论文信息 ¶
Kutas, M., & Hillyard, S. A. (1980). Reading Senseless Sentences: Brain Potentials Reflect Semantic Incongruity. Science, New Series, 207(4427), 203–205.
摘要 ¶
在句子阅读任务中，语境之外的词语诱发了特殊的ERP脑电类型。物理异常的词语（比一般词语字号大）诱发了一组晚期正成分，而语义违反词语诱发了晚期负波（N400）。因此，N400成分很可能是语义违反信息“再加工”的电生理指标。
研究背景 ¶
研究者认为语言理解是一种对文本或对话中可能出现的下一个词语进行持续的检测验证和不断更新的过程（Levin & Williams,1970）。例如，尽管有多个选项可供选择，但大多熟悉英语的人在填写句 子“I take coffee with cream and ？（我喝咖啡放奶油和 ？）”时都会选用“sugar（糖）”。一般来说，在语境中预期出现的词语相比于单独出现的同一词语或是与语境语义不符合的词语的识别、记忆和描述会更快更准确(Schuberth & Eimas, 1977)。
研究方法 ¶
该研究使用ERP技术考察了对句末词语语义符合句子语境预期和不符合语境预期的句子进行阅读的加工情况。
被试 ¶
所有被试均为健康成年人，年龄为18-35岁，对实验目的都不了解。参加三个实验被试的数量分别是11、12和9。
行为实验 ¶
语义违反程度的行为学测试是由被试对第七个词语进行七度量表评估获得的，“1”表示“符合预期”，“7”表示“完全违反预期”。语义一致词语的平均评估值为1.39±0.13，中度违反词语的平均评估值为 6.28±0.16，高度违反词语为6.96±0.02。高度和中度之间构成显著差异（Mann-Whitney U test，P<0.002）。
ERP实验 ¶
实验设计及材料 ¶
在这些实验中，每个被试需要默读160个句子，每个句子由7个词语构成，句子逐词呈现，实验之后被试需要回答与句子内容相关的问题。在前两个实验中，随机抽取25%的句子，其句末词与句子语义不符合（但是符合语法规范）。每位被试都参加了所有的实验。
实验刺激包括以下三种：句末词的语义中度违反预期词语、句末词的语义高度违反预期词语和句末词的语义符合预期但是字号偏大。
| 实验 | 句末词语义违反程度 | 字号 | 例句 |
|---|---|---|---|
| 实验一 | 中度（moderate） | 小号 | He took a sip from the waterfall.（他喝了一小口瀑布。） |
| 实验二 | 高度（strong） | 小号 | He took a sip from the transmitter.（他喝了一小口发报机。） |
| 实验三 | 不违反 | 25%的句末词偏大 | He took a sip from the drink*.（他喝了一小口饮料。*） |
小号和大号字母的高度分别为0.89°和2.64°。
实验程序 ¶
图1A为刺激呈现的时间。每个句子呈现之前是滑动的XXXXX，之后是2s的间隔，滑动的词语以每秒中呈现100ms的速度闪现。在10个练习句子之后，实验呈现16个组块，每个组块包括10个句子，被试坐在舒适的椅子上进行实验。
数据分析 ¶
使用非极化电极记录头皮电生理活动，包括额叶（Fz）、中部（Cz）和顶叶（Pz）区域，乳突为参考电极，放大带宽是0-40Hz，眼动和眨眼由右眼下侧和双眼外侧的电极进行监测，剔除出现眼动或是眨眼的序列。所记录的数据存储在FM带子中，使用PDP-11/45电脑进行离线处理。
ERP结果 ¶
ERP平均波形图见图1A,每个句子的七个词语呈现之后均出现一个持续的负波（CNV）。句末词之后的CNV的“分辨率”呈现正走向，异常词语出现了特殊的ERP成分。物理异常，即字号较大的第七个词语诱发了典型的晚期正成分（P560），而在较小的第七个词语后没有出现。而语义违反的第七个词语呈现后诱发了一个负成分（N400），在250ms开始，400ms达到波峰（虚线）。
所有被试对第七个词语反应的ERP总平均波形图显示语义违反程度最高（图1C）的N400比语义中度违反的波幅更显著（图1B），且在所有的电极点上该差异都呈现出显著性，N400的潜伏期在300-600ms。另外，比较明确的是在刺激前d-c基线水平之上的N400成分构成了负向偏离（见图1C）。
图 1
A：三个例句中词语呈现的时间以及句子中七个词语的ERP 波幅，实验二中三个被试的平均波幅（虚线和实线），实验三中三个被试的平均波幅（点线）。
B-D：分别是实验一、二、三中的数据。第七个词语呈现之后，所有被试Pz 点的正常词语（实线）和异常词语（语义异常，虚线；物理异常，点线）对比的平均波图。对300ms阴影区域进行定量分析，将第七个词语异常类型的ERP波幅减去正常类型的波幅获得差异波的平均值和标准差，由ERP反应右侧相对应的条形图呈现。
实验二中不同被试的N400波幅呈现一致性，见图2A。对于不同的被试，每一个追踪都是一个“差异波”，由第七个词语语义违反类型的ERP平均波幅减去语义符合类型的波幅获得。每个被试在对语义不符合词语加工时，其N400范围内都呈现出负走向趋势。12个被试的差异波（图 2B）显示N400是一种分布广泛的单向负波。
图 2：实验二中的差异波（语义高度违反）。从语义违反类型的ERP平均波幅减去语义正常类型的波幅得到差异波。A图中每一条追踪代表一个被试的差异波。B图是12个人ERP总平均波形图。
图1D 比较了实验三中句末词字号大小两种类型的ERP平均波幅。较大字号的类型诱发了一组晚期正波，有三个主要的波峰（P210、P360、P560），几乎每个被试的这组波幅都具有典型性。
研究结论 ¶
语义和物理异常随机呈现的实验结果显示同一类型的句子诱发了具有典型特征的ERP成分，即语义违反之后呈现N400，物理异常呈现晚期正成分P300。
已有的研究发现当刺激与预期不符时，会诱发晚期正成分（P300）及其相关的波幅（E. Donchin et al.,1978），但本研究中的N400与之并不符合。由于N400之后没有其他任何正成分出现，所以该成分不可能是P300之前的N2或是N200成分的延迟。且N400分布在中部-顶叶区域，与N2的报道也不相同。N400与P300之后负波阶段的“慢波”也不同，因为慢波主要分布在后部区域（Rohrbaugh et al.,2022)。
实验讨论 ¶
许多感知和认知加工的相关研究中都报道了ERP负成分，其中，N400似乎与CNV相关度最高，即当对刺激有较强的预期时会出现CNV，且当这些刺激需要更多详细的加工时该成分会进一步延长（Donald, 1970）。但是如果N400是CNV的延长或是扩展形成的，那么这是第一次在复杂的语言加工中发现这样的效应。不管N400与之前描述的ERP的何种成分相关，研究者可以明确的是语义违反和物理异常激活了不同的大脑活动。P300和N400之间的生理差异表明对意料之外的事件的认知反应模式还需要进一步的研究探讨。
研究者目前还不能确定对语义违反进行反应的哪个方面诱发了N400，需要进一步考察N400是否只是针对词语语义违反还是也包括其他语言或非言语内容预期违反的情况。但是，N400并不是对所有的语言或是有意义刺激的普遍反应，因为已有研究报道对这些刺激的反应与P300波幅相关（Shelburne,1977）。相反，N400可能反应的是持续的句子被语义违反的词语打断了，或是当人们从无意义的句子中提取意义时需要“再加工”或者“二次查看”。至于进一步加工的程度是自动的还是需要对该异常词语进行有意识的转换注意还需要进一步的研究（Stanovich & West，1979）。
N400波幅很可能为自然语言理解，甚至也可能为语境中涉及到的时间、类别和认知加工的相互作用提供了有用的信息。测量N400很可能反应句子（或是段落）不同类型语义信息被提取的位置，因此也能促进对阅读的理论分析。
最后，因为阅读中N400的出现依赖于高水平的语义加工，因而该波幅可以考虑将其作为阅读受损或是语言障碍的临床评估工具之一。