发育性阅读缺陷的特征存在于大脑的结构、功能和脑部发育过程中。38该领域的前沿研究集中在遗传和神经化学方面的原因上。研究工作主要关注语言和阅读的常见可疑区域，包括与学习有关的颞顶叶区域（听觉、语音）、枕颞区（拼写中枢）、下额叶区域（言语规划和产生、自上而下的处理）和皮层下结构（基础神经中枢、丘脑、小脑）。
功能磁共振成像研究表明，对于语言和阅读，人的左右大脑从双侧参与慢慢转向左半球主导，这种转换与阅读技能的习得密切相关。在这一过程中右半球并未就此退出，而是成了辅助伙伴。而正如20世纪早期内科医生塞缪尔·奥顿（Samuel Orton）在对人类学习障碍的开创性研究中所指出的那样，在诵读困难症患者的大脑中，右脑功能向左脑的转移被推迟了，并且这种转移并没有完全实现。其结果是，正字法知识的习得以及正字法与语言的融合受到干扰。39
与阅读能力强的同龄人相比，诵读困难症患者在阅读时，他们的大脑中与正字法和语音相对应的关键区域活力不足。这个结果证实了诵读困难症患者确实在学习阅读方面存在落后的现象。其他若干项研究表明，与阅读水平相同但是年龄更小的儿童相比，诵读困难症患者的大脑相关区域也明显活力不足。这一证据表明，大脑激活水平会受到阅读缺陷的影响，而不仅仅是简单地反映了阅读的熟练程度。
有的观点认为人类的语音缺陷同样也会干扰正字法学习（正字法学习又反过来影响语音），这样的观点是有充分的证据支持的。人类强烈的直觉认为，诵读困难症是由视觉处理缺陷引起的，但是多年的研究并没有获得充分的证据来证实这一直觉。一些研究发现，在评估视觉处理的某一方面时（如评估运动检测、视觉图像的持久性等），诵读困难症患者这个群体的表现要比非诵读困难症患者差。然而在其他实验室里，或者选取了新的研究对象、采用新的研究方法时却无法获得同样的结果。有时，这种影响只出现在一部分患诵读困难症的受试者人群中。需要指出的是，其实一些非诵读困难症患者在这类任务上的表现也不尽如人意。不过这也可能是受到具有多重效应的神经噪声等特性的影响。通常来说，假定的视觉处理缺陷（如运动检测）与阅读问题（如单个单词的发音）无关。最后，视觉任务表现不佳可能是阅读能力差的结果，而并不是其原因。40
尽管语音缺陷显然是影响阅读的主要因素，但是对某些个体来说，一些视觉处理缺陷虽然程度轻微，却是造成阅读困难的高风险因素。直到近几年，人们才探究出有效的方法开展针对与正字法区域相关的视觉系统途径的研究，这些研究提供了具有启发性价值的证据。41视觉缺陷也许与语音缺陷相类似：两者均影响阅读的特殊方面（书面和口头编码的整合），但对视觉或语言并没有产生广泛的影响。42
与熟练的阅读者相比，诵读困难症患者大脑的左右半球额下回区域也表现出非典型的高激活水平（也称为过度激活）。造成这种高激活水平的原因有若干个。回想一下，额下回的激活程度与任务的难度有关。对于诵读困难症患者来说，阅读确实是一项极为困难的任务，因此会发生过度激活的情况。右半球的过度激活状况的一部分原因是左半球的神经回路相对发育不足，并导致了一种补偿性神经回路的形成，它可以对发育不足的左半球神经回路做出反应。左半球额下回的激活通常会随着人类单词识别技能（随后的拼写区域的激活）的增加而减少，而诵读困难症患者则不会出现这种情况。最初的左半球额叶的参与有可能反映出诵读困难症患者对效率较低的自上而下的猜测策略的依赖。43左半球额叶的参与程度在熟练的阅读者身上有所下降，但在诵读困难症患者身上则没有。
上述的这些研究关注了阅读和言语的融合，同时使这些研究获得了全球性的影响。44由肯尼思·皮尤（Kenneth Pugh）带领的一个国际研究小组评估了阅读和口语理解的大脑活动模式的相似度。一些常见的大脑区域存在一定的重叠，在书写方式不同的四种语言中，其重叠程度都与阅读能力密切相关。对于熟练阅读者来说，尽管在形态上存在明显的差异，但语言的两种使用方式在神经生物学上是非常相似的，阅读技能较低的读者显示出重叠较少。因此，阅读和语言在神经层面的融合程度是阅读发展的一个标志。
与其他许多研究一样，功能磁共振成像研究通过测量神经传导过程中产生的副产品来根据区域量化大脑活动，将阅读中典型和非典型的激活模式与相应大脑结构的特性相关联。研究人员采用另一种不同的方式对结果进行分析，就好比把收音机从一个频道调到另一个频道。现如今，科研人员利用磁共振获得的信号就可以提供与神经解剖学相关的详细证据。尽管结构成像技术已经存在了几十年，但最近出现了大量收集和分析此类数据的创新方法，这些创新方法的出现使其成为热门的研究领域。更令人激动的是，这些创新方法提出了遗传学机制与相关研究之间的关联，而遗传学是研究大脑发育的基础。
最新的结构成像研究也产生了很多新的研究成果，这些新成果记录了诵读困难症中存在的多种异常现象。45形态学研究负责检测大脑某一区域神经组织的体积、密度和表面积，主要是针对灰质（神经元和神经元之间的局部连接）的检测。连通度研究测量了大脑白质束的性质，白质束被包含在皮层区域之间，它是传播更长神经信号的轴突，白质束的完整性和功能性依赖于包裹轴突的髓鞘。
与阅读能力正常的人群相比，诵读困难症患者大脑中的主要阅读／语言区域的灰质有所减少。研究人员对比了受过教育的成年人和没有受过教育的成年人，观察到这两类人的大脑灰质存在的差异。这些发现极具启发性，但目前研究人员尚无法完全明确地解释这种现象。究竟多大的差异才是重要的呢？这些测量方法在不同个体、年龄、阅读水平和大脑区域之间又存在多大差异呢？有两项研究已经发现，在接受阅读干预后，受试者大脑相关区域的灰质体积有所增大，这是一个给人希望的结果。46虽然研究还不能明确指出灰质体积增大的幅度，但在儿童大脑发育的某些阶段或者在该系统的某些部分中，过多灰质的存在也可能是一种问题。
人们可以通过测量或者窜改大脑白质束的性质来评估大脑各区域间的连通性。研究人员一直致力于提高这些方法的精度和辨析率。到目前为止，扩散磁振造影是一种使用最广泛的方法，能够提供研究结论中涉及的清晰图像。患有诵读困难症的儿童和成人大脑中的白质束会产生异常。受影响的白质束连接了大脑中阅读／语言回路的区域。一种重要的白质束（弓状束）连接了左后颞上皮质（部分韦尼克区）和左侧额下回（左侧额下回后部，部分布罗卡氏区）。上述提及的部位都是背侧“正字法→语音”阅读途径的重要组成部分。根据迈尔斯（Myers）和其同事最近的报告，对于处在从学前班到小学三年级阶段的儿童来说，弓状束和附近区域白质体积的增加与他们阅读能力的提高密切相关。47另一个主要的纤维束（左额枕下束）似乎是腹侧“正字法→语义”阅读途径的基础。由于从假设的语义中枢前颞叶获取磁共振扫描信号存在技术困难，所以针对该纤维束的研究较少。但有证据表明，纤维束也受到了影响。现在，研究人员首次识别出大脑中的其他纤维束，这些纤维束是完成阅读任务的大脑系统的一部分。脑部的这些纤维束似乎有助于言语和语言的融合，而且有可能随着阅读技巧的不同而发生变化。我们很快就能通过研究获得这些问题的答案。
这些解剖学特性可能对阅读神经的测定产生若干影响。在这一点上，研究人员能做出的记录是，诵读困难症患者大脑区域间和区域内的信号传播似乎会越来越嘈杂。对于大脑的研究集中于使用模型来模拟神经噪声的实际机制。48
在大脑中，“噪声”至少涉及三种现象。第一，神经对刺激的反应更加多变，正如研究中诵读困难症患者对重复刺激所做出的神经反应。第二，沿白质束的神经活动变化更大，更不可靠。这样的变化除了减少了解剖学意义上的连接之外，还减少了区域之间的有效连接（功能性连接）。第三，学习受到了负面的影响。诵读困难症患者从学习经历中的获益较少，因为他们的反应更加多变，也因为噪声会影响神经元反应的改变和保持（巩固）。最终造成的结果是，诵读困难症患者无法发展出能够支持阅读技巧的连贯、可靠的回路。
大脑处理噪声的能力与诵读困难症的易感基因有关，后者以相应的方式调节大脑发育。有些易感基因会影响髓鞘化，降低大脑中负责阅读／语言区域内和区域间的信号传输速度和可靠性。有些易感基因则会造成神经元的超兴奋性：在听觉皮层等区域，神经元会随机放电或者超速放电。有些易感基因影响了神经迁移，这是一个影响大脑基本回路的重要过程。在大脑发育早期，神经元迁移至大脑皮层的位置。迁移错误会导致异位，神经元丛会在错误的位置衰退。49所有这些异常都破坏了神经网络的功能性。
还要强调最后一点。大脑神经活动受γ-氨基丁酸、谷氨酸、多巴胺和胆碱等神经递质调节。在对多动症和孤独症患者开展的研究中发现，这些患者大脑中胆碱和谷氨酸的浓度异常高。针对动物开展的研究发现大脑高浓度胆碱与白质异常有关。谷氨酸能够调节神经元兴奋度，高浓度谷氨酸会产生高水平的兴奋度。
目前，人们在针对有阅读障碍的儿童和成人开展的少量研究中发现，他们大脑中的谷氨酸和胆碱都处于异常高的水平。这项研究使我们掌握了更多神经噪声的来源。最后，DCDC2和KIAA0319这两个与阅读障碍有关的候选基因通过大脑听觉皮层的自发放电与超兴奋性产生关联。现在，我们只需了解这种超兴奋性是不是由异常水平的谷氨酸或者胆碱引起的。
这项研究的结论是什么？我在介绍时，说过诵读困难症的原因其实非常复杂，因为需要从行为、近因、计算机制、神经系统、对发育的遗传影响等多个层面进行分析和研究。我也曾指出，诵读困难症可能会让一些不知情的旁观者感到困惑，因为随着研究的发展，我们的解释也在不断地变化。很明显，现在人们对正常阅读和阅读障碍的了解已经有了显著增多。这个领域的发展充分说明了一个事实，即多层次、多学科、高技术、国际化的高端科学能够帮助人们实现目标。
令我感到惊讶的是，这个领域正在快速地融合发展出一个统一的理论，一个能够连接各个层次的理论。我没有想到这一天这么快就会到来，正如我没有预料到语音识别电话也能这么快就被发明出来。我们目前尚未形成统一的理论（其实我们需要不断改进语音识别应用程序），但有关诵读困难症问题的答案已经成为人们关注的焦点。在我看来，人们目前急需的是开展大规模的流行病学研究，针对多种不同的语言，采用多种测量手段，以评估大量具有不同阅读水平的读者的多项技能水平，如行为、神经、遗传，以便确定不同缺陷行为发生以及同时出现的频率和阅读障碍人群存在这些问题的根本原因。我们无法判断谁会出现诵读困难症问题，患者发生诵读困难症的频率是多少，伴随着诵读困难症还会出现哪些问题以及问题的严重程度，我们只能在该领域研究不断取得进展的过程中，继续不断地展开下一步合理的研究。
上述提及的科学进步会促使人们更早、更精确地发现并识别出诵读困难症，从而采取更有效的干预措施，让更多的人改善诵读困难症的状况。事实真的会如此吗？答案是肯定的，尽管目前的研究基础仍然有限，但是人们已经开始这样做了。未来是否会出现这样的一天：与接种腮腺炎和麻疹疫苗一样，儿童在入学前需要进行磁共振成像和功能磁共振成像测试来筛查诵读困难症？这样的情况短期内不会发生——或许永远也不会发生。未来，很有可能会出现操作更容易、价格更低廉、结果更可靠的工具取代磁共振成像技术，用以完成收集大脑测量数据的任务，而且这些工具将会更大限度地减少对受试者造成的不便和不适。就算暂时不考虑这个可能性，对每个人进行磁共振成像扫描也是没有必要的。以下便是原因所在。
很明显，为了在该领域展开研究，探索并理解阅读神经系统和造成阅读缺陷的原因，我们需要更好地了解个体之间的差异，但完成这样的任务只需要对几百个而不是几百万个研究对象进行进一步研究。我们的研究需要高科技的设备。有了足够的数据，我们就可以研究这样的问题：哪些行为测量方式或者组合方式会对重要的神经属性敏感？在儿童的发育过程中，这些神经属性会促进或干扰儿童的表现。不同于扫描每个儿童的大脑，行为测量为推断大脑中阅读系统的各组成部分的状态提供了基础，这与神经系统测试类似，指的是一系列简单、无创性的测试，用来评估神经系统的状态。50在条件允许的情况下，参与者可以选择签订成像协议，但并不是所有人都需要。
我在开始时曾经提到过，我们的研究是通过对人类行为的理解来构建关于人类大脑的一些问题。而且随着人们对大脑的深入了解，人们对自身行为的看法也会发生改变。从正确的角度看，行为测量的方法也许可以比神经成像和其他无创性方法提供更多关于大脑结构和功能的直接证据，毕竟在神经成像和其他无创性方法盛行的时代，脑损伤患者对非单词的词化才是这个领域研究的关键。
