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

a.被试

共19名被试。所有被试的母语都是瑞典语。

b.刺激

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。

c.程序

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

a.行为结果

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。

b.ERP结果

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。

c.功能磁共振成像结果

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。