動植物分類任務中的左側半球優(yōu)勢

王培培 陳昭燃

(首都醫(yī)科大學高級腦功能研究中心，北京100069)

對外界信息的分類加工是人腦實現(xiàn)高效知覺加工的基本機制［1-2］。以此機制為基礎，人腦發(fā)展出加工不同類別刺激的“專家化系統(tǒng)”，如對面孔信息具有特異性的梭狀回面部區(qū)(fusiform face area，F(xiàn)FA)［3］。目前對自然物體分類的研究多采用動物/非動物或者人工物體作為刺激，也有許多研究［4-6］比較生物與非生物刺激。然而卻很少有研究涉及“生物”這一大分類中的差異。生物進一步又可分為動物和植物，它們在人類進化和社會化過程中扮演的作用不同:動物對人類的威脅更具主動性和攻擊性。在長期的進化中，人類大腦可能發(fā)展出對動植物不同的加工機制。例如人類視覺加工系統(tǒng)對運動物體具有明顯的加工優(yōu)勢［7］。

在研究哪些腦區(qū)對動植物概念的加工存在差異前，一個重要的問題是:對動植物概念的加工是否存在半球優(yōu)勢?為驗證這種可能性，我們分離動物類別和植物類別的刺激，測量被試判斷它們的聲音反應任務的反應時差異。進而，我們試圖檢驗人類對動植物類別的加工機制是否與腦功能的偏側化有關。我們比較右利手被試分別用左手和右手對動植物分類的按鍵反應。右利手被試通常存在左半球加工優(yōu)勢［8-9］，如果人腦對動植物分類的加工存在偏側化現(xiàn)象，那么對動植物判斷在使用左手或右手做出反應時應存在差異。

1 材料與方法

1.1 研究對象

從首都醫(yī)科大學招募25名右利手被試［女性，平均年齡(23.00±1.75)歲］，所有被試視力或矯正視力正常，無神經(jīng)、精神病史。被試在實驗前閱讀并簽署了行為研究知情同意書。此研究獲得首都醫(yī)科大學倫理委員會的批準。

1.2 問卷測量

愛丁伯格利手量表［10］:測量被試在應對日常活動(如:寫作、用筷子、刷牙、用剪刀)時使用右手或者左手的頻率。被試根據(jù)實際情況評定自己在10個日?；顒禹椖恐械淖笥沂至晳T。評定規(guī)則為:若傾向于使用某一只手，在相應的框內(nèi)打一個“+”;若某只手絕對占優(yōu)，一般從來不試著使用另外一只手去嘗試，在相應的框內(nèi)打兩個“+”;若無論是用哪只手都可以，在左右兩欄中都打一個“+”。

特質(zhì)心理測量量表［11-12］:包括特質(zhì)焦慮量表(trait anxiety inventory，TA)和狀態(tài)焦慮量表 (state anxiety inventory，SA)。TA描述相對穩(wěn)定的，作為一種人格特質(zhì)且具有個體差異的焦慮傾向;SA描述一種不愉快的情緒體驗，如緊張、恐懼、憂慮和神經(jīng)質(zhì)，伴有非自主神經(jīng)系統(tǒng)的亢進，一般為短暫性的。本實驗使用這兩種量表測量被試是否存在焦慮特質(zhì)或處于焦慮狀態(tài)。

1.3 刺激材料

研究者自《現(xiàn)代漢語頻率詞典》［13］選取120個單字名詞，包括60個動物名詞(如:貓、豬、狼)及60個植物名詞(如:柳、蓮、梅)，并嚴格控制詞頻和筆畫數(shù)，使其在兩種類別間差異無統(tǒng)計學意義［t(59)=0.59，P=0.126］。這些詞被制作為正方形黑底白字圖片，水平和垂直視角均為1°，用于呈現(xiàn)給被試。

1.4 實驗程序

被試坐在計算機屏幕(19英寸CRT顯示器)正前方，距離屏幕80cm。實驗前要求被試填寫上述量表，并練習實驗任務。在正式實驗的每個trial中，計算機程序在屏幕中心呈現(xiàn)一個名詞，持續(xù)時間為1s。在trail之間，在屏幕中央呈現(xiàn)一個“十”字，以控制被試的注意。120個名詞按照偽隨機順序出現(xiàn)，兩類刺激交替出現(xiàn)，每完成60個trial后，被試休息3 min。實驗完成后，實驗者要求被試再次填寫狀態(tài)焦慮量表作為后測水平。

圖1 被試聲音判斷動物和植物分類時的聲音波形圖Fig.1 Voice waveforms in pronunciations of animal vs plant nouns

實驗包括2種反應任務，一種是聲音反應任務:實驗者要求被試判斷在屏幕上呈現(xiàn)的名詞的類型(動物或植物)，并大聲說出該名詞的分類(動物或植物)。本研究使用話筒記錄被試的聲音反應，并從中計算被試的反應時間。為準確記錄反應時間，我們編寫刺激程序，使其在每一個視覺刺激開始時發(fā)出一個短暫的1 000 hz聲音(beep)。我們利用Matlab(Mathworks Inc，USA)編寫的程序?qū)τ涗浀穆曇粜畔⑹紫冗M行濾波和降噪處理，再計算刺激呈現(xiàn)時(beep出現(xiàn)時)到被試開始發(fā)聲的時間。一個典型的記錄詳見圖1。第2種是按鍵反應任務:實驗者要求被試判斷在屏幕上呈現(xiàn)的名詞的類型(動物或植物)，并使用游戲控制桿上的兩個按鍵盡快做出反應。整個實驗分為2個組塊。在一個組塊中，出現(xiàn)動物名詞按左手鍵，植物名詞按右手鍵。另外一個組塊則相反，出現(xiàn)動物名詞按右手鍵，植物名詞按左手鍵。

1.5 統(tǒng)計學方法

使用Sigmastat3.5軟件(SigmaStat Inc.USA)進行統(tǒng)計分析。應用配對樣本t檢驗，首先檢驗被試在實驗前和實驗后的SA得分是否有顯著變化。在聲音反應任務中，分別統(tǒng)計每名被試對判斷動植物名詞的平均正確率和反應時，然后在組水平(被試間)檢驗判斷動物名詞和判斷植物名字的正確率和反應時差異(配對樣本t檢驗)。在按鍵任務中，應用重復測量方差分析(AVOVA)檢驗刺激分類(動物和植物)與按鍵手(左手和右手)兩個因素對反應時的主效應及交互作用。本研究中計量數(shù)據(jù)用均數(shù)±標準差(±s)表示，以P＜0.05為差異有統(tǒng)計學意義。

2 結果

2.1 被試特征

愛丁伯格利手量表的平均分是78，提示所有被試均為右利手。焦慮量表分數(shù)的均值為:SA(前測)=32.76，SA(后測)=33.96，TA=36.12。所有的分數(shù)均在正常情感狀態(tài)范圍內(nèi)。狀態(tài)焦慮分數(shù)的2次測量間差異無統(tǒng)計學意義(P=0.430)。

2.2 分類判斷的聲音反應任務

正確率:與預期一致，本研究實驗任務相對簡單，動物名詞分類的準確率為98% ±1%，植物名詞分類的準確率為99% ±1%。配對t檢驗結果顯示，被試對動物和植物的判斷正確率差異無統(tǒng)計學意義(P=0.690)。

反應時:在分類判斷正確的詞語中，被試對動物名詞的反應時間為(623±59)ms，對植物名詞的反應時間為(661±60)ms。配對t檢驗結果顯示，被試對動物名詞的正確判斷反應時顯著低于對植物名詞的正確判斷反應時［t(24)=-3.77，P ＜0.001，圖2］。

2.3 分類判斷的按鍵反應任務

圖2 動植物名詞聲音分類速度比較Fig.2 Categorization speed of animal nouns vs plant nouns with speech response＊＊＊P ＜0.001.

與聲音反應任務一致，無論使用左手還是右手，被試對動植物名詞的判斷正確率都接近100%，并且二者差異無統(tǒng)計學意義(左手:P=0.70，右手:P=0.59)。對按鍵任務反應時的重復測量方差分析(分類×左右手)顯示:刺激分類(動物、植物名詞)的主效應顯著［F1，96)=4.23，P＜0.001］，左右手的效應不顯著［F1，96)=0.68，P＞0.05］，刺激分類和左右手之間的交互作用顯著［F(1，96)=4.42，P＜0.001］。事后檢驗顯示，用右手反應，動物名詞的反應時(531±13)ms比植物名詞的反應時(569±12)ms顯著短［t(24)=-3.98，P＜0.001］。使用左手反應，動植物名詞反應時差異無統(tǒng)計學意義(P=0.31)。左手對動物名詞的反應時顯著長于右手［t(24)=1.80，P=0.042］，左手對植物名詞的反應時顯著短于右手［t(24)=-1.97，P=0.03］(圖3)。

圖3 按鍵反應完成的分類任務中，左右手的比較Fig.3 Comparison of hand effects in categorization task by button-press response＊＊＊P ＜0.001.

3 討論

本研究的結果可總結為:①在正確率接近100%的情況下，被試在聲音反應任務中對動物做出判斷的反應時顯著短于對植物做出判斷的反應時;②在按鍵反應任務中，被試對動植物做出判斷的反應時差異受到左/右手的調(diào)制。右手按鍵對動物做出判斷的反應時顯著低于對植物做出判斷的反應時。

在聲音反應任務中，被試對動物名詞的反應時差異提示人腦對動植物概念的加工機制可能差異有統(tǒng)計學意義。動物名詞的加工速度顯著快于植物名詞，其原因可能源自動植物在人類進化的環(huán)境中所起的作用不同:相比于植物，動物對人類生存的威脅更加具有主動性和攻擊性，以致人腦需要區(qū)別對這兩種事物的認知，進而進化為有差別的加工機制。這一原理與其他生物進化出對運動物體的高效加工具有相似性［14-15］。

本研究進一步發(fā)現(xiàn)被試在用右手(利手)完成反應的條件下，判斷動植物名詞的反應時差異有統(tǒng)計學意義，而這一差異在用左手(非利手)完成反應的條件下差異無統(tǒng)計學意義。這一結果說明被試對動植物的反應速度差異受到使用左/右手做出反應的調(diào)制，進而提示人腦對動植物概念的加工機制差異可能與人腦的功能偏側化有關［16-17］。大腦左半球通常是右利手被試的優(yōu)勢腦，也是人類的語言認知加工的優(yōu)勢腦［18-19］。本研究所獲結果的一種解釋是，對動植物的語言加工差異主要體現(xiàn)了具有語言加工優(yōu)勢的大腦左半球，因而這種差異只有在被試用右手完成反應時才能觀測到。此外，本實驗發(fā)現(xiàn)對動物名詞的反應右手快于左手，而對植物名詞的反應左手反而快于右手。這也說明大腦功能的偏側化調(diào)制了對動物、植物名詞的加工，支持以上的解釋。然而腦功能的偏側化對動植物概念加工過程的調(diào)制機制尚待進一步研究。

近期有研究者［20］認識到研究不同分類的認知加工差異對了解人類腦功能特性具有重要意義。他們把動物分為靈長類、禽類、昆蟲類，分別研究人腦對它們的視覺加工機制。本研究首次分離動物和植物類別，并提供了人腦對它們具有不同加工機制的初步證據(jù)。同時，本研究在按鍵任務中觀測到的偏側化現(xiàn)象進一步解釋了在發(fā)聲任務中觀測到的語言加工優(yōu)勢現(xiàn)象。在發(fā)聲任務中觀測到的結果僅能說明動物名詞相對于植物名詞的加工優(yōu)勢，但是未能說明這種加工優(yōu)勢的機制。在進一步的按鍵任務中，這一語言加工優(yōu)勢只體現(xiàn)于利手，說明腦功能的偏側化與動物名詞的加工優(yōu)勢有關。這為今后對這一現(xiàn)象的認知神經(jīng)科學和心理學研究指明了方向。

本研究全部被試均為女性，因此尚未驗證性別對動植物加工機制的影響。此外，兒童的語言加工能力和左右半球的功能分化會隨年齡增長而發(fā)展，研究這些腦機制的發(fā)展和分化對動植物分類加工的影響將使我們更深入了解它們的認知加工機制。因此，未來研究將以不同年齡段的兒童為研究對象，觀察他們對動植物概念的加工特點及其動態(tài)變化。

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