语言、脑进化与认知

　　脑与语言认知是一门新兴的交叉学科，语言是人类区别于其他动物的最重要特征，在人类进化过程中语言的使用成为人脑重量（从远古的300g增加到现在的1200~1400g）和容积增长的决定性因素，可以说人脑与语言是共同进化的。本书内容丰富，代表着本学科的国际前沿。为语言学、认知科学、人工智能等学科的发展起促进作用，脑的理论模型对引导认知科学和语言理解有重大意义。内容均来自于实验，保证了结论的真实性、可靠性，而且涉猎内容广泛、丰富多彩、图文并茂，集权威性、真实性、趣味性、新颖性、知识性和综合性于一体。

　　江铭虎，清华大学计算语言学长聘教授、博士生导师。清华大学心理学与认知科学中心兼职教授。在人民出版社、高教出版社、清华出版社等出版机构出版专著及教材8部。

第1篇人类大脑与语言的共同进化1人脑的基础知识
第1章本章课程的学习目的和要求3
1.1人脑的结构与功能31.1.1大脑的结构3
1.1.2额叶的结构和语言功能12
1.1.3顶叶的结构和语言功能17
1.1.4颞叶的结构和语言功能18
1.1.5岛叶的结构和语言功能23
1.1.6枕叶的结构和语言功能24
1.1.7小脑的结构和语言功能24
1.1.8丘脑的结构和语言功能26
1.1.9基底神经节的结构和语言功能30
1.1.10扣带回、大脑海马和海马旁回的结构和语言功能31
1.2大脑白质34
1.2.1上纵束34
1.2.2额-枕下束37
1.2.3下纵束37
1.2.4钩状束38
1.2.5弓形束38
1.2.6最外囊/最外囊纤维系统40
1.2.7中纵束40
1.2.8垂直枕束40
1.2.9额斜束41
1.2.10胼胝体41 语言、脑进化与认知XII
1.2.11其他白质42
1.2.12其他（运动/感觉/联合区）43
1.3布罗德曼各区及其功能45
小结57
思考题572语言的起源
第2章本章课程的学习目的和要求58
2.1语言出现的时期及相关理论58
2.1.1语言出现的时期59
2.1.2语言起源的相关理论61
2.1.3创造语言的三个尺度73
2.1.4灵长类交流与人类语言的模态性差异74
2.2语言的神经生物学起源80
2.2.1镜像神经元和语言的神经基础80
2.2.2语言的神经生物学起源82
2.2.3FOXP2基因与语言的神经解剖学关系87
2.3人类语言与猿类交流的特征差异92
2.3.1人类语言的理论范式92
2.3.2人类语言的指称关系和意义关系95
2.3.3类人猿对位移指称的认知98
2.3.4类人猿记忆中存在错误信息的效应100
小结102
思考题102
3人脑与语言的共同进化
第3章本章课程的学习目的和要求103
3.1人脑与语言的共同进化103
3.1.1语言是什么？103
3.1.2语言是人类特有的特质105 目录XIII
3.1.3语言与大脑共同进化的理论106
3.2灵长类动物的进化115
3.2.1人猿的进化116
3.2.2从古人类学角度考察大脑的进化124
3.3脑与身体的重量比及其与智力的关系127
3.3.1脑体比127
3.3.2脑体比与脑商的关系130
3.4哺乳动物的大脑尺寸与智力的关系134
3.4.1哺乳动物的大脑尺寸与智力水平的差异134
3.4.2哺乳动物的生长曲线137
3.4.3人类进化的两个阶段140
小结141
思考题142
第2篇动物大脑与交流4非灵长类动物的交流
第4章本章课程的学习目的和要求145
4.1动物交流的基本概念145
4.1.1动物交流的定义及目的145
4.1.2视觉交流147
4.1.3听觉交流148
4.1.4触摸交流150
4.1.5种间交流150
4.2蜜蜂和鸟类的交流156
4.2.1蜜蜂的交流156
4.2.2鸟类的交流158
4.2.3鸟鸣学习的关键期及声乐/听觉学习表型162
4.2.4镜像神经元和声音学习的运动理论起源169
4.2.5鸟鸣的物种辨识及鸟类文化传播171
4.2.6几种飞禽的大脑神经元数量和表达方式的种类数对比175
4.3陆地哺乳动物的交流177
4.3.1狼的交流177
4.3.2非洲象的交流180
4.3.3胡子蝙蝠的交流180
4.3.4草原土拨鼠的交流180
4.3.5豚鼠的求偶交流180
4.3.6陆地哺乳动物的神经元数量与表达方式数量的对比181
4.4水生哺乳动物的交流184
4.4.1几种海洋动物的大脑对比184
4.4.2宽吻海豚的交流186
4.4.3鲸鱼的交流190
4.4.4海狮的交流192
小结192
思考题193
5非人类灵长类动物的交流
第5章本章课程的学习目的和要求194
5.1灵长类动物的交流194
5.1.1灵长类动物的行为与交流194
5.1.2黑猩猩/倭黑猩猩的社会认知和合作能力198
5.1.3资源的竞争与分配203
5.1.4工具的使用208
5.1.5灵长类交流的属性特征212
5.1.6圈养的非人类灵长类动物的认知能力与交流216
5.2非人类灵长类动物的交流与人类语言的差异219
5.2.1非人类灵长类动物呼叫的特征219
5.2.2猿类与掌握语言能力前的儿童的手势之间的异同226
5.2.3人类和黑猩猩对情绪表征的处理228
5.2.4类人猿对明示信号及指向的认知230
5.2.5猿类布洛卡区与人类语言区的关系232
小结247
思考题247
第3篇人脑语言认知机制
6听觉与视觉感知器官的语言认知
第6章本章课程的学习目的和要求251
6.1发音器官及语音产生模型251
6.1.1发音部位与声道及语言产生模型252
6.1.2语音生成模型2536.2听觉及感知256
6.2.1外耳、中耳、内耳及听觉感知256
6.2.2听觉输入和语音信息流259
6.2.3听觉语言理解的认知模型263
6.2.4语言理解的功能神经解剖学269
6.2.5口语和环境声音的认知及句子理解因果关系推理272
6.2.6脑电图与事件相关电位274
6.2.7语音加工在阅读汉语双字复合高/低频词中的作用279
6.3视觉及感知287
6.3.1视觉皮层及视觉通路287
6.3.2视觉词形区292
6.3.3汉字的形和音处理293
6.3.4阅读过程中快速提取汉字的抽象拼写模式294
小结305
思考题305
7语言回路的加工机制
第7章本章课程的学习目的和要求306
7.1语言处理模型306
7.1.1弓形束（长段、前段和后段）形成的回路306
7.1.2额斜束形成的回路317
7.1.3额-枕下束及下纵束形成的回路319
7.1.4最外囊与中纵束形成的回路324
7.1.5钩状束形成的回路325
7.2发育过程中的结构和功能连接328
7.2.1背侧语言纤维束及其发育过程328
7.2.2腹侧语言纤维束及其发育过程338
7.2.3背侧和腹侧纤维束通路的整合340
7.2.4基于神经解剖学的句法和语义网络344
小结346
思考题346
8语言产生与理解机制
第8章本章课程的学习目的和要求347
8.1语言作为大脑系统347
8.1.1语言作为一种特殊的认知系统347
8.1.2大脑的语言能力：“语言获得装置”理论349
8.2大脑的语言网络350
8.2.1与原发性渐进式失语综合征相关的左脑语言网络350
8.2.2与语义处理相关的左脑网络系统352
8.2.3叙述性语言理解过程中左前外侧颞上皮层的功能连接353
8.2.4默认模式网络的关联脑区354
8.2.5神经语言网络发育模式355
8.2.6神经语言回路357
8.2.7句法处理的2个语法中枢与3个神经回路362
8.3功能连通性和词汇句法处理364
8.3.1语言相关的功能连通性364
8.3.2从词形到句法和词汇语义信息370
8.4语言产生和理解的机制381
8.4.1语言的产生和理解381
8.4.2反讽和隐喻话语的大脑理解处理393
小结397
思考题397
9二语习得的认知理论
第9章本章课程的学习目的和要求399
9.1二语习得理论399
9.1.1二语习得的研究历史400
9.1.2二语习得的相关概念及模型400
9.1.3乔姆斯基的语言层次结构和普遍文法406
9.2二语习得的关键时期假说408
9.2.1语言学习的关键期假说408
9.2.2单语与双语者的脑区激活413
9.2.3二语习得的词汇处理415
9.2.4习得年龄与熟练程度、语言使用的社会多样性426
9.2.5早/晚期双语者的脑区及其他因素的影响432
9.3二语习得的神经生理学机制435
9.3.1时间进程的ERP研究436
9.3.2脑区定位的fMRI研究439
9.3.3二语习得对白质纤维束及皮层下基底神经节区和丘脑的影响442
9.3.4语言的大脑皮层控制450
小结451
思考题451
大脑的偏侧性和性别、文化的差异
第10章10本章课程的学习目的和要求452
10.1大脑的偏侧性及用手习惯452
10.1.1灵长类脑回/沟的不对称性452
10.1.2左、右脑的偏侧性453
10.1.3手的使用与语言能力的相互关系457
10.2大脑的性别差异462
10.2.1语言与智力的性别差异462
10.2.2一般智力和性别的神经解剖学研究473
10.2.3人脑容量与智力不直接相关488
10.3大脑的文化差异491
10.3.1中西方文化的差异491
10.3.2文化对算数处理方式的影响494
小结496
思考题496
失语症研究
第11章11本章课程的学习目的和要求497
11.1失语症研究的历史498
11.2失语症的分类503
11.3主要失语症的特点、病灶部位及病因507
11.3.1布洛卡失语症507
11.3.2韦尼克失语症509
11.3.3传导性失语症512
11.3.4经皮质性失语症515
11.3.5命名性失语症516
11.3.6完全性失语症519
11.3.7原发性渐进式失语症519
11.3.8聋人失语症522
11.3.9丘脑性失语症523
11.3.10基底神经节失语症525
11.3.11交叉性失语症525
11.3.12阅读障碍、认知障碍与失语症528
11.4失语症的检查方法533
11.4.1检测方法533
11.4.2皮质电刺激的功能定位534
11.4.3功能磁共振成像和正电子发射断层扫描的皮层定位537
小结540
思考题540
第4篇人工智能与大脑语言处理模型神经元与神经网络模型
第12章12本章课程的学习目的和要求543
12.1神经元544
12.1.1神经元及其工作机制544
12.1.2神经元的种类及其工作机制546
12.2人工神经元模型547
12.2.1人工神经网络发展概况547
12.2.2单个人工神经元模型549
12.2.3具有隐藏层的神经网络552
12.2.4单隐藏层的RBF神经网络及其工作原理555
12.2.5反馈循环网络557
12.2.6基于概念抽取的SOM聚类563
12.2.7深度学习及堆叠自编码网络568
小结576
思考题576
深度神经网络语言处理模型
第13章13本章课程的学习目的和要求578
13.1自然语言处理概述578
13.1.1自然语言处理的概念578
13.1.2自然语言处理研究方法的发展581
13.2神经网络与深度学习584
13.2.1定义584
13.2.2深度学习的发展历史585
13.2.3常见神经网络类型与工具588
13.2.4神经网络的基本原理588
13.3典型自然语言处理模型594
13.3.1输入层与输出层594
13.3.2卷积神经网络与自然语言处理598
13.3.3循环神经网络与自然语言处理602
13.3.4注意力机制与自然语言处理609
13.3.5图神经网络与自然语言处理610
13.3.6实例——基于图神经网络的细粒度情感分类613
13.4深度学习的神经科学基础——以视觉为例623
13.4.1视觉感知神经生理结构624
13.4.2视觉感知系统626
13.4.3视觉处理机制627
小结633
思考题634
参考文献635
附录656
附录表1额叶脑区语言功能656
附录表2顶叶脑区语言功能657
附录表3颞叶脑区语言功能658
附录表4岛叶、枕叶、小脑的脑区语言功能659
附录表5丘脑、基底神经节、扣带回、海马、海马旁回的脑区语言功能659
附录表6与语言相关的主要神经纤维束及功能660
附录表7主要脑区及神经纤维束661
附录表8其他白质部分的语言功能661
附录表9视觉的背侧/腹侧通路及功能662
附录表10运动/感觉/联合区的脑区语言功能662
词汇表664
插图清单及出处685
插表清单697