声调和语法联系的快速加工

1. 参考文献 ¶

Söderström, P., Horne, M., Mannfolk, P., van Westen, D., & Roll, M. (2017). Tone-grammar association within words: Concurrent ERP and fMRI show rapid neural pre-activation and involvement of left inferior frontal gyrus in pseudoword processing. Brain and Language, 174(2017), 119-126. http://doi.org/10.1016/j.bandl.2017.08.004

2. 研究背景 ¶

在瑞典语中，词干的声调可分为低声调（“重音1”）或高声调（“重音2”），与单数后缀相连的词干是低声调，复数后缀则为高声调。可以使用声调信息来访问词汇和语法信息，这一过程由“预激活负波”（PrAN）反映出来。由于高声调的可能连续词是低声调的11倍，ERP研究发现与高声调相比，预测性更强的低声调会引起更大的负波。如果出现意外的单词后缀会导致N400和P600 ，反映出对预期内容的修改过程。

假设预测更强的词干（低声调）可以通过初级听觉皮层BA41和顶下小叶（缘上回）的后缀表征更直接地进行加工。另一方面，预测性较低的词干声调（高声调）可能导致前额叶区域的激活增加。因为这些词干会导致更大的竞争，在对词进行完全加工之前需要对其进行抑制。

在此项研究中，试图分离词干和后缀之间的抽象联系，确定缺少词汇语义信息的词干（假词词干）是否仍会引发PrAN，并研究这种作用的神经基础。由于词干后可以跟单数或复数后缀，当唯一的提示是词干声调和后缀之间的语音联系时，看看不同的词干声调是否会预激活相应的后缀。为了研究PrAN的机制，利用了ERP和fMRI进行研究。

3. 研究方法 ¶

共19名被试。所有被试的母语都是瑞典语。

由一名瑞典男性录制。刺激是具有高低声调的假词词干，后跟单数或复数后缀，或轻声咳嗽。这些词被嵌入到‘Rut got the kvup/kvups for lunch的句子中。

要求被试进行单复数判断任务，尽快判断句子中的人得到的是一件还是很多件东西。即使在有咳嗽覆盖后缀的情况下，假设被试也可以根据音调做出正确的反应。从后缀或咳嗽出现开始测量反应时和准确性。在关键词前和后缀之后，所有的句子都是相同的。这意味着词干声调是被试可以开始预激活后缀的第一个点。

在6个条件中各有40个句子，共240个句子。在两个条件中，词干声调与后缀匹配，包括低声调和高声调。在另外两个条件中，词干声调与后缀不匹配。在其他两个条件下，后缀用咳嗽代替。

实验持续时间为30分钟，分为四个模块，每个模块有60个刺激。被试通过耳机听到刺激，要求被试按下按钮以给出“单数”或“复数”的反应。在整个实验过程中，屏幕上都会显示注视十字。按钮顺序在各个模块间平衡。

4.数据分析 ¶

使用声调（低、高）和效度（匹配、不匹配）两个因素，对行为反应（反应时间和准确性）进行了ANOVA分析。

排除5名被试的EEG数据，对剩下14名被试的数据进行进一步的分析。有两个时间窗口：声调出现后500毫秒和后缀出现后800毫秒。使用200毫秒的时间窗口进行基线校正。基于先前发现的PrAN有关的脑区，观察以下ROI区域（Fz，FC1，C3，CP1，P3和CP5）。

fMRI的时间窗口为词干声调开始以及后缀开始的时间。进行了合取分析，揭示了三种条件下的后缀（单数，复数和咳嗽）激活的区域。对于声调对比，分别对低声调和高声调词干进行了有效，无效和咳嗽后缀的联合分析，以分别观察高低词干声调加工的不同效应。对后缀的分析也使用了同样的方法。

5.结果 ¶

反应时间和准确性。与有效后缀相比，无效后缀的加工速度较慢。与高声调词干相比，被试对低声调词干的后缀判断更为准确。在咳嗽条件下，两种声调的反应准确率均较高。

词干声调：预激活负波分为两个时间窗口。在70-170ms的早期时间窗口中，与高声调相比，低声调的负波向左半球后部（颞叶）分布。较晚的时间窗口270-390ms中，更倾向于左半球额叶。无效后缀出现后发现两个ERP成分：N400和P600。

高声调在额叶引起激活。高声调的最大激活部位主要从左半球岛叶（BA13）扩展到左额下回（BA44）的岛盖部。两种声调均在皮层下区域有激活，其中高声调在背侧（壳状核）中表现出强烈的活动，在左丘脑中发现只针对低声调的激活，激活部位大部分位于左半球颞叶和顶叶，但在双侧BA21/22中也有发现激活。在左半球颞上沟（STS）中发现了与高低声调对比相关的区域。此外，高声调比低声调在BA22中（颞平面）产生更多的激活。高低声调对比显示，BOLD的激活最大值出现在左半球BA39（缘上回）。

总之，与高声调词干相比，低声调词干会诱发更多的负波。研究复制了在早期时间窗口中的ERP幅度和BOLD之间强烈的负相关性。因此，BA41中低声调词干的BOLD激活增加与早期时间窗口中PrAN更大的负波相关。相反，较晚时间窗口的分析表明，BA44中的BOLD激活与ERP显著正相关。这进一步支持将PrAN的时间窗口划分为两个，且由不同的机制驱动。此外，在纹状体（双侧壳状核）和左半球BA44 / 45中发现了无效后缀的BOLD激活。

6.讨论 ¶

利用瑞典语中的声调-后缀关系研究了语言加工中的预激活。假设存在特定的声调-后缀关联，那么即使在假词中也会进行后缀的预激活。fMRI分析的结果表明预测性更高的低声调词干会导致左半球顶下小叶（缘上回）的激活。另一方面，高声调词干在前额叶区域引起大量的激活。

低声调词干会使后缀进行更直接的预激活，从而可以更有效地加工和激活单词。相反，预测性较低的高声调词干似乎需要在左半球额叶区域（额下回的岛盖部，BA44）进行更多加工，这可能与抑制候选词有关。

与以前的研究一样，低声调词干有更大的预激活负波（PrAN）。在两个时间窗口内从颞顶到额叶扩展。后缀发作后，无效的后缀会产生N400和P600，可能与不确定的预测有关。