1705244831
为什么画一张大脑的语言功能结构图要比登天还难呢？曾经有一派学者认为，大脑其实没有这样的分工，大脑就像一个烘肉卷，所有原料都搅拌在一起。除了感觉和运动之外，所有心智过程都表现为整个大脑的全方位、分散式的神经活动。但是，“烘肉卷理论”很难解释众多脑损伤患者所表现出的特定语言缺陷。随着“大脑的十年”[1]（decade of the brain）的到来，这种理论已经落后于神经科学的发展脚步。以前的教科书曾经把不能划分为单一功能区的大脑区域称为“联合皮质区”（association cortex），现如今，借助于日新月异的研究工具，神经生物学家已经开始对这片区域进行测绘制图，并界定出几十个拥有独立功能的区域。例如，就视觉而言，就有专门负责物体形状、空间布局、颜色、立体影像、简单动作或复杂动作的不同区域。
1705244832
1705244833
我们现在知道，大脑可能真的存在负责名词短语或韵律等具体功能的专门区域，但目前针对人类大脑的研究手段还过于简陋，因此我们还无法找到它们。也许这些区域看上去就像是一些斑点、条纹，星星点点地分布于大脑的语言区。它们的形状可能很不规则，位置或许也因人而异，错落地分布于凹凸不平的大脑表面。我们在更为了解的大脑功能系统中已经发现了类似的特点，例如前面提到的视觉系统。如果真是如此，那么各种各样的脑部病变，以及正电子放射断层造影术等技术手段，都无法帮助我们发现这些功能区域。
1705244834
1705244835
已经有一些证据表明，大脑语言区域的布局很可能是斗折蛇行、犬牙交错的。神经外科医生乔治·奥杰曼（George Ojemann）沿用彭菲尔德的方法，对患者大脑的不同部位予以轻微电击。结果发现，如果电击某个毫米见方的微小区域，会对某一特定的语言功能造成障碍，例如无法重复或说完一个句子，无法叫出某个物体的名称，或者无法读出一个单词。但是，这些点位分散在大脑的各个部位（虽然主要在外侧裂周区，但并非绝对），而且分布的位置也因人而异。
1705244836
1705244837
你不必为这种犬牙交错、分散分布的设计感到惊讶，因为这种设计符合大脑的工作特点。大脑是一个特殊的器官，一个专门负责计算的器官。它不同于臀部、心脏等需要与外部世界进行物质交换的器官，因此也不需要将自己的功能部件都聚在一起。只要神经回路能够保持连通，大脑就可以将各个功能部件安放在不同的位置，这并不会对它的工作造成影响。打个比方，这就像电子设备的连接线可以被塞到任何角落，只要它的连接不中断就行；或者说一家公司的总部可以设在任何地方，只要它能与工厂、仓库保持及时有效的联系即可。这一点对单词而言似乎最为适用，大脑的许多区域如果发生病变遭受电击，都可能导致命名障碍。一个单词其实就是一束不同类型的信息，或许每个单词就像一个多端口的集线器，它可以处于某个区间的任何位置，只要其接线可以连接到大脑的其他部位即可，而这些部位存储着这个单词的读音、用法、逻辑，以及相关实物的外貌特征等信息。
1705244838
1705244839
正是利用这种脱离实体的特点，尚未发育成熟的大脑可以较为灵活地设定语言回路的位置。假定大脑的各个区域都有发展出语言回路的潜力，但人类的“出厂设置”若将它固定在大脑的某个特定位置，那么其他位置则受到压制。然而，如果初选位置在某个关键时期遭受损伤，语言回路就可以迁移到别处发展。许多神经学家相信，这就是不少人的语言中枢会跑到意想不到的位置上去的原因。对人类来说，出生是一种创伤经历，这不仅是指人们所熟知的心理创伤，还包括肉体的损伤。在分娩过程中，母亲的产道会像挤柠檬一样挤压婴儿的脑袋，新生儿往往会遭受轻度中风或者其他脑部损伤。因此，语言区位置异常的成人很可能在出生时遭受过脑部创伤，只不过后来康复了而已。现在，核磁共振仪已经是脑科学研究中心的常见设备，不少前往参观的新闻记者和哲学家都喜欢将自己的大脑影像图带回去留作纪念。有时，这些影像图上会显示一个核桃大小的凹陷，但这个凹陷除了成为朋友的笑料之外，并没有对本人造成任何不良的影响。
1705244840
1705244841
还有其他原因可以解释我们为何很难锁定语言功能的具体区域。某一类型的语言知识很可能拥有多个副本，它们的质量有高有低，分别存储在大脑的不同位置。当中风患者恢复到可以接受系统的语言测试时，他的某些语言能力（在推理能力的帮助下）也往往已经恢复。神经学家无法像电子技术人员那样将探针插入设备的输入、输出线路，以分离出它的独特功能。他们只能通过患者的眼、耳、口、手来了解患者的整体反应。在这种“刺激-反应”的过程中，患者的心智活动要经历多次中转。例如，如果要叫出一个物体的名字，患者必须首先认出这个物体，然后在心理词典中搜寻它的条目，调取它的读音，最后再把它说出来。或许在说出的时候还要对其进行监听，以确定自己的读音是否正确。如果其中任何一个步骤出现问题，都有可能导致命名障碍。
1705244842
1705244843
随着大脑成像技术的快速发展，我们对心智活动的位置或许会有更为清晰的了解。功能性核磁共振（Functional MRI）就是一个例子，它比正电子放射断层造影术更为准确，可以测量出大脑的不同部位在执行不同的心智任务时的工作强度。另外一个技术就是脑磁图（Magneto-Encephalography），它和脑电图比较类似，但却可以精确定位大脑电磁信号的来源部位。
1705244844
1705244845
1705244846
1705244847
1705244848
语言本能：人类语言进化的奥秘 [:1705239647]
1705244849
语言本能：人类语言进化的奥秘 语法基因存在的间接证据
1705244850
1705244851
如果我们只关注大脑上一个个邮票大小的区域，我们恐怕永远都无法理解语言器官和语法基因。心智的计算处理是以错综复杂的神经网络为基础的，这些神经网络构成了我们的大脑皮质。数百万计的神经元分布于这些网络之中，每个神经元都和数千个神经元相连，并以千分之一秒的速度传递着各种信息。如果我们能将显微镜伸进大脑，近距离观察语言区域的神经回路，我们会看到怎样的景象呢？没有人知道答案，但我可以给出一个合理的猜测。具有讽刺意味的是，这是语言本能最为重要的方面，因为它是语言表达和理解能力的真正源头，但同时它也正是我们最不了解的一个方面。接下来，我将要从神经元的视角，为你展现语法信息的处理过程。你不必对其中的细节过于较真，我只想让你明白，语言本能其实与物理世界的因果定律合辙同轨，而不是一种披着生物学外衣的神秘论调。
1705244852
1705244853
神经网络模型的设计基于一个简化抽象的神经元。这个神经元能做的事情不多，它有时活跃，有时不活跃。在活跃时，它会沿着轴突（输出线路）向与它相连的其他神经元发出信号，各神经元之间的连接点被称作突触。突触可以分为兴奋性突触和抑制性突触，它们拥有的传递强度也各不相同。位于接收端的神经元会将来自兴奋性突触的所有信号相加，再减去来自抑制性突触的信号，如果差数超过了某个阈值，它就会变得活跃起来。
1705244854
1705244855
如果这个简化的神经网络足够庞大，它就可以成为一台计算机，从而计算出任何具体问题的答案。这就像我们在第2章所看到的图灵机一样——通过在纸上来回穿梭，它可以得出“苏格拉底会死”的结论。之所以这样说，是因为我们可以用一些简单的方式将这些模拟神经元连接起来，使之成为一个个的“逻辑门”（logic gate），以执行“与”“或”“非”等逻辑运算。逻辑“与”是指：若A为真，且B也为真，则“A与B”为真。因此，当所有的输入端都打开时，“与门”就会自行打开。假设模拟神经元的阈值为0.5，而两个输入突触的权重分别都小于0.5，但总和却大于0.5（假设分别为0.4），这便是“与门”，如图9-2左图所示。
1705244856
1705244857
1705244858
1705244859
1705244860
图9-2 “与”“或”“非”
1705244861
1705244862
逻辑“或”是指：若A为真，或B为真，则“A或B”为真。因此，只要有一个输入端打开，“或门”就可以打开。为了实现这一点，每个突触的权重都必须大于这个神经元的阈值，比如说0.6，就像图9-2中间图所示。逻辑“非”是指：若A为假，则“非A”为真，反之亦然。因此，当输入端打开时，“非门”就关闭，当输入端关闭时，“非门”就打开，这一任务由抑制性突触来完成，如图9-2右图所示，这个抑制性突触的负值权重必须大到能关闭神经元的输出。
1705244863
1705244864
下面来看一下神经网络是如何计算一个适度复杂的语法规则的。在英语中，“Bill walks”中的屈折后缀“-s”的适用条件为：主语为第三人称、单数，且动词为现在时态，并表示习惯性动作（这就是语言学中的“体”），但动词不能是“do”“have”“say”“be”等不规则动词（例如可以说“Bill is”，但不能说“Bill be’s”）。一个由逻辑门构成的神经网络可以用图9-3的方式解决这一组逻辑关系。
1705244865
1705244866
1705244867
1705244868
1705244869
图9-3 神经网络模型
1705244870
1705244871
首先，图9-3左下方有一组神经元代表屈折变化的各种特征，其中相关特征通过“与门”和一个代表“第三人称、单数、现在时、习惯体”（简称“三单现习”）的神经元相连。这个神经元会刺激屈折变形“-s”所对应的神经元，进而刺激代表音素[z]的神经元。如果句子使用的是规则动词，所有与后缀“-s”有关的计算就到此为止，例如“hit”的变化就是“hit+s”，“wug”的变化就是“wug+s”。至于词干的发音，则可以依据心理词典中的具体说明，通过相应的连接逐一复制到词干神经元中，只不过我并未在图中把这些连接画出来。但是，如果碰到像“be”这样的不规则动词，整个计算过程就必须被阻断，否则这个神经网络就会产生出“be’s”这样的错误形式，“三单现习”神经元也会向“is”（be的不规则形式）神经元发出信号。如果这个人一定要用动词“be”，那么代表“be”的神经元就会活跃起来，它也会向神经元“is”发出信号。由于和“is”相连的两个输入端是一个“与门”，所以只有当两个输入端同时打开时，“is”才会被激活。这就是说，当且仅当一个人想用“be”，同时又符合“三单现习”的条件时，“is”神经元才会被激活。“is”神经元通过一个“非门”抑制了“-s”变化，阻止了“ises”或“be’s”的产生，同时，它又分别激活了代表元音[i]和辅音[z]的神经元。当然，在描述过程中，我省略了大脑其他部分的许多神经元和神经连接。
1705244872
1705244873
这是我搭建的一个神经网络模型，但它是专为英语设计的，而一个真正的大脑必须通过学习才能掌握所需知识。现在让我们继续展开联想，将这个神经网络想象成一个婴儿的大脑，假设其中各组神经元都是与生俱来的。不过和图9-3不同的是，每个神经元向外伸出的箭头不只一个，而是有多个，这些箭头将它与另一组神经元中的任何一个连接起来。也就是说，这个婴儿天生就能“预料”到有与人称、数量、时态和体有关的后缀的存在，以及可能存在的不规则动词，但他并不清楚某一门特定语言的组合、后缀或者不规则动词。然而，通过不断强化箭头指向的某些突触（就像我在图9-3所画的那些箭头），并忽视其他的突触，婴儿就可以学到相应的语法知识。这个学习过程可以描述如下：当婴儿听到某个单词以[z]音作为后缀时，图9-3右下角的[z]音神经元就被激活，同时，当婴儿想到“三单现习”时，图9-3左下角的4个相关神经元也被激活。如果这种刺激不但会向前传导，也会向后传导，而且如果每个突触在被激活时都会得到强化，同时它的输出神经也被激活，那么所有将“第三人称”“单数”“现在时”“习惯体”连接起来的突触都会得到强化，而[z]音神经元也会得到强化。如果这个经验重复多次，婴儿的神经网络就会逐渐发展为成人模式，就像图9-3所画的一样。
1705244874
1705244875
让我们把画面再拉近一些。神经元和它们之间的潜在连接到底是如何铺设的呢？这是当今神经科学界的研究热点，而且我们已经对大脑的串联方式有了一些了解，当然，这里指的不是人类的语言区，而是果蝇的眼球、雪貂的丘脑，以及猫和猴子的视觉皮质。在出生时，神经元就已经在脑室的周壁排列妥当（脑室位于大脑半球的中心，是一个充满液体的空腔），它们一个个整装待发，即将奔赴大脑的不同区域。接下来，这些神经元开始沿着由胶质细胞构成的索道向外延伸（脑质细胞是一种支持细胞，它和神经元一起，构成了大脑的主体部分），它们朝着脑壳的方向前进，一直延伸到它们在大脑皮质的栖息地。大脑皮质不同区域的神经元之所以会形成连接，常常是因为目标区域所释放的某种化学物质。一旦“嗅到”这种化学物质的气味，神经元的轴突就会循着气味的方向生长开来，而且气味越浓，它就越往那里去，就像植物的根部会被水分和肥料吸引一样。轴突也对胶质细胞表面的某些特殊分子十分敏感，这些分子可以引导轴突的延伸方向，就像格林童话《糖果屋》（Hansel and Gretel）里面的汉斯和格莱泰跟随面包屑的指引一样。一旦轴突抵达目标区附近，就会生出更为精细的突触连接，因为延伸而来的轴突与目标神经元表面的某些分子可以严丝合缝地对接，就像钥匙和锁头一样。当然，最初的连接常常是非常随意的，因为神经元总是迫不及待地伸出轴突，而这可能会把它导向各种不合适的目标区。这些连接会相继死亡，这可能是因为目标区无法提供必要的化学物质供其存活，也可能是因为当胚胎大脑正式启动之后，这些连接没有得到足够的使用。
1705244876
1705244877
请随我继续神经奥秘的探索之旅，我们已经离“语法基因”不远了。对神经元起着引导、连接和保护作用的分子叫蛋白质，蛋白质又受基因的指导。所谓基因，就是染色体内部DNA的碱基序列。启动基因的是“转录因子”和其他调节分子，这些配件依附于DNA碱基序列的某个位置，并解压一个邻近区段，使得这个基因转录为RNA，然后再翻译成蛋白质。一般情况下，这些调节因子本身就是蛋白质，因此生物体的建构过程就是一个错综复杂的连锁反应：DNA制造蛋白质，其中一些蛋白质又与其他DNA相互作用，产生更多的蛋白质。某一蛋白质在制造时间或制造数量上的微小差异，都会对生物体的建构产生重大影响。
1705244878
1705244879
可见，单个基因很少对生物体的某一具体部件做出规定。相反，它指导的是蛋白质的释放。这些蛋白质是构成某种复杂配方的原料，能够对各类部件的塑造产生特定的作用，而这些部件同时又受到其他基因的影响。特别是大脑的连接回路，它与负责神经布线的基因有着非常复杂的关系。一个表面分子也许并不是用在某个单一的回路之中，而是为许多回路所共用，每个回路都是依据特定方式组合而成的。举例而言，假设细胞膜上有X、Y、Z三种蛋白质，某个轴突可能会连接到X、Y所在的表面上，而另一个轴突则可能连接到Y、Z所在的表面上。神经学家估计，用来构建大脑和神经系统的基因大约有3万个，这占到人类基因组的绝大部分。
1705244880