正常成人漢語句子識別的事件相關(guān)腦電位N400實(shí)驗(yàn)研究

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正常成人漢語句子識別的事件相關(guān)腦電位N400實(shí)驗(yàn)研究

楊衛(wèi)敏1肖澤萍1陳興時(shí)1唐云翔2張?zhí)旌?張明島1范 青1樓翡瓔1陳 沖1王繼軍1

目的 探討正常成人漢語句子結(jié)尾詞匹配和非匹配事件相關(guān)腦電位(ERP）N400的特點(diǎn)。方法 應(yīng)用ERP儀，對58名19～63歲正常成人右利手受試者，進(jìn)行漢語正常句子結(jié)尾詞(匹配）與句子結(jié)尾歧義詞(非匹配）N400的實(shí)驗(yàn)研究。結(jié)果 正常成人中央?yún)^(qū)(Cz）、前額區(qū)(Fz）及頂區(qū)(Pz）腦區(qū)漢語句子結(jié)尾詞匹配的N400平均潛伏期為364 ms，平均波幅為8.9 μV；非匹配的N400的平均潛伏期為409 ms，平均波幅為12.9 μV。正常成人各腦區(qū)匹配與非匹配的漢語句子結(jié)尾詞的N400潛伏期、波幅比較有統(tǒng)計(jì)學(xué)差異。結(jié)論 正常成人漢語句子識別的N400穩(wěn)定、可靠；非匹配的漢語句子結(jié)尾詞的N400潛伏期長，波幅高。

漢語句子 事件相關(guān)腦電位 N400 正常成人

事件相關(guān)腦電位(event related potentials，ERP）中N400是一種與語言認(rèn)知事件相關(guān)的內(nèi)源性成分，它反映的是與語言相關(guān)的認(rèn)知電活動(dòng)［1，2］。Kutas等［3］首先報(bào)道在英文句子的最后詞語義歧義誘發(fā)出的潛伏期為400 ms的負(fù)波N400。隨后國內(nèi)外報(bào)告以英文刺激材料者為多［4-8］，而以漢語作為刺激材料進(jìn)行研究的報(bào)道較少。本實(shí)驗(yàn)中，我們采用句子結(jié)尾詞的漢語句子結(jié)尾詞匹配和非匹配的認(rèn)知ERP的實(shí)驗(yàn)，探討在本模式下產(chǎn)生的N400的特征，并為進(jìn)一步研究精神障礙患者的N400作準(zhǔn)備。

1 對象與方法

1.1 研究對象

正常成人來自為上海交通大學(xué)醫(yī)學(xué)院附屬精神衛(wèi)生中心的職工、上海交通大學(xué)醫(yī)學(xué)院師生和附近社區(qū)居民的志愿者，于2007年9月-2008年12月參與本研究。入組標(biāo)準(zhǔn)：①體檢正常，未發(fā)現(xiàn)軀體疾??；②血常規(guī)、生化常規(guī)和胸片均無異常；③對受試者作精神檢查，確認(rèn)以往從未發(fā)生過各類精神障礙，目前精神狀況良好；④精神病家族史陰性；⑤無酒或藥物濫用史；⑥均為右利手，視力和聽力正常。⑥母語為漢語，均可運(yùn)用普通話，文化程度大專以上。共有58名正常成人入組，其中男30名，女28名；年齡為19～63歲，平均年齡(39±16）歲；受教育年限為6～19年，平均(13±4）年。男女兩組的年齡和受教育程度均無統(tǒng)計(jì)學(xué)差異(P＞0.05）。

1.2 研究方法

1.2.1 刺激材料

本作業(yè)由76個(gè)漢語句子組成刺激，分成兩組。這些語句的最后一個(gè)詞為目標(biāo)詞(靶詞），它們與語句主體的關(guān)系在語義上分為兩類：語義一致(匹配）和語義不一致(非匹配）。句子結(jié)尾詞為目標(biāo)詞，與語句主體的搭配邏輯上和語義上高度預(yù)期的為一致，如“我剛吃了一碗餃子”，稱之為匹配。目標(biāo)詞與語句主體預(yù)期概率為零的為不一致，如“我剛吃了一碗凳子”，稱之為非匹配，等等。材料的呈現(xiàn)方式以詞為單位，即一詞一詞地呈現(xiàn)。兩組中45句為語義一致，31句為語義不一致。這些漢字均為高頻詞，使用頻率大于30次/萬，筆畫數(shù)為4～14［9］。

1.2.2 刺激呈現(xiàn)

參照漢語句子實(shí)驗(yàn)［2，10］。受試者雙眼與刺激句子平行，距屏幕約1m的距離。字句大小為4.5× 4.5 cm，每個(gè)字呈現(xiàn)時(shí)間為300 ms，詞間隔為800 ms。每個(gè)句子第一個(gè)字出現(xiàn)前500 ms有一持續(xù)呈現(xiàn)時(shí)間為300 ms的紅色“×”，提示受試者句子即將出現(xiàn)，請不要眨眼；在句子最后一個(gè)詞(靶詞）顯示后1 500 ms屏幕上顯示一個(gè)呈現(xiàn)時(shí)間為300 ms“Y”，提示此句子顯示完畢，可以眨眼休息。

1.2.3 研究步驟

讓受試者坐在舒適的椅子上，實(shí)驗(yàn)開始前以口頭方式向受試者說明本實(shí)驗(yàn)的性質(zhì)、順序作業(yè)及要求。指導(dǎo)語如下：在你的前面的屏幕上將要呈現(xiàn)漢語句子，3、2、1倒計(jì)時(shí)，提示實(shí)驗(yàn)開始，請你在實(shí)驗(yàn)過程中盡量少眨眼，不要出聲，認(rèn)真判斷所顯示的句子中最后呈現(xiàn)的詞在語義上是否正確，直至屏幕黑屏。實(shí)驗(yàn)結(jié)束，顯示正確與錯(cuò)誤的次數(shù)(通過按鍵，在非匹配句子作業(yè)中作“NO”反應(yīng)，在匹配句子中作“YES”反應(yīng)）。

1.2.4 腦電生理記錄

采用廣州潤杰醫(yī)療儀器公司研制的ERP儀，參照國際10/20系統(tǒng)，記錄電極于Fp1、Fp2、Fz、F3、F4、Cz、C3、C4、Pz、P3、P4、O1、O2、F7、F8、T3、T4、T5、T6。FPz為接地電極，雙耳(A1+A2）為參考電極，極間電阻小于5 KΩ，濾波為0.53～60 Hz。N400分析時(shí)間定為1 100 ms。將眼動(dòng)或其他原因引起波幅超過75 μV的波形刪除，把采集的數(shù)據(jù)存入計(jì)算機(jī)硬盤備用。

1.3 統(tǒng)計(jì)方法

利用差異波的分析方法，使因?qū)嶒?yàn)條件引致的電活動(dòng)更清晰，用語義非匹配句子的總平均后ERP波形減去語義匹配句子(正常）的總平均后ERP波形而獲得差異波。差異波的N400峰潛伏期和波幅的判定與常規(guī)ERP波形的判定相同。分別對匹配和非匹配的每條ERP測N400的中央?yún)^(qū)(Cz）、前額區(qū)(Fz）及頂區(qū)(Pz）峰潛伏期(從刺激開始至最大負(fù)波N400波峰的時(shí)間）和波幅(從刺激前基線到N400波峰的電壓），采用SPSS 11.0統(tǒng)計(jì)包進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，用t檢驗(yàn)分析匹配與非匹配的N400的差別。

2 結(jié)果

2.1 N400潛伏期和波幅

漢語句子的匹配N400平均潛伏期為364 ms，非匹配N400的平均潛伏期為409 ms。句子的匹配N400平均波幅為8.9 μV，非匹配N400平均波幅為12.9 μV。由表1可見，正常成人對結(jié)尾詞匹配和非匹配的N400在潛伏期和波幅有統(tǒng)計(jì)學(xué)差異，非匹配的N400較匹配的N400潛伏期長，波幅高。

2.2 N400波形

刺激呈現(xiàn)后，在150～210 ms處可看到1個(gè)在185 ms左右達(dá)到峰頂?shù)牡谝粋€(gè)明顯的負(fù)向偏移成分-N200。在N200的后面310～500 ms內(nèi)有1個(gè)較寬大而明顯的負(fù)走向成分，即-N400(圖1）。此波的終點(diǎn)與1個(gè)潛伏期約為540 ms晚發(fā)正相成分相連。

為了檢驗(yàn)這一刺激序列引出的N400的穩(wěn)定性，我們隨機(jī)選擇了其中的9名(4名男性，5名女性）正常成人記錄了前后2周的N400波形，結(jié)果發(fā)現(xiàn)兩次記錄結(jié)果吻合性良好，為本實(shí)驗(yàn)結(jié)果的可靠性提供了良好的支持證據(jù)。

表1 正常成人漢語句子結(jié)尾詞匹配與非匹配的N400潛伏期和波幅比較 ˉx±s

圖1 句子識別的N400圖譜（向上為負(fù)）

3 討論

詞語、句子等語言作業(yè)可以誘發(fā)N400波。N400能敏感地反映詞與詞、詞與上下文在語義上的聯(lián)系。目前采用匹配與非匹配的關(guān)系作為刺激方法，如句尾歧義詞、相關(guān)詞與無關(guān)詞、詞與非詞、新詞與舊詞、文字與非文字符號、圖片命名等［10，11］。近年研究發(fā)現(xiàn)，非語言作業(yè)也可引出N400波。簡單乘法運(yùn)算、圖片、手勢、音樂、面部表情、笑話等語義不一致時(shí)均可引出N400［12］。

文化程度直接影響詞匯、句法的綜合加工(詞句閱讀任務(wù)）或語義匹配(詞語選擇任務(wù)）的理解，從而影響N400的波形［2］。因此，應(yīng)選用人們長期習(xí)用的簡潔、含義精辟的詞組，并且是受試者認(rèn)識并理解的詞、語句或成語做刺激材料，這是引出N400的必要條件之一。

按照國際心理生理學(xué)會2000年提出的事件相關(guān)腦電位記錄和出版標(biāo)準(zhǔn)［13］，本研究首先建立N400測試的規(guī)范性操作與分析程序?？紤]到精神科的特殊性，以及文獻(xiàn)中獲得更廣泛應(yīng)用的句子刺激，我們嘗試并建議用句子作為刺激，這樣從認(rèn)知心理學(xué)上保證了精神科實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的特殊性和合理性。

有關(guān)精神疾病誘發(fā)電位的一些指標(biāo)存在的差異，有些學(xué)者將其原因歸咎為研究的設(shè)備、實(shí)驗(yàn)條件和技術(shù)參數(shù)的不同。然而，我們認(rèn)為除此之外，還應(yīng)將研究對象的篩選標(biāo)準(zhǔn)考慮在內(nèi)。因?yàn)橹挥薪⒘苏３扇说母拍钪?，才會有正常成人的腦電波指標(biāo)這個(gè)概念。為此，我們參考目前國內(nèi)ERP的正常成人標(biāo)準(zhǔn)而制定本研究的入組標(biāo)準(zhǔn)，以保證研究對象在生理、心理和社會功能均在健康之列。由于我們對本研究對象采用了相同的入組標(biāo)準(zhǔn)，并用同樣的實(shí)驗(yàn)方法和研究指標(biāo)，因此即使儀器設(shè)備不同，所得結(jié)果的差異并無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，故其研究結(jié)果對上海地區(qū)正常成人的同類研究具有一定的參考價(jià)值。

本研究選取腦中線部位上N400額區(qū)、中央?yún)^(qū)、頂區(qū)作為安置點(diǎn)，有助于提高測量的可信度。以這一刺激序列引出的N400波形不僅出現(xiàn)率高，波形易讀，并且重復(fù)性好。本實(shí)驗(yàn)結(jié)果句子非匹配漢語句子結(jié)尾詞的N400潛伏期較匹配組延遲，波幅明顯高于匹配組。正常成人漢語識別句子的N400穩(wěn)定、可靠。Niznikiewicz等［14］用成對字與語句結(jié)尾詞是否歧義作為刺激物分別進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，音同、形似但語義無關(guān)時(shí)均記錄到較大的N400，表明N400是語義加工的指標(biāo)。本實(shí)驗(yàn)結(jié)果也說明N400具有明顯語義的啟動(dòng)效應(yīng)。

本研究數(shù)據(jù)處理時(shí)將匹配和非匹配所引起的ERP分別疊加，以便研究。考慮到精神疾病患者對研究的合作程度不同，我們認(rèn)為刺激呈現(xiàn)不宜過于復(fù)雜，故選用簡單句子作為刺激材料，以后將通過臨床實(shí)踐探討N400在精神疾病方面的應(yīng)用價(jià)值。

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N400 event-related potentials of normal Chinese adults elicited by matching and mismatching word paradigms in Chinese sentences

Yang Weimin1，Xiao Zeping1，Chen Xingshi1，Tang Yunxiang2，Zhang Tianhong1，Zhang Mingdao1，F(xiàn)an Qing1，Lou Feiying1，Chen Chong1，Wang Jijun1.1.Shanghai Mental Health Center，Shanghai Jiaotong University，Shanghai 200030；2.The Second Military Medical University，Shanghai 200433

Objective：Compare the N400 component of events-related potentials(ERP）among normal Chinese subjects when recognizing matched and mismatched words at the end of Chinese sentences. Methods：The ERP component N400 was recorded from the central zone(Cz），frontal zone(Fz）and parietal zone(Pz）areas in 58 right-handed normal adults aged 19-63 years old while they were reading Chinese sentences ending with matching words(congruent situation）or mismatching words(incongruent situation）. Results：The combined means for the three areas of the N400 latencies and amplitudes were 364 ms and 8.9 μV in the congruent situation and 409 ms and 12.9 μV in the incongruent situation.For each of the areas assessed，the N400 latencies were significantly prolonged and the amplitudes were significantly increased in the incongruent situation compared to the congruent situation.Conclusion：The N400 component of the ERP elicited by a sentence discrimination task in normal Chinese adults is stable and reliable.N400 latencies are prolonged and N400 amplitudes are increased when test sentences end in mismatched words compared to when test sentences end in matching words.

Chinese sentence Event related potentials N400 Normal adult

2009-11-20）

(本文編輯：武春艷）

國家重點(diǎn)基礎(chǔ)研究發(fā)展計(jì)劃，973計(jì)劃(課題編號：S2009051026），國家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(30770772），國家高技術(shù)研究發(fā)展計(jì)劃(2007AA02Z420，2008AA02Z412）

1.上海交通大學(xué)醫(yī)學(xué)院附屬精神衛(wèi)生中心 200030；2.第二軍醫(yī)大學(xué) 200433。通信作者：陳興時(shí)，電子信箱：chenxingshi2008 @hotmail.com