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中风还能删掉大脑中的颜色词库?

时间: 2019年09月19日 | 作者: 戚译引 | 来源: 科研圈
一位脑卒中患者康复之后,唯独忘记了颜色的名字。这个案例确实提供了一个研究机会,最终将通往认知科学界的一场大辩论:语言究竟如何影响思维。


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图片来源:Pixabay


脑卒中俗称中风,常常对大脑特定区域造成损伤,可能会导致失语、偏瘫等严重的后遗症。如果受损的区域较小,患者还可能会出现一些特别的表现。例如国内媒体报道过一位湖南老太太,中风后竟然说起了英文——她年轻时是位英语老师,疾病部分破坏了她的语言中枢,让她说母语出现障碍,但是和外语有关的大脑部位没有受损。类似案例在世界各地都有报道。


最近,Cell Reports 报告了另一个奇特的病例:一位脑卒中患者康复之后,唯独忘记了颜色的名字。这个案例看起来简直像博尔赫斯小说的开头,但它确实提供了一个不可多得的研究机会,最终将通往认知科学界的一场大辩论——语言究竟如何影响思维。


撰文 戚译引


RDS 是一位五十多岁的法国男人,患脑卒中康复之后,他出现了一个特别的后遗症:他再也无法说出颜色的名字。


每当医生让他辨认眼前的颜色,他总是表现得很迟疑。有时他会说:“这是天空的颜色,那么一定是蓝色了。”通过将颜色和某些“参照物”联系起来,他勉强能辨认出一些亮度和饱和度很高的颜色。但是在完成不依赖语言的颜色分类任务时,他的表现只略低于同龄人平均水平,说明他的色觉基本完好,并且更重要的是,他仍然遵循语言中的颜色分类逻辑。


一个无法命名颜色的人如何区分眼前的色彩?我们能看到千变万化的色彩,同时又能用六七个常用颜色词汇将它们全部纳入其中,那么颜色的划分会不会只是语言的发明?许多科学家希望从色觉研究中寻找语言与思维的关系,这个奇特的病例于 9 月 3 日在 Cell Reports 发表(DOI: 10.1016/j.celrep.2019.08.003),为这场辩论提供了一些新的证据。



“俄罗斯蓝”实验


人眼能够看到的颜色是一个连续谱,是语言将色谱分段并贴上标签,而且不同文化中的颜色词汇大同小异。因此,有观点认为颜色是来自语言的发明,大脑根据语言中的分类,将颜色对号入座。


一项著名的跨文化研究通过观察俄语母语者对蓝色的感知,为这个假设提供了证据。俄语中没有单一的“蓝色”一词,而是区分了浅蓝(голубой)和深蓝(синий),而实验发现,和英语母语者相比,俄语母语者更擅长区分不同色调的蓝。


这项研究由麻省理工学院和斯坦福大学合作进行,他们招募了一共 50 名志愿者,每次对志愿者展示三个蓝色方块,并询问下方哪个色块与上方的更接近。实验发现,当两个选项分属“深蓝”或“浅蓝”两个色调的时候,俄语母语者反应要比它们属于同一色调的时候更快,而英语母语者身上没有出现这样的表现差异。


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“俄罗斯蓝”实验示意图。图片来自论文,doi: 10.1073/pnas.0701644104


并且,当研究人员加入言语干扰任务,让参与者在识别颜色的同时记忆一个 8 位数字,俄语母语者在不同任务中的表现差异就消失了。研究作者写道:“我们的结果表明,哪怕异常简单的客观知觉决策也受到了语言表征的正常干预。”也就是说,我们很可能是按照大脑中的颜色词汇储备,将眼前的颜色对号入座的。


这项研究于 2007 年发表,如今已经被引用七百多次。它常常被用来论证著名的萨丕尔-伍尔夫假说(Sapir–Whorf hypothesis)——语言影响甚至决定着思维,包括那些不需要语言的思维过程。 



命名彩虹


但是萨丕尔-沃尔夫假说仍然面临很大争议。哈佛大学认知科学家斯蒂芬·平克(Steven Pinker)就曾批评这类实验证据不足,还有学者拿出了其他反面证据。


语言学研究显示,尽管来自不同文化的各种语言中颜色词汇不一定能够完全对应,但是整体而言,颜色词汇产生的时间顺序具有高度一致的规律,一般按照黑、白、红、绿、黄、蓝的顺序依次出现。这种现象可能体现了某种人类共同的神经机制,但它至今没有得到被一致认可的解释。


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红色和绿色在各种语言中出现的时间都很早。图片来源:Pixabay


一项研究使用计算机模拟了颜色词汇的产生过程。研究作者将人的视觉特征输入模型,让一群虚拟人物通过交互,创造一套新的语言词汇。他们发现,模型产生颜色词汇的顺序基本接近现实中的语言。研究作者认为,由于人眼对某些波长的光格外敏感,我们可能倾向于先对最容易识别的颜色命名。至于其他“不那么典型”的颜色,人们需要花更长的时间才能对它的名字达成一致。例如棕色并非由单一波长的光构成的光谱色(spetrum color),而是黄色、橙色和红色的混合加上明暗变化,所以这个词汇在语言中出现的时间往往要晚于其他的颜色。


还有研究显示,在掌握语言之前,婴儿就能够对颜色进行分类。一个来自日本的研究团队对婴儿每次展示两组色块,一组色块是色调不同的两种绿色,另一组是色调相近的蓝色和绿色。实验发现,当图中的色块属于不同颜色类别的时候,婴儿表现出了更活跃的大脑活动。


这些证据都表明,语言中对颜色的分类有着神经科学的基础。也许早在文化形成之前,神经就决定了我们要如何看待这个世界——我们对明暗敏感,被红色的水果吸引;而在近代物理学出现之前,没有一种语言能够命名紫外线。



那个忘记了颜色的人


我们究竟是用语言标记了不同的颜色,还是用色觉创造了语言中的颜色词汇?这听起来仿佛是一个“鸡生蛋还是蛋生鸡”的问题。


此前有观点认为,成年人的颜色识别和命名取决于同一个神经过程,由语言系统对视觉系统发出指令,为眼前的颜色贴上预先准备好的标签——就像在“俄罗斯蓝”实验中,俄语母语者眼中的浅蓝和深蓝,在英语母语者看来都是蓝色一样。但是 RDS 案例反驳了这个猜想,表明颜色的识别和命名是不同的神经过程,也就是说对颜色的分类可以不依赖语言。


RDS 在 2014 年 2 月发生了缺血性脑卒中,也就是俗称的中风。这种疾病发作时大脑中的动脉突然阻塞或破裂,造成相邻脑组织缺血,有时会造成永久性的脑损伤。RDS 康复之后出现了一定程度的右侧同向偏盲(即无法看到双眼视野右侧的物体),并伴随着文字和数字阅读障碍。这些迹象表明他的视觉和语言能力都受到了损伤,而研究人员感兴趣的是他的颜色识别能力。


RDS 此前没有任何颜色识别障碍,发病之后色觉也没有发生明显变化。但是,他无法直接说出眼前色彩的名字,总要借助联想;而且在医生们要求他指认某种颜色时,他的表现也很差。无法命名和指认物品的症状在许多语言中枢受损的人身上都能看到,但是像 RDS 这样高度特异性的症状非常少见——对于 RDS 而言,仿佛他的大脑里只是有一张“色卡”坏掉了。


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专业设计师使用的色卡,充分说明了日常语言中的颜色词汇是多么匮乏。图片来源:Pixabay


在指认颜色的任务中,研究人员还发现了另一个令人困惑的现象。他们对 RDS 说出颜色的名字,请他在色板上指出来;RDS 的表现仍然落后于同龄人,但是正确率又比瞎猜要高一些。经过进一步分析,研究人员发现当选项中有黑白灰的时候,RDS 的准确率比选项中只有彩色的时候要高许多。也就是说,RDS 仍然能够识别和命名黑、白、灰,这表明我们对明暗的识别很可能采用了另一套不同于色觉的神经通路。



寻找大脑中的“色板”


我们究竟如何识别不同的颜色?又如何对它们贴上标签?学界已经知道,大脑中负责处理视觉信息的区域叫视皮层,位于枕叶,即俗称的后脑勺;而负责语言的区域主要位于大脑左半球的颞叶,大约在左耳上方的位置,包括著名的布罗卡区(Broca’s area)和韦尼克区(Wernicke’s area),以及其他一些神经回路。


为了了解具体的机制,研究人员对 RDS 进行了 MRI 检查,发现他的左侧初级视皮层和胼胝体压部(callosal splenium,左右脑相连的结构的后侧区域)受损较严重。来自左右两侧视野的信息都被送到对侧的大脑,因此左侧初级视皮层的损伤对应了他的右侧偏盲症状;胼胝体的损伤通常会导致左右脑之间沟通受损,但是当 RDS 识别物品或面孔的时候,两侧大脑都有活动,说明他左右脑之间仍然能正常交流视觉信息。


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RDS 大脑的受损区域(箭头方向)。图片来自论文,DOI:10.1016/j.celrep.2019.08.003


有趣的是,当识别颜色的时候,RDS 的大脑右半球和左右脑连接区域都产生了活动,唯独左脑没有响应。研究人员推测,当 RDS 识别颜色的时候,来自右侧视皮层的信息仍然能够抵达左脑,却无法被语言中枢读取。此前也有一些病例报告称,胼胝体没有受损的人也可能出现颜色命名障碍。


通过与同年龄段健康志愿者以及相似病例对比,研究人员确认 RDS 并非天生具备特殊的大脑结构,他的症状完全是疾病导致的。研究人员在论文中总结:“我们的证据显示,大脑左侧的色觉相关区域很可能起到了颜色命名中枢(color naming hub)的作用,将颜色的视觉感知与它的语言标签对应起来。”


语言是人类最复杂、最不可思议的能力之一,而语言中枢又和视觉中枢有着非常密切的联系,它们的协作让我们能够读懂屏幕上的文字,在遇到熟人的时候能叫出对方的姓名。也许通过更深入的研究,或许还要借助更先进的大脑成像技术,我们还将了解颜色的名字背后更多的奥秘。