汉语双字词启动任务的事件相关电位时空分析

摘要

目的:
　　 基于汉语双字词启动范式，利用事件相关电位(event-related potentials，ERP)时空模式探讨不同脑区在语言加工过程中的作用。
　　 启动效应（priming effect）反映前一任务对后续任务的影响(Meyer&Schvaneveldt，1971)，表现为先前呈现的启动刺激(prime)改变了随后目标刺激（target）的反应时和正误率等行为绩效，这种影响既可以是易化方式的正启动，也可以是干扰或抑制方式的负启动。语言加工是大脑对语音、语义、语法等多层次信息进行处理的复杂心理过程，运用ERP考察其神经机制始于一项对句子理解任务的研究（Kutas & Hillyard，1980），发现句尾歧义词在呈现后400 ms左右出现一个负向电位，命名为N400，该成分反映了语义的上下文失匹配。随后，一项应用基于配对词汇的语义启动范式的研究报告(Bentin et al.，1985):词义失配靶词和假词较词义匹配靶词均能引出更大的N400成分，后者的反应时间亦较短且正确率更高。后续研究发现了更多的语言相关的ERP成分，其中P600成分与句法加工、语义整合及修订相关(Kandhadai & Federmeier,2010)。
　　 ERP临床研究也取得了积极进展。为促进ERP的应用，国际临床神经生理联盟推荐将ERP三种成分（失匹配负活动，P300和N400）有关的认知范式标准化(Duncan et al.，2009)。但既往的神经语言学研究侧重考查少数记录导联的ERP的少数成分，缺乏运用ERP时空模式全程考察语义启动范式的研究。为促进ERP基础研究工作向临床应用的转化，需要探讨各类范式的相关参数的标准化以及简化。
　　 在本实验中，设立词汇重复（例:大豆-大豆）、词义启动（例:高粱-大豆）和词义失配（例:轮船-大豆）三类关系的配对词组，先后显示启动词和靶词。16名受试判断靶词是否与启动词同类而分别按键，同时记录其行为绩效和19通道ERP，对汉字双字词启动效应下的语言加工过程进行研究，旨在考察汉语语义启动任务及ERP时空模式的特性，为其临床应用创造条件。
　　 方法:
　　 16名受试者均为在校大学生，其中2位因ERP数据干扰太大而被剔除，余14人（女生9名）年龄介于23-29岁（25.29±1.58岁）。受试均为右利手，身体健康无神经系统及精神疾病，视力或矫正视力正常。
　　 从《现代汉语频率词典》中挑选出129个中等频率的双字词语，笔画数介于10-23划（16.89±2.19划），排除了具有明显感情色彩和读音相同的词语，利用这些双字词构成360组名词词对，先呈现的双字词为启动词，紧随其后出现的双字词为靶词，根据前后双字词之间关系分为三组:词汇重复（知觉启动）组（如大豆-大豆;轮船-轮船）、词义匹配（语义启动）组（如高粱-大豆;书本-课桌）及词义失匹配组（如香蕉-牙刷;轮船-茶叶），三组各有120个词对。
　　 在安静及较暗环境下（相对隔音，温度约24℃），受试者舒适体位坐于椅中，距屏幕1m，双眼与呈现词汇平行。词汇大小为4cm×8 cm，呈现500 ms，刺激间隔1000 ms，靶词出现后1450 ms为有效反应时间，要求受试在此反应时间内作出判断。其中启动词颜色为红色，靶词颜色为绿色，受试者在靶词出现后作出判断，如匹配则按右手的反应键，非匹配则按左手的反应键，系统自动记录反应时间以及反应按键的正误。
　　 采用本实验室开发研制的事件相关电位仪，19个记录电极按国际10-20标准导联系统安装;连接的双侧耳垂位参考;接地电极置于前额正中。滤波通频带为[0.5，100] Hz，头皮与电极之间的阻抗＜10 kΩ。ERP分析时间从靶词刺激呈现前100 ms至呈现后1450ms，各条件下参与ERP叠加的EEG片段不少于30个。
　　 实验为单因素三水平重复测量设计，三个水平分别为:词汇重复（知觉启动）组、词义匹配（语义启动）组及词义失匹配组。对行为学数据进行单因素三水平重复测量方差分析，采用SPSS13.0统计软件分析，其中方差分析自由度使用Greenhouse-Geissor校正。ERP数据方差分析的自由度使用lower-bound(epsilon=0.50)校正，ERP各通道对应的F值和t值经插值获得统计参数映像（statistical parametric mapping，SPM），分别称为SPM(F)和SPM(t)。显著性水平为(a)=0.05。
　　 结果:
　　 1.行为指标
　　 三种实验条件下的反应时间和正确率（词汇重复组601.44±69.39 ms，98.7±1.3％;词义启动组774.98±87.34 ms，88.2±5.9％;词义失配组788.75±88.10ms，87.8±4.8％)的差异均分别达到统计显著水平:F(2，26)=77.28，P=0.00; F(2，26)=42.91，P=0.00。经LSD检验的两两比较，结果提示除去词义启动组和词义失配组的行为绩效差异均未达显著水平（反应时间P=0.43，正确率P=0.76）外，其余的组间差异均显著（P=0.00）。
　　 2.ERP及其SPM时空模式
　　 14名受试的总平均ERP波形可见在200-250ms额顶颞区最大分布的P200，在290-370 ms时间范围内额中央区可见P300成分，在350-450 ms有中央顶区最大分布的N400成分，语义失匹配的N400潜伏期较匹配的N400潜伏期延迟，而在双侧枕区和颞区500-1000ms有最大分布P600成分。
　　 SPM(F)提示显著的ERP效应始于150 ms的右侧额区，扩散至双侧额顶颞区（P200时段:150-250ms）、额中央区(P3a时段:300-350ms)、双侧额顶颞区(N400时段:350-500 ms)和枕顶颞区（P600时段:500-1000 ms）等多个时段。SPM(t)进一步给出了ERP显著差异的正负极性，词义失配组与词义启动组配对比较的ERP效应局限于较晚期的两个时段:右侧顶颞区(N400时段:400-450ms)和枕区(P600时段:500-700ms)。
　　 结论:
　　 词形和语义匹配的行为绩效（反应时和正确率）均分别显著优于语义失匹配的，提示重复启动和语义启动效应。在双字词重复显示条件下，受试仅仅根据靶词的形态特征相同即可完成任务，无需借助语义信息，故重复启动效应更多反映的是一种知觉启动。
　　 词汇重复组的ERP波形与其余两组差异较大:以突出的P300成分（包括P3a和P3b）作为主要特征。而词义启动组与无关组的ERP波形在许多通道却以突出的P200、N400和P600成分为特征。
　　 SPM(F)和SPM(t)均提示后两组与词汇重复组比较的显著ERP效应主要出现在上述三个成分代表的对应时段，可能与不同的语言加工机制联系，其中，额顶颞分布的P200效应(200-250ms)与词形差异检测和注意调控相关，额顶P200效应不同于文献中分布于感觉区的知觉启动效应，提示语义信息的参与。而N400时段(300-450ms)的ERP效应可能由三部分组成:(1)较早(300-350ms)的额中央区P3a效应反映执行注意网络激活;而稍后(350-450ms)的额中央顶分布的(2) P3b效应和(3) N400效应可能分别反映语义失匹配的检测和记忆更新。稍早期(500-650 ms)的枕区及稍晚期(650-1000 ms)的双侧顶颞区并以右侧半球为著的P600效应可能与语境重构相关
　　 另一方面，虽然由词义失匹配组同词义匹配组的行为绩效差异所反映的语义启动效应并不显著，但ERP的SPM(t)仍然提示语义启动效应出现在N400时段(400-450ms)的右侧顶颞区和P600时段(500-700 ms)的枕区。有文献报告语义距离较大的词汇联想涉及右侧半球，本研究的词义失配组与词义启动组实际上存在语义距离远近的差异，两者的右侧顶颞区N400效应支持语言由两侧半球共同加工的理论。而本研究枕颞区的P600效应可能与选用词汇大多具有视觉形象有关，反映了启动词与靶词架构的语境修正和更新。
　　 本研究结果显示双字词启动任务的ERP时空模式反映多层次语言加工功能，基于汉语双字词启动任务和ERP时空模式特性可客观评价语言功能。从经济快捷角度考虑，该范式应用于临床时，只需要保留重复启动和语义启动两组条件即可获得足够的知觉启动和语义启动信息。

目录

摘要

一．前言

1．1 事件相关电位基础

1．2 启动效应概念及研究范式

1．3 知觉启动的相关研究

1．4 语义启动效应的相关研究

1．5 语言加工有关的ERP成分

1．6 实验假设与设计

二．方法

2．1 对象

2．2 刺激材料

2．3 实验任务

2．4 脑电/ERP记录

2．5 统计分析

三．结果

3．1 行为绩效

3．2 ERP波形及其时空模式

3．3 SPM时空模式

四．讨论

五．结论

参考文献

附录

致谢

攻读学位期间成果

声明

统计学证明