虽然口吃已经困扰了人类几千年,但是迄今为止,口吃的因为仍然不清楚。本论文结合认知行为科学和神经科学的方法,从认知神经机制和学习引起的脑的可塑性变化两个方面对口吃进行了较为系统的研究。　　 第一部分研究通过六个系列实验集中考察了口吃的认知神经机制。实验一和实验二主要回答了口吃的核心认知缺陷的问题。实验一通过要求被试完成三种在语音编码和发音运动阶段复杂程度不同的图片命名任务对语音编码和发音运动分别进行了考察,结果发现口吃者与非口吃者在语音编码和发音运动阶段的脑活动模式都存在显著差异。决策树分析进一步发现,基底节-皮层和小脑-皮层两条神经环路分别与口吃者的语音编码和发音运动过程有关。并且,两条神经环路的活动模式都能够正确的区分所有口吃者和非口吃者。由于实验一对语音编码阶段的考察可能没有完全排除外显发音运动的影响,所以实验二通过没有外显发音运动的内隐命名任务进一步考察了口吃者的语音编码过程。结果发现口吃者与非口吃者的脑活动仍然存在显著差异,并与实验一的结果类似。因此,实验一和实验二的结果表明,语音编码和发音运动阶段的缺陷可能是口吃者的核心认知缺陷,并且,有两条神经环路——基底节-皮层和小脑-皮层——分别与口吃者的语音编码缺陷和发音运动缺陷相关。　　 为了进一步考察与口吃者的核心认知缺陷有关的神经环路的内在机制,实验三通过结构方程技术(SEM)考察了口吃者左侧基底节-皮层神经环路的功能整合模式,即效应连接(effective connectivity)方式。结果发现,与非口吃者相比,口吃者从辅助运动区和颞叶前部到壳核的输入没有出现异常,但是从颞叶后部到壳核的连接更弱,从壳核到丘脑,从丘脑返回到颞叶后部和辅助运动区前部,以及从颞叶前部到辅助运动区前部的连接更强。这些结果表明,口吃者基底节-皮层神经环路中从基底节到皮层的功能连接可能存在异常。总之,实验——实验三的结果提示,口吃者皮层下脑区(基底节和小脑)与皮层上脑区(额叶言语运动区和颞叶听觉区)的功能整合异常可能影响了口吃者在语音编码和发音运动过程中对发音动作模式的提取和执行。　　 实验四通过适应范式,进一步考察了元音和辅音产生对口吃者脑活动的影响,以进一步检验发音动作模式与异常神经活动的关系。结果发现,在非口吃者中分别与元音产生和辅音产生有关的基底节-皮层和小脑-皮层神经环路同时参与了口吃者的元音产生和辅音产生过程,而且,非口吃者中参与元音产生的大部分脑区参与了口吃者的辅音产生,口吃者似乎混淆了甚至颠倒了元音和辅音的发音模式。这些结果提示,口吃者与言语产生过程中发音动作模式的提取和执行有关的神经系统可能存在模块化不足的缺陷。基于言语产生与言语感知在神经系统上的密切关系,实验五通过考察口吃者在元音和辅音感知过程中的脑活动,进一步检验了实验四得出的模块化不足的结论。结果发现,虽然基底节-皮层和小脑-皮层两条神经环路都参与了口吃者和非口吃者的元音感知和辅音感知过程,但是口吃者的脑活动更强,范围更广,呈现双侧化的趋势。而且,在非口吃者中,相对于二元音来说,辅音感知与颞叶听觉区的前部关系更密切,而在口吃者中,相对于元音来说,辅音感知却与颢叶听觉区后部的关系更密切。更重要的是,口吃者与非口吃者在元音感知和辅音感知过程中脑活动的组间差异模式与言语产生过程中的组问差异模式非常接近。因此,这些结果不仅进一步支持了口吃者的基底节-皮层和小脑-皮层神经环路存在模块化不足的缺陷这一结论,而且表明,口吃者的言语感知异常很可能是言语产生异常引起的。　　 实验六通过基于体元的形态学分析(VBM)技术对比了口吃者与非口吃者在脑结构方面的差异,并与前面实验发现的功能异常进行对照,以进一步验证基底节-皮层和小脑-皮层与口吃的关系。结果发现,口吃者的左侧额叶内侧、楔前叶、双侧小脑的灰质密度,右侧梭状回、左侧丘脑和Heschl回、舣侧小脑以及脑下的白质密度显著低于非口吃者,而右侧中央后回、楔叶、扣带回和壳核的灰质密度,左侧中央后回、右侧楔前叶、右侧枕中回的白质密度则显著高于非口吃者。这些结果一方面表明,基底节-皮层和小脑-皮层神经环路的功能异常对应着解剖结构的改变,另一方面也提示,口吃者左侧半球的结构改变(密度降低)更有可能与口吃的因为有关,而右侧半球的结构改变(密度增加)则更有可能与其功能补偿机制有关。　　 总之,第一部分研究表明,口吃者基底节-皮层和小脑-皮层神经环路中皮层下结构与皮层上结构的信息传输异常可能导致了发音动作模式的提取和执行困难,并表现为语音编码和发音运动缺陷。这种异常可能与两条神经环路的灰质密度降低引起的功能模块化不足有关,并进一步影响了与此有联系的言语感知过程。同时,上述功能异常还伴随着解剖结构的异常。　　 第二部分通过三个系列实验考察了口吃者的发音模式学习过程及其引起的脑的可塑性变化。实验七通过比较拼音朗读和汉字朗读过程中口吃者与非口吃者的脑活动模式差异,对改变发音模式的神经机制进行了考察。改变发音模式是大多数口吃矫治方法的重要内容,本实验借助于拼音实现改变发音模式的目的。结果发现,在汉字朗读过程中,口吃者的基底节-皮层和小脑-皮层两条神经环路出现异常,表现为基底节、小脑、脑岛、前额叶、运动区以及颞叶后部的过度活动,以及颞叶前部的活动不足。但是,在拼音朗读过程中,口吃者的上述异常脑活动减弱甚至消失了。这些结果进一步验证了基底节-皮层与小脑-皮层两条神经环路与发音模式的密切关系,并且表明,通过改变发音模式,有可能对两条神经环路的异常活动进行调整。　　 实验八以拼音为载体,通过一周的发音模式学习,考察了学习引起的脑的可塑性变化。学习前后的对比发现,非口吃者在基底节和辅助运动区、小脑和M1的脑活动显著增强,而皮层其他脑区(包括额叶其他脑区、颞叶听觉区以及缘上回)的活动则显著降低。在口吃者中,与学习后言语流畅度显著提高、口吃对口吃者的综合影响等因素的显著改善相一致,壳核、小脑、扣带回、M1、S1以及颞叶听觉区后部的过度活动显著降低,而颞叶听觉区前部的活动(不足)则显著增强。与此相对应,发音模式学习缩小了口吃者与非口吃者的脑活动模式差异,并增强了口吃者脑活动的左侧优势。这些结果提示,发音模式学习引起了口吃者基底节-皮层和小脑-皮层两条神经环路的功能重组,并修正了其异常的活动模式。　　 实验九通过图片命名任务考察了基于朗读的发音模式学习在不同言语产生方式之间的迁移效应。结果发现,学习后非口吃者基底节、小脑以及脑岛的活动显著增强,而皮层上脑区(包括言语运动区、颞叶听觉区以及楔前叶)的活动则显著降低。同时,尾状核和扣带回的活动水平也显著降低。口吃者左侧颞叶听觉区前部、黑质以及双侧旁海马的活动在学习之后显著增强,而双侧颞叶听觉区后部、脑岛、额叶言语运动区、M1、S1、楔前叶以及壳核、小脑和丘脑的活动水平则显著降低。而且,与实验八一致,学习之后口吃者与非口吃者的脑活动差异显著减少了,特别是壳核和小脑的过度激活消失了(学习后口吃者壳核的活动显著低于非口吃者),颞叶听觉区前部和后部、辅助运动区、M1和S1的差异也消失了。这些结果提示,发音模式学习所引起的基底节了-皮层和小脑-皮层神经环路的功能重组可以被用来易化不同类型的言语产生过程,从而表现出迁移效应。　　 总之,第二部分的研究进一步验证了基底节-皮层和小脑-皮层两条神经环路与口吃者提取和执行发音动作模式缺陷的关系,并且表明,作为许多口吃矫治方法的重要内容,改变发音模式实际上是调整了基底节-皮层和小脑-皮层神经环路的活动方式。通过发音模式学习,可以对两条神经环路的活动方式进行重新组织,并被用来促进不同言语产生方式的加工过程。　　 最后,为了更好的总结本论文的结果,提出了口吃的双通路模型。该模型整合了第一部分研究中的静态分析与第二部分研究中的动态对比,从认知过程与神经过程、局部定位与功能整合、功能对比与结构对比等多个角度对口吃进行了解释