默讀條件下漢字頻率、規(guī)則性效應(yīng)以及交互效應(yīng)的功能磁共振成像

默讀條件下漢字頻率、規(guī)則性效應(yīng)以及交互效應(yīng)的

功能磁共振成像碩士研究生：譚向杰指導(dǎo)教師：翁旭初研究員答辯日期：2004年6月15日提綱一：研究背景二：研究目的三：研究方法四：研究結(jié)果五：討論六：結(jié)論與展望一研究背景從字形（orthography）信息轉(zhuǎn)換到語音（phonology）信息的能力是單詞閱讀的基礎(chǔ),而字詞識別中的頻率與規(guī)則性效應(yīng)是探討形音轉(zhuǎn)換機制的重要手段。頻率（frequency）對于高頻字詞,讀者因為對其熟悉,因此不論拼音文字還是漢字,讀者都可以由字形直接通達發(fā)音；但是對于低頻字詞，讀者需要對其字形進行再加工：對于拼音文字，讀者需要根據(jù)發(fā)音規(guī)則進行加工；對于漢字，讀者需要根據(jù)聲旁的發(fā)音推測整字的發(fā)音。因此，讀者對高頻單詞的反應(yīng)速度比低頻快，稱之為頻率效應(yīng)。

規(guī)則性(Regularity)拼音文字的規(guī)則性:發(fā)音能否建立在拼寫法基礎(chǔ)上(拼寫到發(fā)音的一致spelling-to-soundconsistency)。規(guī)則詞:hint,mint,lint.不規(guī)則詞:pint漢字的規(guī)則性:聲旁與整字關(guān)系。聲旁與整字發(fā)音一致，規(guī)則字；如果完全不一致，不規(guī)則字。對于規(guī)則拼音文字，讀者可以通過拼讀規(guī)則通達發(fā)音,但是對于不規(guī)則拼音文字，傳統(tǒng)的拼讀規(guī)則不起作用；對于規(guī)則漢字，讀者可以通過聲旁來推斷整字發(fā)音，但是對于不規(guī)則漢字，聲旁的發(fā)音與整字發(fā)音不一致導(dǎo)致了沖突。

讀者對規(guī)則詞的反應(yīng)速度也快于不規(guī)則詞，稱之為規(guī)則性效應(yīng)。交互效應(yīng)：相對于高頻規(guī)則詞（gave）、高頻不規(guī)則詞（have）、低頻規(guī)則詞（mint），被試對低頻不規(guī)則詞（pint）的閱讀速度最慢，錯誤率最高,因為頻率與規(guī)則性兩個因素同時起作用時產(chǎn)生了附加效應(yīng)。腦成像研究拼音文字的腦成像研究也研究了頻率、規(guī)則性效應(yīng)、交互效應(yīng)（Fiezetal,1999;Herbsteretal,1997;Howardetal,1992;Petersenetal,1989;Priceetal,1994;Rumseyetal,1997.）。但是PET存在分辨率低的不足。漢字單字閱讀的腦成像也有研究報告（Tanetal，2001；Kuoetal，2003），但是不足之處（1）他們分別只考慮了規(guī)則效應(yīng)與頻率效應(yīng)。（2）分別是出聲朗讀與詞匯判斷1)系統(tǒng)考慮頻率與規(guī)則性效應(yīng)，并研究二者之間存在的交互效應(yīng)進而對形音關(guān)系進行系統(tǒng)的研究。2)默聲閱讀的原因

為什么用事件相關(guān)？】二研究目的目的(1):通過研究漢字閱讀的頻率、規(guī)則性及其交互作用，來研究漢字形—音關(guān)系的獨特性。(2):比較系統(tǒng)的關(guān)于漢字閱讀中頻率、規(guī)則性及其交互作用的腦功能成像實驗數(shù)據(jù)?！咳芯糠椒ū辉嚕航】荡髮W(xué)生、右利手、普通話流利、非語言相關(guān)專業(yè)刺激材料:左右結(jié)構(gòu)漢字,20個高頻規(guī)則字20個高頻不規(guī)則字20個低頻規(guī)則字20個低頻不規(guī)則字高頻字是指每一百萬字中某字出現(xiàn)的次數(shù)為1000-2000,低頻字是50-100.規(guī)則字是聲旁發(fā)音與整字完全一致,不規(guī)則字是聲旁與整字完全不一致.刺激呈現(xiàn)：E-prime軟件，視覺呈現(xiàn)任務(wù)：被試完成默聲閱讀任務(wù)序列實驗設(shè)計：快速事件相關(guān)設(shè)計

刺激隨機呈現(xiàn)刺激間隔（SOA）隨機變化（最短2秒，最長24秒，平均6秒）圖像采集：SiemensSONATA1.5T磁共振儀（北京市安貞醫(yī)院）掃描：被試頭部嚴格制動，枕部墊海綿墊

解剖像：T1加權(quán)，快速旋轉(zhuǎn)回波（FastSpinEcho）脈沖序列（TR=447msTE=15msflipangle=90°FOV=220*220Matrix=256*256）

功能像：T2*加權(quán)的梯度回波—回波平面成像脈沖序列（EPI）TR=2秒，TE=60毫秒，F(xiàn)OV=220mm*220mm，F(xiàn)lip-angle=90度，矩陣=64*64，平面解析度3.44mm*3.44mm，層厚=5mm，間距=1.5mm。20層連續(xù)軸位掃描以覆蓋全腦。

3D像：快速低角度射頻脈沖序列（FLASHTR=30msTE=1.17msflip-angle=35°FOV=325*325Matrix=192*256）進行全腦的三維掃描。數(shù)據(jù)分析（AFNI軟件包）預(yù)處理各向同性高斯平滑（FWHM=5mm）不同腦層間配準(zhǔn)生成激活圖】四研究結(jié)果表1高頻規(guī)則漢字激活區(qū)及

Talairach坐標(biāo)激活腦區(qū)Brodmann分區(qū)坐標(biāo)(X,Y,Z)mmP值Lmiddlefrontalgyrus9-44,11,330.0026Lprecentralgyrus4-34,6,358.6×10-4Supplementarymotorcortex65,47,370.0042Lsuperiortemporalgyrus22-57,-37,124.8×10-5Lfusiformgyrus37-37,-36,-155.1×10-5Linferiorparietallobule40-44,-30,326.6×10-4Rinferiorparietallobule4052,-30,32Rmiddleoccipitalgyrus1931,-87,41.3×10-5Lanteriorcingulate24-7,-6,390.0066表2高頻不規(guī)則漢字激活區(qū)及Talairach坐標(biāo)激活腦區(qū)Brodmann分區(qū)坐標(biāo)(X,Y,Z)mmP值Linferiorfrontalgyrus47-40,16,-110.0013Lprecentralgyrus4-60,10,51.7×10-5Lmiddlefrontalgyrus9-44,34,333.3×10-3Lmiddlefrontalgyrus8-21,40,392.4×10-4Supplementarymotorcortex66,-19,660.0025Lsuperiortemporalgyrus38-44,14,-160.0019Rmiddletemporalgyrus3944,-74,141.6×10-4Lprecuneus7-27,-44,454.5×10-7Lcingulategyrus24-4,5,360.0018Lfusiformgyrus20-34,-41,-140.0012Rthalamus15,-28,28.3×10-4Rinsula1347,50,-10.0046表3低頻規(guī)則漢字激活區(qū)及

Talairach坐標(biāo)

激活腦區(qū)Brodmann分區(qū)坐標(biāo)(X,Y,Z)mmP值Lmiddlefrontalgyrus10-32,49,-73.7×10-5Supplementarymotorcortex6-1,12,486.5×10-4Lprecentralgyrus4-44,-10,554.0×10-5Lpostcentralgyrus3-57,-14,491.1×10-4Rsuperiorfrontalgyrus1022,51,-10.0025Linferiorparietallobule40-27,-42,504.9×10-6Lsuperiorparietallobule7-24,-60,621.1×10-5Rangulargyrus3947,-70,355.6×10-6Lmiddleoccipitalgyrus37-45,-60,-82.5×10-6Rlingualgyrus1925,-75,03.1×10-4Rmiddleoccipitalgyrus1831,-85,107.7×10-5Rprecuneus1931,-70,373.1×10-6Lfusiformgyrus36-41,-34,-221.1×10-7Rfusiformgyrus1825,-94,-213.5×10-4Lparahippocampalgyrus-40,-16,-141.7×10-4Lanteriorcingulate24/32-18,35,-37.8×10-6Ranteriorcingulate246,27,-16.9×10-4Rcingulategyrus245,-12,276.4×10-4Lthalamus-14,-14,-23.4×10-4Rthalamus8,-8,187.7×10-4表4低頻不規(guī)則漢字激活區(qū)及

Talairach坐標(biāo)

LIR激活腦區(qū)Brodmann分區(qū)坐標(biāo)(X,Y,Z)mmP值Lmiddlefrontalgyrus10-34,52,-85.2×10-5Linferiorfrontalgyrus47-51,18,22.1×10-7Lsuperiorfrontalgyrus10-17,60,181.9×10-4Rmiddlefrontalgyrus954,15,323.1×10-4Supplementarymotorcortex62,18,537.4×10-8Lprecentralgyrus4-60,-14,347.2×10-6Linferiortemporalgyrus37-41,-57,-45.0×10-10Lsuperiortemporalgyrus22-57,-38,122.7×10-6Lfusiformgyrus37-37,-40,-144.7×10-9Rinferiortemporalgyrus1944,-54,-55.6×10-4Linferiorparietallobule39-40,-36,552.7×10-4Lsuperiorparietallobule7-27,-57,612.2×10-7Lpostcentralgyrus5-31,-41,646.8×10-5Lmiddleoccipitalgyrus18-34,-83,27.3×10-5Rmiddleoccipitalgyrus1931,-78,151.6×10-4Rinsula1337,12,-32.2×10-4Lcingulategyrus24-1,-1,309.3×10-4Rcingulategyrus3121,-52,243.4×10-4頻率效應(yīng)作用激活圖左側(cè)額中回（BA9）、左側(cè)額下回（BA47）、左側(cè)顳下回（BA37）、輔助運動區(qū)（BA6）、左側(cè)運動前區(qū)（BA4）、雙`側(cè)紋外皮層（BA19）低頻漢字的激活顯著強于高頻漢字的激活，表現(xiàn)出顯著的頻率效應(yīng)。規(guī)則性效應(yīng)的作用激活圖右側(cè)島葉（BA13），不規(guī)則漢字的激活顯著強于規(guī)則漢字的激活，表現(xiàn)出顯著的規(guī)則效應(yīng)。四類刺激作用激活圖由上圖可以看出左側(cè)島葉（BA47）及扣帶回前部、后部(左側(cè)，BA24；右側(cè)，BA31）在閱讀低頻不規(guī)則漢字時激活最強，表現(xiàn)出頻率與規(guī)則性之間的交互效應(yīng)。】五討論本實驗結(jié)果統(tǒng)計了四種刺激條件下大腦腦區(qū)激活。我們的討論將主要集中在頻率效應(yīng)、規(guī)則性效應(yīng)、交互效應(yīng)三部分。頻率效應(yīng)1：左側(cè)額下回的頻率效應(yīng)與Fiez等（1999）采用英語單詞所觀察到的實驗結(jié)果非常相似。被試在閱讀漢字時，對于較熟悉的高頻漢字，被試可直接通過詞匯水平的形—音通路直接通達單詞的發(fā)音。而對于不熟悉的低頻漢字，被試似乎只能借助聲旁的發(fā)音閱讀整字，并由此激活了左側(cè)額下回。如果這種解釋合理的話，那么漢字中也存在一定的形—音轉(zhuǎn)換規(guī)則，而且其神經(jīng)基礎(chǔ)也與拼音文字一樣位于左側(cè)額下回，盡管這種規(guī)則與GPC有一定差異大量功能成像研究顯示，左側(cè)額下回可分為兩個亞區(qū)，分別對應(yīng)于語言加工中的語音與語義成分（Bookheimer2002;Buckneretal.,1995;Dembetal.,1995;Fiebachetal.,2002;Fiez,1997;Fiezetal.,1999;FiezandPetersen,1998;Gabrielietal.,1998;Poldracketal.,1999;Price,2000;Wagneretal.,2000,2001）。本研究發(fā)現(xiàn)的激活部位位于前一個亞區(qū)。2：左側(cè)額中回（BA9）:本實驗首次觀察到該腦區(qū)在閱讀漢字時顯示出顯著的頻率效應(yīng)。該腦區(qū)在許多以漢字詞為實驗材料的研究中都可以見到明顯的激活（e.g.,Wengetal.1999,Tanetal.2000,Xiangetal.2003），而在以拼音文字為實驗材料的研究中卻鮮有報道。我們認為，BA9可能參與漢字視空間分析、語音及語義分析強度的協(xié)調(diào)與整合過程，在閱讀相對不熟悉的低頻漢字時必然需要更多上述分析過程，因此就會更顯著地激活BA9。3：左側(cè)初級運動區(qū)與雙側(cè)SMA也觀察到了顯著的頻率效應(yīng)。一些研究者認為這些區(qū)域?qū)τ谟脕韴?zhí)行發(fā)音的準(zhǔn)備與言語協(xié)調(diào)的運動執(zhí)行是必需的（Dronkers,1996;Wiseetal.,1999）。對于拼音文字，被試閱讀高頻單詞時可以直接由形通達音，但是對于低頻單詞，由于被試在加工時需要更多的判斷，因此執(zhí)行發(fā)音的準(zhǔn)備與言語的協(xié)調(diào)需要更長的時間。我們認為這一解釋同樣適合漢字：在對低頻漢字加工過程中，被試可能需要對聲旁與整字的關(guān)系進行進一步的判斷，因此執(zhí)行發(fā)音的準(zhǔn)備與言語的協(xié)調(diào)也需要更長的時間（c.f.,Kuoetal.,2001）。4：左側(cè)顳下回與雙側(cè)的紋外皮層觀察到顯著的頻率效應(yīng)。紋外區(qū)和顳下回都是高級視覺區(qū)，由于被試對低頻漢字不夠熟悉，在對其加工時必然需要對字形特征進行更加細致的分析，因此這些腦區(qū)就會顯示更強的激活。規(guī)則性效應(yīng)本實驗在右側(cè)島葉觀察到了顯著的規(guī)則性效應(yīng)，即閱讀不規(guī)則漢字的激活強于閱讀規(guī)則漢字。根據(jù)有關(guān)文獻，我們認為有以下幾種可能導(dǎo)致了右側(cè)島葉的規(guī)則性效應(yīng)。第一種可能是右側(cè)島葉參與發(fā)音規(guī)則的提取。在漢字形聲字中，約有三分之一漢字的整字與聲旁的讀音一致（Li,1980），因此，盡管漢字缺乏GPC規(guī)則，但根據(jù)聲旁推測讀音也可看作一種規(guī)則。Raichle及其合作者（Raichleetal.1994,Pertersonetal.2000）的一系列研究表明，在進行動詞產(chǎn)生的反復(fù)學(xué)習(xí)過程中，右側(cè)島葉的活動相對增強，其中一個原因是被試逐漸掌握了執(zhí)行任務(wù)的規(guī)則。由此可見，右側(cè)島葉參與通用規(guī)則的運用，而不僅僅是針對發(fā)音規(guī)則。第二種可能是被試在閱讀不規(guī)則漢字時，根據(jù)聲旁發(fā)音和從字形直接通達語音的機制產(chǎn)生了沖突，從而導(dǎo)致右側(cè)島葉的顯著激活。被試在閱讀規(guī)則字時，從字形直接通達語音的通路與另外一條根據(jù)聲旁對整字進行加工的通路都被激活，由于兩條通路的發(fā)音一致，因此不會造成沖突。而對于不規(guī)則字，聲旁與整字發(fā)音的不一致加劇了被試在有限判斷時間里的心理沖突，由此而導(dǎo)致右側(cè)島葉有更強的激活。最后一種可能是右側(cè)島葉與自動加工有關(guān)。Raichle等（1994）在其實驗中使用動詞產(chǎn)生任務(wù)，發(fā)現(xiàn)隨著對某一名詞反復(fù)學(xué)習(xí)過程，島葉激活逐漸增強，因此，他們認為島葉參與了大腦中自動系統(tǒng)的功能。島葉可能參與了大腦多種功能過程，如運動的計劃、語音特征的分析、自動化控制等功能，并在其中發(fā)揮著對這些信息進行分析和整合的作用，即在多種神經(jīng)過程中發(fā)揮更一般的功能。我們的實驗中，觀察到島葉在不規(guī)則漢字中激活更為明顯，可能與不規(guī)則刺激在發(fā)聲時所需更多的語音分析和更精細的運動控制等神經(jīng)過程有關(guān)。交互效應(yīng)

本實驗在扣帶回前部和后部、左側(cè)島葉觀察到顯著的頻率與規(guī)則性交互作用，其激活在閱讀低頻不規(guī)則漢字時最強?？蹘Щ靥貏e是其前部是當(dāng)前認知神經(jīng)科學(xué)中研究最多的腦區(qū)之一，被認為與注意、執(zhí)行和抑制或者說任務(wù)轉(zhuǎn)換功能有關(guān)，也被認為在認知的執(zhí)行控制和實時監(jiān)控以及通過探測認知階段比如反應(yīng)競爭等，來對所需要完成的任務(wù)進行評估（forreview,see:Posner&Rai