모국어화자의 경우 언어처리를 담당하는 뇌는 좌반구라고 알려져 있다. 그렇다면 제2언어를 담당하는 뇌는 어느 쪽일까? 이 질문에 대한 답은 Ellis에 인용된 연구들을 중심으로 살펴보자. Gallaway는 단언어 실어증환자와 이중언어 실어증환자 사이에 차이를 보고한다. 단언어 실어증 환자의 98%는 좌뇌손상에 기인하지만, 이중언어 실어증환자의 경우에는 85%만이 좌뇌손상의 결과였고, 15%는 우뇌가 손상된 결과로 실어증이 나타났다. Gomez-Tortosa 외 4인의 연구는 스페인어-영어의 이중언어자가 좌반구의 뇌를 수술하였는데 스페인어로 단어를 생각해내지는 못하지만 영어로는 가능함을 관찰하였다. 이를 근거로 연구자는 두 언어를 담당하는 뇌의 영역이 서로 다르다고 주장하였다.
Gallaway의 실어증환자를 통한 실험과 Gomez-Tortosa 외 4인의 스페인어-영어의 이중언어자 실험을 통해 모국어와 이중언어를 담당하는 뇌의 영역이 다르다는 연구결과를 살펴볼 수 있다.