לשפה הערבית גרסה מדוברת המשמשת לתקשורת יומיומית, וגרסה ספרותית – הנלמדת בבית הספר ומשמשת לקריאה וכתיבה ולמטרות תקשורת רשמיות. מצב מסוג זה, שבו הפער בין השפה המדוברת לכתובה גדול מאוד, נקרא דִיגלוֹסיָה. כיצד מיוצגות שתי הגרסאות האלה במוח? לדעת כמה חוקרים, מכיוון שדוברי ערבית רוכשים ומדברים תחילה את הערבית המדוברת, הרי שזוהי השפה הראשונה של דוברי ערבית. ומכיוון שהערבית הספרותית נרכשת בהמשך החיים באמצעות חינוך פורמלי, הרי שזוהי השפה השנייה שלהם. עד כה לא היו עדויות מחקריות בסוגיה זו, מנקודת המבט הנוירוקוגניטיבית. במחקר ראשון, נבדק הדו-קיום בין ערבית מדוברת לערבית ספרותית במוחם של דוברי ערבית ילידיים, אשר רכשו ודוברים גם עברית כשפה הרשמית השנייה שלהם. בעזרת טכניקות הדמיה תפקודית של המוח (fMRI), נמצא כי בקריאת מילים כתובות, ערבית מדוברת אינה פועלת כשפה ראשונה. תחת זאת, באוֹפנוּת החזותית (כלומר בקריאה), דווקא ערבית ספרותית היא השפה הדומיננטית. בשני מחקרים אחרים, נבדק הייצוג המוחי של דיגלוסיה בעזרת ניתוח של הקלטות EEG (רישום הפעילות המוחית) בזמן ביצוע מטלה שפתית. במחקר אחד היה על הנבדקים לזהות מילים שהושמעו באוזניהם (האופנות השמיעתית), ובמחקר השני היה עליהם לזהות מילים כתובות (האופנות החזותית). בשני המחקרים נמצא כי הנבדקים זיהו מהר יותר מילים מן השפה המדוברת באופנות השמיעתית, ומילים מן השפה הספרותית – באופנות החזותית. זאת גם לפי תגובותיהם ההתנהגותיות של הנבדקים וגם לפי רישום הפעילות החשמלית במוחם. תוצאות המחקרים מעידות כי לאף אחת מגרסאות הערבית אין דומיננטיות מוחלטת: דוברי ערבית כשפת אם מתפקדים כאילו יש להם שתי שפות ראשונות, אחת באופנות השמיעתית ואחת באופנות החזותית. זוהי סדרת המחקרים הראשונה שנעשה בה שימוש בטכניקות הדמיה מוחית לבדיקת דיגלוסיה בערבית.