词汇预测的MEG证据

1. 参考文献 ¶

Dikker, S., & Pylkkänen, L. (2012). Predicting language: MEG evidence for lexical preactivation. Brain & Language, 217(2013), 55-64. http://doi.org/10.1016/j.bandl.2012.08.004

2. 研究背景 ¶

先前的研究表明，预期加工可以导致ERP对语言预期不一致的反应，这表明预期语言加工需要预先激活与预期词汇句法元素相关的语言表征。但这样的实验设计可能会导致观察的是预期违反而不是预激活过程本身。本研究调查了基于图像的视觉单词形式的预测，看语境（视觉图像）提示是否可以形成预期，而不是违反特定的预期。

为形成预期，需要在脑区中预先激活相关表征，则由于这些表征的“预激活”，脑区的激活增加。脑磁图（MEG）研究发现M100是视觉皮层中产生的非常早的反应，对是否满足特定单词或单词类别的预测很敏感。有研究人员认为这种敏感性来自视觉皮层的自上而下的加工。除了视觉皮层的预激活，与预期加工有关的脑区可能包括：（1）前额叶皮层的腹侧区域参与了视觉对象识别的预期和自上向下的加工。（2）颞叶中部（MTC）、前侧和后侧、额下回（IFG），分别与词汇访问、检索和选择相关。

除了研究哪些脑区被用于预测加工，还探讨了对预期的敏感性是否集中在特定的脑波频段范围。最近的研究发现，集中在θ频段内的mPFC激活与预测错误反应相关。本研究进一步将θ频段与词汇语义加工相关联，研究两者之间的关系。

3. 研究方法 ¶

22位被试，右利手，视力正常或矫正。

图1

在四个条件下（高预测语境的匹配/不匹配，非预测语境的匹配/不匹配）展示了80种不同的图片和名词。图片之后显示注视十字和限定词"the",在图像呈现和目标名词出现之间1500ms的时间内保持不变。随后出现名词，一半与前面的图片匹配，并让被试参与了判断任务。例如，一张苹果的照片被用来对随后的名词（苹果）产生强烈的预测。香蕉这样的词就违背了这种强烈的预测。除了表示特定物体的图片之外，还有表示动物或食品类别的图像：购物袋的图片代表可食用或可饮用的物体，而诺亚方舟图片与描述动物的名词有关。对于特定物体图片的试验，会有图片与名词之间的一对一映射（高预测语境）。而购物袋或诺亚方舟的试验中，图片可以映射到整个单词范围，即无法预测特定单词（非预测语境）。特定物品图片显示两次，表示类别的图片显示40次。

图2

刺激被投影到距离被试头部50厘米的屏幕上。图片和文字均显示在75％的灰度的背景上，文字显示为白色。图像首先显示900ms。此后，出现300ms的空白，接着是注视十字（300ms），然后出现名词短语（逐字，300ms）。在实验结束时，要求被试指出名词短语是否准确地描述了前面的图片（MATCH：左手食指；MISMATCH：左手中指）。屏幕上会反馈正确答案。下一次实验的开始是自动的。

实验开始前，向被试展示所有图片和相应的名词，并进行30次练习试验。实验由两个模块组成。在模块1，只进行了高度预测性试验（共160项试验）。模块2包含高度预测性和非预测性试验（共320项试验；模块2中的高度预测性试验重复模块1）。因此，被试从模块2开始就已经熟悉了所有高度预测性的图片-名词对，从而增强了高度预测性条件下图像的预测性。

4.数据分析 ¶

七名被试的数据被排除。此外，排除了判断错误的试验，每个被试平均总共排除15％的数据。进行基线校正后，时间窗口锁定到目标名词开始（刺激前2400毫秒；刺激后600毫秒）。也进行了四个频段的数据分析：Beta（13–30 Hz），Alpha（8–12 Hz），Theta（4–7 Hz）和Delta（.1–3 Hz）。

5.结果 ¶

2（语境：预测与+预测）*2（匹配与不匹配）被试内部方差分析表明语境对准确性和反应时的主效应：与非预测条件相比，高度预测条件的反应速度更快，且所犯的错误更少。

在图片出现期间，我们观察到与非预测性条件相比，预测性条件下的大脑激活强度增加，这可能是由于被试对图片的熟悉（每张图片在非预测条件下重复了40次，但在预测条件下只有两次）。图片呈现过程中预测条件与非预测条件之间的大脑活动差异持续了约600 ms。重要的是，在目标单词开始之前的1800毫秒至450毫秒之间，大脑活动之间没有明显的差异。结果更着重于名词出现之前的时间窗口，即在限定词“the”的出现期间 。 在名词出现之前，在预测性条件下，视觉皮层中的激活更强。除视觉皮层外，在刺激前时间窗口中，与非预测性条件相比，在预测性条件下更活跃的其他两个区域包括左半球颞叶中部（MTC;该脑区被认为参与词汇访问）和前额叶皮层的腹内侧（vmPFC，该区域可能与自上而下的调制，注意力和预测错误反应有关）。此外，在名词出现期间也观察到相同的结果。

对于在alpha或beta频段内的数据，未观察到语境的影响。在θ频段内，与非预测条件相比，观察到了预测条件下的视觉皮层活动增强。相反，在delta范围内，在非预测条件下中观察到了视觉区域的激活增强。为研究delta和θ对一致的敏感性是否不同，进行了频率和一致性的方差分析，发现在名词发作后0和200ms之间未观察到频率和一致性的交互作用。

总之结果表明：在目标名词出现之前，与非预测语境相比，在预测性语境下左颞叶中部、前额叶皮层腹内侧和视觉皮层的激活更强；（b）预测加工的效果似乎集中在θ频段； （c）预测性语境中，在名词出现前表现出增强激活作用的脑区，在目标词出现期间表现出同样的效应。

6.讨论 ¶

这项研究的目的是确定在目标名词出现之前，与预测语言加工有关的脑区。发现非预测条件相比，视觉皮层、左颞皮层和腹内侧前额叶皮层，在预测性条件下显示出增强的激活。这些效应集中在θ频段中。

在刺激出现之前，高预测性语境在视觉皮层中的激活更强，可能是形式特征的预激活。由于左颞叶中部支持词汇访问，因此，在刺激出现之前左中颞皮层的激活增强很可能反映了预测词汇表征的预激活。前额叶皮层是不同皮层之间的整合区域，在不同的表征水平之间可能具有至关重要的联系功能。在当前研究中，vmPFC可能促进了词汇-语义预期，也就是从颞叶到枕叶区域的交流，将词汇-语义表征转换为形式预期。总之这项研究支持语言加工本质上是高度预测性和自上而下的。 论文原文