汉字词语处理的脑偏侧化研究

汉字词语处理的脑偏侧化研究

过去，大多数关于文字加工的研究都是基于字母系统。汉字在“音、形、意”语言三要素方面与字母语系有很大的差异。本研究采用fMRI技术,block-design的刺激模式,运用视觉呈现方法,以右利手正常人为实验对象,在1.5T超导磁共振扫描仪上进行数据采集,采用动词产生(verbgeneration)和假词默读(pseudowordsreadingcovertly)实验,在词语水平上探索汉字词语的脑加工处理机制。1数据和方法1.1眼底视力检测13例健康、右利手、母语为汉语的受试者参加了本实验,其中男7例,女6例,年龄22～31岁,平均23.2岁,双眼平均视力均在1.2以上。受试前接受Snyder和Harris的利手确定问卷,被确定为右利手。有受试者均无心肝肾等重大疾病,无脑部肿瘤或其他颅脑疾患,无服用精神药物史。1.2刺激模式和应用方法1.2.1刺激模式汉字词语刺激材料为60个中国汉语常用双字词语(真词)和60个双字构成的无意义词语(假词)。实验分两组,即动词产生组和假词默读组。(1)高频名词性词语的产生真词在语言学上指的是可以独立表达运用的最小表意单位,具有语音、语义成分。本实验中所用真词均为两字所构成的名词,包括抽象词和具体词两种,均为高频名词性词语,每组由5个抽象词和5个具体词构成,共6组,每组之间的词语频率无显著差异。要求受试者看见一个真词后先清晰默读,然后产生一个相应的动词,使这个真词成为这个动词的宾语。例如:看见“手表”,则要求受试者先默读:shoubiao,然后产生一个动词“戴”,并默读“戴手表”。在动词产生过程中涉及语音和语义的处理。(2)济旁,经偏本实验双字假词由无关词素任意结合而成,如济旁,经偏,共60个,分为6组。要求受试者看见这些假词后,在心中清晰地默念,过程中只有语音处理,而没有涉及语义处理。1.2.2测试对象和测试单受试者对真假词的感官采用视觉呈现方法,刺激词语呈现在受试者的脚侧、距离双眼3m的无磁液晶显示屏上,然后通过受试者额部上方的自制有机玻璃反光镜呈现给受试对象。在刺激扫描期,无论真词或假词均呈水平排列。静息期扫描时则要求受试者集中注意力,注视屏幕上的交替出现的“+”和“+++”。扫描结束后,发给每位受试者一张测试单,上面有30个实验所用的真词以及30个实验中未出现过的真词,要求受试者回想实验中出现过的词语,并将其从中选择出来。所有受试者测试结果正确率均在60%以上,说明受试者能认真参与,实验数据可靠。1.3bold-epi序列扫描采用美国Marconi1.5TEDGEECLIPSETM超导型磁共振成像仪。先行梯度回波序列矢状位T1加权成像,然后在矢状位T1加权图像上进行横断位定位,行SE序列横断位T1加权扫描,扫描范围包括全脑(从头皮开始至小脑结束),所有扫描层面均与AC-PC线平行,最后行BOLD-EPI序列功能像扫描。各序列具体扫描参数如下:①矢状位定位像(SE序列):TR=300ms,TE=11.5ms,Flipangle=90°,FOV=24cm×24cm,Thickness=7.0mm,Gap=1mm,Matrix=196×256,NEX=1。②横段位T1加权像(SE序列):TR=500ms,TE=12.1ms,Flipangle=90°,FOV=24cm×24cm,Thickness=6.0mm,Gap=1mm,Matrix=196×256,NEX=1。③BOLD功能成像扫描(EPI脂肪抑制序列):扫描层厚、FOV以及间隔均与T1加权横断位成像一致。TR=1930ms,TE=40ms,Flipangle=90°,Matrix=64×64,NEX=1。1.4单个像素分析功能图像数据用SPM99软件进行预处理和统计参数分析。首先对图像数据进行头动校正,以每组实验第一幅有用图像做基准,其他每幅都变换到其上,数学变换包括坐标原点平移(三个变量)和坐标轴旋转(也是三个变量);然后将图像标准化到Talairach空间,以2倍像素大小为Gauss卷积核做图像平滑处理以减少空间噪声。分别选用滤波器和血流响应函数(hrf)卷积滤除呼吸、心跳产生的生理噪声,最后用广义线性模型估计参数,获得基于单个像素分析的检验激活图(t=3.12,对应P<0.05,correctedPvalue)。少于5个像素的激活团簇认定为伪激活(spike)而被排除。2结果2.1组间分析:10%不同图像数据叠加在将单个受试者的图像进行数据分析时,有4名受试者头动范围较大(超过3mm),其数据被剔除。最终将剩下9人的图像数据叠加,进行组间分析。被激活脑区包括左侧额下回、左侧额中回、左侧额上回、右侧额中回、双侧扣带回、左顶上小叶、左颞下回、双侧枕叶、双侧小脑半球及左侧丘脑和右侧尾状核(图1)。2.2数据叠加分析在进行单个受试者的图像数据分析时,有5名受试者头动范围较大(超过3mm),其数据被剔除。最终,将剩下8人数据叠加,进行组分析。本组实验激活的脑区包括:左侧额下回、左侧额中回、左侧额上回、双侧顶上小叶、双侧枕叶及双侧小脑半球(图2)。2.3双侧扣带回、左侧丘脑激活两组共同激活的脑区包括左侧额下回、左侧额中回、左侧额上回、左侧顶上小叶、双侧枕叶及双侧小脑半球,均以左侧大脑半球激活为主,均未见Wernicke区的激活。双侧扣带回、右侧额中回、左侧颞下回、左侧丘脑和右侧尾状核的激活仅在动词产生组出现。左侧额下回在动词产生组较假词默读组激活明显广泛。3讨论3.1默读汉字词语的激活本研究结果中,动词产生组即对汉字词语默读后产生相关动词(verbgeneration)这一任务显著激活左侧额下回、左侧额中回、左侧额上回、右侧额中回、双侧扣带回、左顶上小叶、左颞上回、双侧枕叶、双侧小脑半球及左侧丘脑和右侧尾状核,表明对汉字词的处理以左侧大脑半球显著激活为主,与传统理论相一致。应用fMRI方法研究发现,在拼音文字的阅读中,左侧大脑半球为优势半球。Tan等发现,在出声朗读汉字词语时,双侧大脑半球被均衡激活;而默读状态下,无论是对单字词还是对双字词进行阅读,均显著激活左侧大脑半球。Kuo等在比较汉字高频词和低频词相关脑区差异时,亦发现默读汉字词语在双侧大脑半球都有普遍的激活,但以左侧为著。近来有人认为,汉字与字母性语种不同,它是由各种不同的笔画构成,在阅读汉字时,主要是空间工作记忆被激活,同时还需要对汉字的笔画进行空间位置感知和笔画连接处理,而右侧大脑半球具有阶段性记忆和视觉-空间位置感知的功能,故阅读汉字时,特别是在单个汉字的阅读中,主要是以右侧大脑半球激活为主。笔者认为此结论过分强调了汉字的视觉-拼写的特征,而忽略了其他特征。汉字是表义文字,在进行汉字的识别时,不仅视觉-拼写处理被激活,语音和语义处理也很快被激活[10,11,12,13,14,15]。而左侧大脑半球通常参与逻辑分析、语音和语义的处理;谭向杰等在研究出声阅读条件下不规则汉字频率效应时,也得出了左侧额中回参与汉字视空间分析、语音和语义分析强度的协调和整合过程。右侧大脑半球则以视觉空间的处理为主。因此,进行汉字处理时,在大脑皮层有很大范围的神经活动区域。Wernicke区或称后说话区,在本研究的两组实验中均未见明显激活。在对英文词默读的脑成像研究中,有研究发现Wernicke区被激活,认为是语音加工参与造成。在对中文汉字词语的研究中也曾出现此区的激活[6,17,18,而在Petersen等的英文词语研究中却没有显示左颞上回的激活。Price等发现,在刺激成组呈现的条件下,如果每个刺激呈现时间与获得数据的时间成整数比,则左颞上回不一定激活。唐一源等采用命名(naming)方法以12名健康、右利手大学生为研究对象,以block-design刺激模式,要求受试者默读真词和假词(假字假词,只有形状而不具有音义成分),结果亦显示Wernicke区无激活,与本实验结果相一致。对Wernicke区在汉字词语处理中的功能还需要进一步深入研究。3.2broca区的激活传统观点倾向于左侧额下回主要起“语言表达”或“输出”的作用,因为该区域(主要是Broca区)损伤引起运动性失语。但本研究和国外的一些研究结果都显示左侧额下回在没有语言表达要求的实验中也被激活。有文献认为左侧额下回在语义加工任务中可能起“执行”作用,它主要进行选择、比较、判断或从记忆中提取信息。本实验中假词默读组亦发现Broca区的激活。由于只具备语音成分,不具备语义成分,在默读假词时不会产生语义处理。本实验假词默读组,与Tan等的结论很一致,进一步证实了Broca区在语音处理方面的作用。在动词产生组中可见左侧丘脑和右侧尾状核被激活,而在假词默读组则没有上述两个区域的激活。对比两个实验在实验设计上的差异,左侧丘脑及右侧尾状核可能参与了汉字词语的语义处理。有学者在Wernicke-Geschwind模型基础上进行了一系列的认知和脑成像研究,结果发现该模型存在简单化问题,过于强调皮层区域及其间相互联系通路的重要性,而事实上皮层下结构(左侧丘脑、左侧尾状核以及邻近的白质)对语言也是非常重要的。这些学者的认知和脑成像研究结果在一定程度上与本实验结果相一致,即都有左侧丘脑参与语言处理的结论,但是在尾状核的定位上存在差异。可以肯定的是,除了大脑皮层之外,皮层下的核团对语言加工处理也是非常重要的。双侧扣带回、左侧颞下回及右侧额中回只在动词产生组出现激活,但是这些区域在词语处理中的作用却没有深入的解释,其在汉字词语处理中的具体作用还有待进一步研究。3.3语言功能的研究神经解剖学上,不仅小脑有纤维投射到额叶,同时大脑皮层也有大量纤维投射到小脑,与额叶皮层相关的小脑外侧部皮层参与认知和语言功能。此发现为小脑具备语言功能这一观点提供了神经解剖学证据。本实验和其他一些汉语及非汉语研究表明,小脑具有除运动以外的其他功能,如认知和语言功能。有研究认为小脑在语义加工中可能起辅助支持作用。本实验中设想如果小脑只参与语义处理,则只在处理真词时有激活,处理假词时无激活;如果小脑参与语音处理的话,则在处理真词和假词时都会有激活。本实验结果显示,双侧小脑在动词产生组和假词默读组都有激活