漢字識別中部件結合率的作用：ERP研究*

吳 巖 王協(xié)順 陳烜之

(1東北師范大學心理學院,長春 130024)(2香港中文大學心理系,香港)

1 引言

部件結合率通常是指包含某個部件的所有漢字集合(position-general radical combinability,GRC),在概念層次上,可以將其等同于拼音文字中正字法家族大小(orthographic neighborhood size)這一概念。在拼音文字中家族大小通常是指通過替換單詞的一個字母(而不改變字母的位置)可以形成的其他單詞的個數(shù)(Coltheart,Davelaar,Jonasson,&Besner,1977)。在此定義中研究者特別強調(diào)字母位置不變,即肯定了字母位置在單詞家族大小效應(或稱家族效應)中的作用。事實上,許多關于拼音文字中單詞閱讀的模型都肯定了攜帶位置信息的字母在讀者頭腦中的表征(Chauncey,Holcomb,&Grainger,2008;Dufau,Grainger,&Holcomb,2008)。那么以此類推,是否說明在漢語中,在定義部件結合率(漢字正字法家族大小)時也應該考慮部件位置信息呢？即部件結合率是指包含某一特定位置部件的所有漢字的集合(position-specific radical combinability,SRC)。

其實不盡然,盡管目前越來越多的研究肯定了在漢字閱讀中包含了部件這種亞詞匯信息的提取(Ding,Peng,&Taft,2004;Hsu,Tsai,Lee,&Tzeng,2009;Lin et al.,2011;Taft,2006;Taft,Zhu,&Ding,2000;Tsang &Chen,2009;Wu,Mo,Tsang,&Chen,2012;Yeh &Li,2002),但是部件這種亞詞匯信息的提取是否依賴于部件位置信息目前還存在一定爭議。一些研究者認為部件只有結合了位置信息才能夠在漢字加工中產(chǎn)生作用(Ding et al.,2004),這是因為對于一些漢字如“杏”和“呆”,我們只能通過部件所處位置進行區(qū)分。和此觀點一致,研究者發(fā)現(xiàn)通過置換部件位置所形成的漢字,它們之間的加工不會產(chǎn)生相互干擾(Taft,Zhu,&Peng,1999),這說明部件雖然相同,但是只要部件所處位置不同,部件的表征就不相同,否則如果不同位置的部件表征相同,“杏”和“呆”這類漢字的加工就應該產(chǎn)生相互干擾。此外,Ding等(2004)還發(fā)現(xiàn)只有當啟動字與目標字共享的部件處于相同位置時,啟動字才會促進目標字的加工(例如,啟動字“軀”對目標字“樞”)。這些研究結果無疑說明部件是攜帶位置信息進行表征的。但Taft等隨后的研究(Taft et al.,2000)以及其他研究者的研究(Yeh &Li,2002;Tsang &Chen,2009)也發(fā)現(xiàn)部件不一定需要攜帶位置信息才可以對漢字加工產(chǎn)生作用,不攜帶位置信息的部件也可以對漢字加工產(chǎn)生作用。例如,Yeh和 Li(2002)采用視覺搜索范式,要求被試從一系列鄰近字中搜索一個目標字(如“納”),研究結果發(fā)現(xiàn)只要目標字和鄰近字(如“素”)含相同部件,不管該部件在目標字和鄰近字中所處位置是否一致,都會干擾個體對目標字的搜索。此結果否定了部件一定是攜帶位置信息進行表征的結論,因為如果不同位置的部件存在不同表征,目標字和鄰近字僅共享部件而部件位置不同時,彼此之間不會產(chǎn)生干擾。

近年來隨著電生理學技術的發(fā)展,一些研究者試圖以更敏感的ERPs(Event-Related Potentials)為指標,探討漢字加工中部件位置信息的作用(Lin et al.,2011;Wu et al.,2012)。其中,采用語詞判斷任務(Lexical Decision Task),Lin等(2011)首先通過系統(tǒng)變化漢字正字法信息,探討了攜帶位置信息的部件在漢字加工中的作用。研究者操縱了4種實驗條件,分別是真字、假字(部件和部件位置正確,但在漢語中并不存在這樣的漢字,即部件結合錯誤)、非字(部件正確但部件位置和結合都錯誤)和筆畫組合(部件、部件位置以及部件結合都錯誤)。結果發(fā)現(xiàn)和非字、筆畫組合相比,真字和假字都引發(fā)了N170的變化,而且兩者產(chǎn)生的 N170沒有區(qū)別,非字和筆畫組合在N170上也沒有差異。因為非字與假字唯一區(qū)別在于部件位置正確與否,所以此結果說明和不攜帶位置信息的部件相比,攜帶位置信息的部件可以更早地發(fā)揮作用。采用語詞判斷任務,Wu等(2012)操縱部件頻率的研究也得到了類似的結果,研究發(fā)現(xiàn)攜帶位置信息的部件頻率最先引發(fā) P150(100～160 ms)的變化,而不攜帶位置信息的部件頻率首先引發(fā)P200(180～280 ms)的變化,因為P150出現(xiàn)的時間窗口比 P200的早,因而研究者認為以ERPs為指標,攜帶位置信息的部件和不攜帶位置信息的部件在讀者的頭腦中都存在一定表征,但是兩者激活的時間點存在差異。

那么基于這樣的 ERP結果,是否可以說明在考察漢字正字法家族大小效應時,部件位置是需要考量的重要信息呢？其實也不盡然,一是目前存在的 ERP研究還是太少,采用的操作或任務過于單一(基本都是采用語詞判斷任務得來的結果),我們知道對一個問題的探討需要來自多方面不同操作、不同任務的研究證據(jù),單一操作或任務下的研究結果得到的結論往往不夠充分。其次,就目前存在的有限幾個ERP研究(Lin et al.,2011;Wu et al.,2012)而言,也存在一定問題,有擴大部件位置效應的可能性。這是因為實驗材料都包含了假字或非字,假字或非字通常指違背一定正字法規(guī)則所產(chǎn)生的漢字,比如通過部件、部件位置或部件結合的正確與否產(chǎn)生。這一過程無疑強化了漢字結構性信息,我們通常也稱之為正字法信息,導致個體分配更多注意資源關注漢字正字法加工。而部件位置作為漢字正字法規(guī)則中的重要組成,無疑是需要重點關注內(nèi)容,因而假字的使用存在擴大部件位置效應的可能。事實上,Tsang和Chen(2009)在對以往行為研究結果進行綜述時,也提出實驗材料可能是導致以往研究中出現(xiàn)矛盾結果的一個重要因素,包含假字和非字的研究往往得出部件需要攜帶位置信息才能對漢字加工產(chǎn)生作用(Ding et al.,2004;Taft et al.,1999;Taft &Zhu,1997);而研究中不包含假字和非字這類不符合正字法規(guī)則的字符,研究者往往肯定了不攜帶位置信息部件的重要性(Lai &Huang,1988;黎紅,陳烜之,1999;Tsang &Chen,2009;Yeh &Li,2002)。

因此,針對這些問題,本研究試圖通過操縱部件結合率,考察攜帶位置信息的部件和不攜帶位置信息的部件在漢字加工中的作用。在此基礎上,本研究將系統(tǒng)變化實驗材料,以探討假字在部件位置信息加工中的可能作用機制。

研究操縱了兩種部件結合率,一是不攜帶位置信息的部件結合率(GRC),指包含某個部件的所有漢字集合,忽略部件位置信息;二是攜帶位置信息的部件結合率(SRC),指包含某一特定位置部件的所有漢字集合。在這里筆者采用方位判斷任務,要求個體判斷刺激出現(xiàn)的方位,以屏幕的中線(實驗中并沒有呈現(xiàn))為參考,判斷刺激是偏左還是偏右,這樣的任務保證了個體不會過分關注漢字正字法信息,并確保漢字部件的加工不受和語言加工有關的任務的影響,使個體在內(nèi)隱的情境下加工漢字。此外,研究中還系統(tǒng)變化了材料類型,在實驗 1中以假字為填充刺激,在實驗2中以幾何圖形為填充刺激,實驗1和實驗2結果的比較可以提供關于假字對部件位置信息作用的證據(jù)。

在以往研究基礎上,重點考察兩種 ERP成分,分別是P200和N400(Hsu et al.,2009;Lee et al.,2007;Taler &Phillips,2007)。P200是一種與詞匯家族大小效應相關的腦電成分(Hsu et al.,2009;Lee et al.,2007)。在操縱聲旁結合率(包含相同聲旁的所有形聲字集合)的前提下,Hsu等(2009)發(fā)現(xiàn)當前加工的漢字家族越大,引發(fā)的 P200越小,因為處于大家族中的漢字在字形提取時獲得的促進效應更強;N400是與語義加工有關的一種成分(Hsu et al.,2009;Lee et al.,2007;Taler &Phillips,2007)。與 P200 的變化相反,Hsu等(2009)發(fā)現(xiàn)相對于家族小的漢字,家族大的漢字引發(fā)更強的 N400效應,因為處于大家族中的漢字在語義提取時獲得的干擾更強。和家族效應相對應的P200和N400效應,Lee等(2007)將其歸結為兩階段加工模型。因此可以預測,如果部件能夠影響漢字加工,SRC和GRC將在P200和/或 N400上發(fā)現(xiàn)差異;如果攜帶位置信息的部件與不攜帶位置信息的部件在加工時程上有差異,那么SRC和GRC將引發(fā)不同的ERP成分,或者引發(fā)相同的ERP成分,但兩者在潛伏期上存在差異。

2 實驗1：以假字為填充刺激

2.1 方法

2.1.1 被試

香港中文大學學生19名(男8人,女11人),年齡20～26歲,平均年齡為23歲。均為自愿參加,完成試驗任務后給予一定的勞務報酬。所有被試均為右利手,裸眼視力或矯正視力均正常,母語都為普通話,無語言等神經(jīng)功能上的缺陷或損傷,以前從未參加類似的實驗。

2.1.2 實驗材料

表1 漢字材料的各種信息

2.1.3 實驗程序

采用 E-Prime 2.0心理學實驗軟件進行設計,具體實驗程序如圖1所示。在正式實驗之前,首先讓被試進行練習,使其熟練實驗任務及具體實驗程序,練習結束后進入正式實驗。正式實驗開始前,屏幕上會呈現(xiàn)“請按Q鍵開始正式實驗”的字樣,被試按鍵后在屏幕中央會出現(xiàn)一個注視點“+”,持續(xù)時間為500 ms。接著出現(xiàn)空白刺激,持續(xù)500～700 ms。然后是實驗刺激(漢字或填充刺激),刺激并非在屏幕正中央出現(xiàn),而是在稍微偏左或者偏右一點的位置上出現(xiàn),持續(xù)時間為400 ms,接著是600 ms的空白刺激?？瞻状碳ず笫且粋€掩蔽刺激,以點陣方式存在。在此要求被試對實驗刺激的方位做出判斷,左右判斷對應于F和J鍵。注意該研究采用延遲反應范式,即目標字出現(xiàn)時不要求被試立即反應,而是等掩蔽刺激出現(xiàn)時才可以反應。目的在于排除按鍵等手動動作對刺激所引發(fā)的腦電波的干擾,故此,被試的反應時也是從掩蔽刺激出現(xiàn)那一刻開始計時。按鍵完畢或者2000 ms后掩蔽刺激消失,接著是一個600 ms的空白和1000 ms的眨眼信號,預示被試可以適當休息眼睛。

由于 ERP實驗要求每個條件下實驗刺激至少40個,因而在這里所有刺激包括假字均呈現(xiàn) 3次,共456個刺激,分8個組塊呈現(xiàn),每個組塊57個試次。存在兩個A、B兩個版本,在A版本中如果刺激在屏幕中線左側呈現(xiàn),那么在B版本中該刺激將在右側呈現(xiàn),其中約一半被試接受A版本,剩余被試接受B版本。整個實驗約需2 h。

圖1 實驗流程圖

2.1.4 腦電數(shù)據(jù)記錄、處理與分析

使用64導的Neuroscan 4.3腦電記錄和分析系統(tǒng),選用64導放大器和64導銀/氯化銀電極帽記錄EEG,導聯(lián)方法采用國際 10-20標準系統(tǒng)。參考電極置于左側乳突,右側乳突為記錄電極,離線處理時以雙側乳突的平均值進行再參考,頭皮中線 FPz和 Fz之間中點接地,同時記錄垂直眼電和水平眼電,每個電極處的頭皮電阻保持在5 k?以下。濾波帶通為0.05～100 Hz,采樣頻率為1000 Hz/導。數(shù)據(jù)離線分析時濾波帶通為0.05～30 Hz,分析時程范圍是從刺激呈現(xiàn)前100 ms到刺激呈現(xiàn)后500 ms,并以刺激前100 ms作為基線,自動刪除眼電、肌電等偽跡,波幅大于±80 μV 的記錄在處理中也被自動刪除。最后將所有的腦電數(shù)據(jù)進行疊加處理。

運用SPSS 17.0統(tǒng)計軟件包對180～230 ms(P200)和300～400 ms(N400)兩個時間窗口內(nèi)的平均波幅進行三因素重復測量方差分析。分析因素為：部件結合率(HSRC vs.LSRC或者HGRC vs.LGRC)×大腦半球(左 vs.右)×腦區(qū)(前 vs.中 vs.后)。根據(jù)大腦左右半球和前中后腦區(qū)將頭皮分為6個區(qū)域,每個區(qū)域含6個電極：左前(F5,F3,F1,FC5,FC3,FC1),右前(F6,F4,F2,FC6,FC4,FC2),左中(C5,C3,C1,CP5,CP3,CP1),右中(C6,C4,C2,CP6,CP4,CP2),左后(P5,P3,P1,PO7,PO5,PO3)和右后(P6,P4,P2,PO8,PO6,PO4)。統(tǒng)計中

p

值均采用 Greenhouse-Geisser法校正(Greenhouse &Geisser,1959)。

2.2 結果與分析

2.2.1 行為反應結果

2.2.2 ERP實驗結果

圖2 實驗1中HSRC和LSRC條件下ERP總波形圖以及差異波在180～230 ms的地形圖(彩圖見電子版)

圖3 實驗1中HGRC和LGRC條件下的ERP總波形圖以及差異波在300～400 ms的地形圖(彩圖見電子版)

3 實驗2：以幾何圖形為填充刺激

3.1 方法

3.1.1 被試

香港中文大學學生 20名(8男,12女),年齡19～27歲,平均年齡為22歲。均為自愿參加,完成試驗任務后給予一定的勞務報酬。所有被試均為右利手,裸眼視力或矯正視力均正常,母語都為普通話,無語言等神經(jīng)功能上的缺陷或損傷,以前從未參加類似的實驗。

3.1.2 實驗材料

實驗2與實驗1采用的漢字材料相同,但以幾何圖形作為填充刺激。幾何圖形是由不同長度和朝向的線條構成的。每個幾何圖形與漢字在復雜性上相互匹配,即組成圖形的線條數(shù)與其對應的漢字在筆畫上相互匹配。

3.1.3 實驗程序

與實驗1相同。

3.1.4 腦電數(shù)據(jù)記錄、處理與分析

與實驗1相同。

3.2 結果與分析

3.2.1 行為反應結果

3.2.2 ERP實驗結果

排除偽跡和錯誤反應后共有10.8%的試次被剔除。圖4呈現(xiàn)了HSRC和LSRC條件下的ERP結果。采用重復測量方差分析,在兩個時間窗口均沒有發(fā)現(xiàn)任何顯著性差異結果,

p

s >0.05。

圖4 實驗2中HSRC和LSRC條件下ERP總波形圖

實驗2結果表明,當以簡單幾何圖形替換假字作為填充刺激時,SRC的效應發(fā)生了變化,之前發(fā)現(xiàn)的與之相關的P200效應消失了;但是 GRC效應保持穩(wěn)定,仍然表現(xiàn)在大腦半球右側化偏向的N400效應。

圖5 實驗2中HGRC和LGRC條件下的ERP總波形圖以及差異波在300～400 ms的地形圖(彩圖見電子版)

4 討論

采用方位判斷任務,通過操縱部件結合率,本研究考察了攜帶位置信息的部件和不攜帶位置信息的部件在漢字加工中的作用。研究結果顯示在一種內(nèi)隱性的漢字加工任務中,GRC對漢字加工的作用相對穩(wěn)定,表現(xiàn)為大腦半球右側化偏向的 N400效應;而SRC對漢字加工所產(chǎn)生的效應不穩(wěn)定,如果存在假字這類刺激時,SRC會引發(fā) P200的變化(實驗1),如果不存在假字這樣的材料時,P200效應將會消失(實驗2)。

首先,和 GRC相關的穩(wěn)定的 N400效應說明,在漢字加工中 GRC的作用不會受到假字存在與否的影響,GRC對漢字加工的作用相對穩(wěn)定。與此相對應,SRC在 P200上的效應會受到假字存在與否的影響,說明 SRC 在漢字加工中的作用不穩(wěn)定,如果存在線索提示漢字的正字法信息,部件位置信息就會被關注,從而產(chǎn)生作用。當然這并非說明個體頭腦中不存在攜帶位置信息的部件表征,相反,筆者推測部件應該同時存在攜帶位置和不攜帶位置信息的表征,否則即使個體注意力偏向部件位置信息,SRC也不可能產(chǎn)生作用。

這一點和Taft(2006) 年提出的模型(Multilevel Interaction Activation Model)所預期內(nèi)容一致。Taft(2006)認為在個體頭腦中部件存在攜帶位置信息和不攜帶位置信息兩種表征,但是認為不攜帶位置信息和攜帶位置信息的部件表征在漢字加工中都會被激活,兩者的差異僅僅表現(xiàn)在時間進程上,不攜帶位置信息的部件先被激活,然后才激活攜帶位置信息的部件。顯然,Taft關于時間進程的觀點既不能解釋本研究實驗 1結果也不能解釋實驗 2結果,實驗1中筆者發(fā)現(xiàn)SRC的作用早于GRC,而非如Taft的預期GRC的作用早于SRC;實驗2中當假字不存在時,SRC的效應消失了,而GRC效應仍然存在。基于本研究結果,筆者認為攜帶位置信息部件和不攜帶位置信息的部件都可以被激活,但攜帶位置信息的部件的激活不穩(wěn)定,會受到語言材料構成所引發(fā)的個體注意偏向的影響。

然而,值得注意的是,本研究中所采用的任務是與外顯的語言加工無關的方位判斷任務,并未要求個體對漢字進行有意識的語義提取,是反映漢字加工中無意識的語義提取過程。這與自然閱讀時的情況有所差別,自然閱讀時,要求個體有意識地去理解漢字語義信息。因而,目前無法預測在自然語言理解中,GRC和SRC是否也會出現(xiàn)同本研究中相似的結果。然而值得注意的是,本研究起碼證明了材料構成等實驗設置是可以調(diào)節(jié)攜帶位置信息的部件在漢字加工中的作用。

此外,P200和N400的發(fā)現(xiàn)與以往研究結果一致,在關注正字法家族大小效應的研究中,研究者(Hsu et al.,2009;Lee et al.,2007;Taler &Phillips,2007)發(fā)現(xiàn)家族大的詞匯可以引發(fā)波幅較小的 P200和波幅較大的N400。Lee等(2007)將其歸結為兩階段加工模型,認為在詞匯加工中,家族大的詞匯會激活較多的同家族鄰近詞匯,這些在詞形上相似的鄰近詞匯會促進目標詞匯的詞形加工,反映在波幅較小的P200上,但會干擾到目標詞匯的語義提取,反映在波幅更大的N400上。這里筆者采用相似的模式來解釋P200和N400效應,在HSRC條件下,部件結合率高的漢字鄰近字多,鄰近字字形上的相似性促進目標字字形提取,因而引發(fā)的 P200波幅較小。相反的是,字形相似的鄰近字在目標字語義提取時產(chǎn)生的干擾較大,因而在HGRC條件產(chǎn)生的N400波幅較大。至于為什么SRC僅與P200有關,而GRC僅與N400有關？筆者認為與SRC有關的P200效應是實驗材料構成所引發(fā)的注意偏向的結果,也就是說如果沒有明顯的實驗設置如材料強調(diào)漢字正字法信息時,部件結合率對漢字加工的作用是發(fā)生在語義水平上的,影響漢字的語義提取,表現(xiàn)在與GRC有關的N400效應。

至于HGRC所引發(fā)的N400效應只出現(xiàn)在大腦右側而非左側,已有研究中也有類似發(fā)現(xiàn)(Chiarello,2002;Lavidor &Ellis,2002;Lavidor,Hayes,Shillcock,&Ellis,2004;Lavidor &Walsh,2003;Perea,Acha,&Fraga,2008)。例如,Lavidor等(2004)在中央凹視野區(qū)考察了詞匯家族大小效應,發(fā)現(xiàn)左側視野出現(xiàn)顯著的詞匯家族效應,而右側視野沒有出現(xiàn)詞匯家族效應。根據(jù)中央凹分割理論(Split Fovea Theory),在中央凹視野區(qū),左側視野的信息投射到右半球,右側視野的信息投射到左半球,因此相對于左半球,大腦右半球對詞匯家族大小效應更敏感。那么為何會出現(xiàn)這種現(xiàn)象呢？Chiarello(2002)認為大腦左半球接收到的詞匯可以快速地進入深度加工或編碼,快到來不及激活正字法鄰近詞時,目標詞的語義提取已經(jīng)完成。而右半球對接收的詞匯進行深度加工或編碼相對滯后,甚至在開始深度加工或編碼時仍然保留對詞匯信息早期加工或編碼,因此,右半球詞匯加工有更多的時間激活正字法鄰近詞,激活的鄰近詞在語義提取階段引發(fā)較強的語義競爭,家族大小效應表現(xiàn)得更明顯。

最后,值得一提的是,本研究發(fā)現(xiàn)SRC效應受到實驗材料的調(diào)節(jié)這一結果與以往采用西文為目標文字探討正字法家族大小效應的研究結果有所出入。以西文為目標語言,盡管在行為研究中對一些實驗設置如任務對正字法家族大小效應的作用存在一定爭議(Carreiras,Perea,&Grainger,1997),如在語詞判斷任務中,被試對具有大家族的詞匯識別速度明顯快于小家族詞匯,表現(xiàn)為促進效應(e.g.,Grainger &Jacobs,1996),而在其他任務中則通常表現(xiàn)出抑制效應(e.g.,Pollatsek,Perea,&Binder,1999),然而這樣的爭議在以 ERP為指標的研究中就不存在了,研究發(fā)現(xiàn)無論抑制還是促進效應都共享相同的神經(jīng)機制,反映在相同的 N400效應上。例如 Holcomb,Grainger和 O’Rourke(2002)的研究發(fā)現(xiàn),無論是在語詞判斷任務還是在語義分類任務(semantic categorization task)中,和小家族詞匯相比,大家族詞匯都會引發(fā)波幅更大的N400。同樣采用 ERP為指標,本研究卻發(fā)現(xiàn)一些實驗設置如材料的組成會影響 SRC效應,雖然本研究只探討了材料的作用并未涉及任務的影響,但是這樣的結果起碼說明,和西文相比,中文正字法家族大小效應要復雜得多,故此以西文為目標文字的研究結果不能簡單推論到中文的加工中,因而要建立完善的正字法家族大小效應模型,需要來自不同文字加工的研究證據(jù)。

5 結論

結果肯定了部件結合率在漢字加工中的作用,但是攜帶位置信息的部件結合率在漢字加工容易受到假字所引發(fā)的注意偏向的影響,而不攜帶位置信息的部件結合率在漢字加工中的作用相對穩(wěn)定。

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