中段扩展版(BESA-ME)评估形态句法能力、叙事语言测试(TNL)评估叙事理解和表达能力、英语单词阅读效率测试(TOWRE-2)和西班牙语阅读动力指标(IDEL)评估单词/非词阅读，以及两种语言的句子朗读流利度评估。监护人填写了双语输入输出调查问卷(BIOS-Home)以估算每种语言的输入和输出时长。
神经影像数据使用NIRSport2功能性近红外光谱(fNIRS)系统采集，包含12个光源和15个探测器，共32个通道（左半球17个，右半球15个）。参与者聆听一段改编自波多黎各传统民间故事的西班牙语故事（时长10分8秒，可分析部分为9分28秒），故事由西班牙语母语者叙述。研究使用GPT2-Spanish大型预训练人工神经网络计算每个词的surprisal值，并采用一般线性模型(GLM)分析氧合血红蛋白(HbO)信号。三个词级回归因子包括词率、对数词频和surprisal。
**四、研究结果**
**4.1 Surprisal预测左侧颞上回脑反应**
群体水平一般线性模型结果显示，词率、对数词频和surprisal三个回归因子均与左侧大脑半球颞上回(STG)区域的神经激活显著相关。词率对应STG激活增强，对数词频对应STG激活减弱，而surprisal较高的词同样在STG区域引发更强的神经反应。这一结果与成人fMRI研究一致，证明这些西班牙语-英语双语儿童在其传承语中成功实现了对词汇预期的神经追踪。
**4.2 ROI分析：大脑-熟练度关系**
探索性感兴趣区(ROI)分析以主分析中左侧STG区域（通道7）的surprisal效应为因变量，采用贝叶斯回归模型分别考察该效应与英语阅读、西班牙语阅读、英语听力理解和西班牙语听力理解的关系。结果显示，英语听力理解能力较强的儿童在西班牙语自然主义聆听中对该通道的surprisal效应呈现增强趋势，但所有系数的95%可信区间均包含零，无法得出可靠结论。
**4.3 探索性全脑-熟练度关系**
全脑分析考察了英语和西班牙语理解能力（听力和阅读）及年龄对surprisal神经追踪的调节作用。结果显示，任一种语言的阅读理解能力较强的儿童在右半球区域的surprisal神经追踪较少，可能反映了随读写能力发展而增强的左侧STG专化。西班牙语听力理解能力较强的儿童在左侧额下回(IFG)区域的surprisal追踪减少，年龄较大的儿童在左侧IFG区域对surprisal的神经反应更强。然而，所有结果均未通过多重比较校正，无法做出强结论。
**4.4 输入-熟练度关系**
探索性相关分析显示，每周英语输入时数与英语阅读(r = 0.15, p = 0.19)或听力理解(r = 0.20, p = 0.08)无显著相关，但与西班牙语听力理解呈弱到中度负相关(r = ?0.31, p = 0.01)。相反，每周西班牙语输入时数与英语阅读(r = ?0.05, p = 0.89)或听力理解(r = ?0.14, p = 0.80)无相关，但与西班牙语听力理解(r = 0.25, p = 0.01)和阅读理解(r = 0.28, p < 0.01)呈弱正相关。
**五、讨论与结论**
研究人员指出，本研究发现双语儿童在其传承语中表现出对词级surprisal的显著神经追踪，表明这些儿童已对西班牙语的词汇概率形成敏感性，能够建立丰富的词汇表征并对不符合语境的词汇产生神经反应。值得注意的是，参与者报告的西班牙语输入量较大（平均每周46小时），这可能反映了参与研究的家庭对儿童双语发展的重视程度较高，样本可能无法完全代表美国中西部典型的西班牙语传承语双语儿童。
STG在surprisal追踪中的核心作用与双语神经可塑性研究一致。与Yu等人(2025)对单语儿童的研究相比，本研究的surprisal效应更局限于STG区域，而未扩展至MTG、IFG等更广泛的区域，这一差异可能源于双语与单语加工的不同，或传承语与学术语言加工的差异。
研究结论指出，在英语主导环境下成长的双语儿童能够在聆听其传承语时表现出对词级surprisal的神经敏感性。尽管英语或西班牙语熟练度均未能可靠预测surprisal的神经效应，但探索性相关分析表明维持传承语输入对传承语发展具有重要作用。本研究首次展示了基于surprisal的自然主义聆听fNIRS方法在双语儿童传承语研究中的可行性，为理解双语语言发展的神经基础提供了新途径，也为未来研究提供了数据质量评估、结果解释和熟练度效应考察的参考基准。
