While there is a substantial amount of work studying multilingualism’s effect on cognitive functions, little is known about how the multilingual experience modulates the brain as a whole. In this study, I analyzed data of over 1,000 children from the Adolescent Brain Cognitive Development Study to examine whether monolinguals and multilinguals differ in executive function, functional brain connectivity, and brain-behavior associations. I observed significantly better performance from multilingual children than monolinguals in working memory tasks. As one novel finding, I was able to classify multilinguals from monolinguals using only their whole-brain functional connectome at rest and during emotional n-back task. Compared to monolinguals, the multilingual group had different functional connectivity mainly in the occipital lobe and subcortical areas during emotional n-back task, and in the occipital lobe and prefrontal cortex at rest. In contrast, I did not find any difference in behavioral performance and functional connectivity when performing a stop-signal task. As a second novel finding, I investigated the degree to which behavior is reflected in the brain by implementing a connectome-based behavior prediction approach. The multilingual group showed a significant correlation between observed and connectome-predicted individual working memory performance scores, while the monolingual group did not show any correlations. Overall, my observations suggest that multilingualism enhances executive function and reliably modulates corresponding brain functional connectome, distinguishing multilinguals from monolinguals even at the developmental stage.
본 연구에서는 1,000명이 넘는 아이들의 fMRI와 행동점수 데이터를 분석하여 다언어 사용이 인지기능과 기능적 뇌 연결망, 그리고 뇌-행동 연관성에 미치는 영향을 분석하였다. 첫 번째로, 다언어 사용이 인지기능에 미치는 영향을 분석 한 결과 단일언어 사용 아이들에 비해 다언어 사용 아이들이 작업 기억 과제에서 더 높은 점수를 가지는 것을 확인하였다. 다음으로, 휴지기 때와 emotional n-back 과제를 수행할 때 나타나는 뇌 기능 연결망만을 사용하여 다중언어 사용자를 단일언어 사용자로부터 구분할 수 있었다. 이는 두 그룹간 뇌 연결망에 유의미한 차이가 있고, 그것이 그들을 구별할 수 있을 만큼 각 그룹을 대표하는 패턴을 가진다는 것을 의미한다. 다중언어 사용자는 emotional n-back 과제 수행 중 뇌 후두엽과 피질하 영역 사이에 강한 연결망을 보였고, 휴지기일 때는 뇌 후두엽과 전전두엽 사이에 강한 연결망을 보였다. 마지막으로, 뇌 연결망을 토대로 행동 점수를 예측하는 모델을 구축하였고, 이 모델은 다언어 사용자의 emotional n-back 과제 점수만을 예측할 수 있었다. 이는 다언어 사용 아이들의 뇌 연결망과 행동 사이에 유의미한 선형적 연관성을 가진다는 것을 의미한다. 이러한 결과는 모국어 외 다른 언어를 추가로 사용하는것이 아이들의 기억관련 인지기능을 향상시킬 뿐만 아니라 이와 연관되어 뇌 전체 연결망에도 영향을 준다는 것을 시사한다.
