文盲与非文盲汉字字形和语音加工的脑机制，本文主要内容关键词为：文盲论文,汉字论文,字形论文,与非论文,语音论文，此文献不代表本站观点，内容供学术参考，文章仅供参考阅读下载。
1 前言
近年来，诸多研究表明语言加工脑区具有网络化和偏侧化特点(封世文，沈兴安，杨亦鸣，2011；倪传斌等，2010；翟洪昌，任静，肖胜勇，邓波平，徐晓霞，2011; Kuo et al.,2001; Petersson,Silva,Castro,Ingvar & Reis,2007; Siok,Niu,Jin,Perfetti & Tan,2008; Tan et al.,2001)。Tan等人(2001)使用汉字作为实验刺激令被试完成判断任务，结果发现汉字的处理脑区集中在左侧额叶(BA9)和右侧的一个神经网络(BA47/45，BA7，BA40/39以及视觉区域系统)(Tan et al.,2001)。但Kuo等人(2001)的关于汉字字形的研究表明汉字字形加工脑区在左侧的一个神经网络，即左侧的顶叶(BA6)，顶叶中部(BA13)，后枕叶(BA7)，颞上回(BA22)和梭状回(BA18/19/37)(Kuo et al.,2001)。汉字字形和语音加工脑区具有网络化的特点得到共识，但汉字加工脑区的偏侧化问题是在左侧还是在双侧没有统一的见解。以上的研究都是基于正常被试得到的脑激活结果，文盲作为一个特殊的被试群体，有其特殊的意义。汉字处理的脑机制是近期语言研究的热点课题，但是以往的研究都是设计相应的实验任务，利用任务相减得到汉字处理的脑机制，这样就会不可避免地受到任务设计上的缺陷影响最后的结果。本研究通过文盲与非文盲的相减而不是任务之间的相减，能把来自外界的因素去除，包括经验的习得、生活习惯等，得到的结果就会是偏左侧化的语言处理区。随着脑成像分析技术的进步，很多人对语言处理的神经机制进行了研究(曹小华，李愧敏，陈昌明，翁旭初，2009；刘娜，范国光，于兵，郭启勇，2009；Cai,Kochiyama,Osaka & Wu,2007; Wu,Cai,Kochiyama & Osaka,2007)。Li等人(2006)对中文文盲进行了研究，实验采用静态词再认任务，得到结论是与语言任务相关的脑区激活模式受教育的影响。但是文盲与非文盲汉字字形和语音加工时的脑机制的差异还不清楚，那么我们能否设计相应的判断任务确定两者脑机制的差异呢？
在Petersson等人(2000，2003，2007)的有关英文语义和语音的文盲研究中，针对文盲和非文盲被试进行了实验，结果发现在枕叶上部(IPC)领域，在左侧非文盲的活动比文盲强，在右侧文盲的活动比非文盲强，而在颞上回(STG)领域内两者之间没有差异(Petersson et al.,2000,2007; Petersson,Johan,Chritina & Martin,2003)。那么文盲和非文盲的汉字处理机制和英文的是否一致？为了解决上述问题，我们采用fMRI技术对中国文盲和非文盲汉字字形和语音加工的脑机制的差异进行探讨就很有必要。
2 实验1：文盲与非文盲汉字字形加工脑机制的差异
2.1 被试
针对文盲被试采用一个自编调查问卷，通过结果选择文盲被试15名。在fMRI数据处理时2人头动过大被剔除，最后确定为13人。另外选择年龄，性别等匹配的13人非文盲被试。所有被试符合健康、右手、母语为汉语的条件，视力正常。所有被试在实验前均签署了知情同意书。为了验证文盲被试是否具有正常的智力，进行了IQ测试(Raven IQ Test)。结果显示非文盲被试为111.3±6.8，文盲被试为90.5±4.7，但均属于正常水平(正常智力范围是90－110之间)。
2.2 实验设计
采用2×2的两因素混合实验设计。因素1是组间变量，有文盲组和非文盲组两个水平；因素2是组内变量，分别为汉字和图形。因变量为被试反应时，正确率和检测的脑血氧水平。
2.3 实验材料
汉字是从小学五年级汉字词表中挑选出的53个平均笔画9.4，平均字频为49312.2的汉字。根据字形配对成相同组和不同组，各18对。图形为简单几何图形○和□，18对相同，18对不同。共组成72张图片，图片像素为245×245，显示器分辨率1024×768，视角为8度。
2.4 实验任务
在fMRI实验时，刺激通过反光镜折射至被试眼部。在进行扫描时要求被试对屏幕中呈现的两个汉字(或图形)进行辨别，相同时用左手拇指按键，不同时用右手拇指按键。汉字或图形均随机出现。刺激呈现时间均为4s，间隔时间随机化，分别为2s、4s和6s。无刺激呈现时只提示注视点“＋”。从汉字或图形提示开始到被试按下反应键的时间定义为反应时间。一共72个刺激，大约10分钟。然后加扫了3D和T1图像。整个实验持续时间约20分钟。
2.5 数据采集与分析
采用Philips Intera Achieva 3.0T超导型MR扫描系统，应用8通道SENSE头线圈。层厚为3.5mm。在数据分析的时候，使用基于Matlab7.5的SPM8软件(www.fil.ion.ucl.ac.uk)进行图像后处理。为了减少由于个体差异以及机器本身等原因造成的误差及进一步的统计分析，我们首先要对实验数据进行预处理，具体过程是：(1)头动校正和图像的配准。(2)空间标准化。(3)空间平滑和时间平滑。(4)去线性漂移。在预处理过程完成后进行统计分析。在个体水平，采用一般线性模型(General Linear Model,Y=βX+E)，将汉字辨别和图形辨别的反应与baseline做比较，p＜.00001(Uncorrected)，得出对比图像。采用随机效应模型，对组内和组间数据分别进行单样本和双样本t检验分析p＜.005(Corrected)。
2.6 结果
行为学结果在进行字形辨别任务时文盲组平均反应时间(RT)为(1738.01±100.05)ms，平均正确率为(86.33±1.76)％，非文盲组平均RT为(1258.34±70.67)ms，平均正确率为(95.08±1.99)％。在进行图形辨别任务时文盲组平均RT为(954.01±48.87)ms，平均正确率为(98.08±1.11)％，非文盲组平均RT为(802.6±41.06)ms，平均正确率为(99.14±0.37)％。方差分析与多重比较检验结果显示，两组在字形辨别任务的平均反应时间的交互作用显著F(1，24)=10.87，p＜.01，统计检验力1－β为40％。每组在字形辨别任务和图形辨别任务的平均反应时间的主效应显著F(1，24)=5.43，p＜.001，统计检验力1－β为46％。文盲在字形辨别任务和图形辨别任务的平均正确率的交互作用显著F(1，24)=6.65，p＜.001，统计检验力1－β为47％。两组在字形辨别任务的平均正确率的交互作用显著F(1，24)=30.29，p＜.05，统计检验力1－β为61％。
fMRI脑成像结果非文盲组激活了一个由多个脑区参与的汉字加工处理网络。如图1所示，差异性脑区位于左侧额中回(BA9)，左侧角回(BA39)及左侧颞上回(BA22)，p＜.005。
图1 文盲与非文盲汉字字形加工的fMRI激活差异脑区结果(p＜.005)
注：(a)差异性脑区，(b)断面图，主要位于左侧额中回(BA9)，左侧角回(BA39)及左侧颞上回(BA22)，(c)差异性脑区激活情况
3 实验2：文盲与非文盲汉字语音加工脑机制的比较
3.1 被试
被试的选择与实验1基本一致，对于文盲被试，13人中有8人与实验1相同，5人是不同的被试。对于非文盲被试，13人中有10人与实验1相同，3人是不同的被试。
3.2 实验设计
也是采用2×2的两因素混合实验设计。第一个因素是被试类别，为组间变量，有两个水平，分别是文盲组和非文盲组；第二个因素是材料类别，为组内变量，分别为汉字和纯音。
3.3 实验材料
汉字为小学五年级水平内随机挑选的高频且语音相近的语音，根据发音配对成相同组和不同组36对，其中有9对是韵母音调均相同，声母不同，9对是声母韵母相同，音调不同。纯音为500Hz和1000Hz的纯音(约60分贝)36对。考虑到fMRI噪音(约100分贝)的影响，声音刺激提示的时候不扫描，扫描的时候不提示声音刺激，即声音刺激提示后2s开始扫描，扫描时间为3s。
3.4 实验任务
实验时，通过耳机将听觉刺激呈现给被试。在进行fMRI扫描时要求被试对连续提示的两个汉字的语音(或纯音)是否相同进行辨别。相同时用左手拇指按键，不同时用右手拇指按键。
3.5 结果
行为学结果在进行汉字语音辨别任务时文盲组平均RT为(928.15±30.84)ms，平均正确率为(86.8±1.9)％，非文盲组平均RT为(794.97±46.12)ms，平均正确率为(97.89±0.96)％。在进行纯音辨别任务时文盲组平均RT为(852.67±41.27)ms，平均正确率为(89.74±2.2)％，非文盲组平均RT为(726.25±35.65)ms，平均正确率为(98.49±0.6)％。方差分析与多重比较检验结果显示，两组在汉字辨别任务和纯音辨别任务的平均反应时间的主效应显著F(1，24)=15.87，p＜.001，统计检验力1－β为5l％。两组在汉字语音辨别任务和纯音辨别任务的平均正确率的主效应显著F(1，24)=18.89，p＜.001，统计检验力1－β为54％。
fMRI脑成像结果非文盲组激活了一个由多个脑区参与构成的汉字语音加工处理网络。如图2所示，差异性脑区位于双侧额下回(BA47)，头顶叶(BA6)，双侧颞上回(BA21，BA22)，顶上小叶(BA40)及左侧梭状回(BA38)，p＜.001。
4 总讨论
本研究中非文盲和文盲组汉字字形加工均激活了由多个脑区构成的神经网络，与以往对汉字的fMRI研究结果均相近(Kuo et al.,2001; Tan et al.,2008)。
图2 文盲与非文盲汉字语音加工的fMRI激活差异脑区结果(p＜.005)
注：(a)差异性脑区，(b)断面图，主要位于左侧顶叶(BA6)，双侧额下回(BA47)，左侧颞上回(BA21)，左侧颞叶(BA38)，右侧颞上回(BA22)和右侧角回(BA40)，(c)差异性脑区激活情况。
但两者在汉字字形判断时仍然存在着差异性脑区，通过组间分析得出两组的差异性脑区位于左侧颞上回(BA22)，左侧额中回(BA9)和左侧角回(BA39)，表明这三个脑区在汉字字形的识别中起重要作用，与读写能力的培养密切相关，它们三者可能构成了汉字字形处理的神经网络。左侧颞上回BA22和BA39、BA40共同组成Wernicke区，它是公认的语言区(Pertersson et al.,2000; Tan et al.,2001; Wu et al.,2012)。左侧角回(BA39)的激活在语义加工中具有理解看到的符号和文字意义的功能(Li et al.,2006)。左侧额中回(BA9)的激活与以往有关汉字加工脑区的研究结果相同，而在拼音语言的研究中此区无明显激活，可能与汉字字符独特的方形布局有关(Tan et al.,2001)。
根据我们的结果显示颞叶主要是听觉感觉区，也是执行控制的中心，是人脑认知活动的重要组成部分。枕叶到顶叶的投射构成了背侧通路，背侧通路对汉字内部结构的空间定位分析发挥了作用。顶上小叶(BA7区)激活与注意和记忆有关(曲折，丁玉珑，2010; Tan et al.,2008)。顶叶后部皮质(BA7/40)可能参与了语言材料短期记忆的存储和语音信息的加工(Li et al.,2006)。扣带回的激活和冲突判断相关(Mesulam,Nobre，Kim，Parrish，& Gitelman，2001)。
但两者在汉字读音判断时仍然存在着差异性脑区：左侧顶叶(BA6)，双侧额下回(BA47)，左侧颞上回(BA21)，左侧颞叶(BA38)，右侧颞上回(BA22)和右侧角回(BA40)。顶叶是多感觉联合区(Petersson et al.,2007)，这里的激活主要是汉字语音到语义的转换加工。右侧角回的激活在语音加工中具有理解听到的语音信息和文字意义相结合的功能。这和Petersson等人(2007)的结果相反，它们的结果表示在右脑的BA40领域里文盲的激活比非文盲强(Petersson et al.,2007)。其主要原因可能是本实验是对汉字语音的辨别。额下回的激活与以往有关汉字加工脑区的研究结果相同(Tan et al.,2008)。
Reis(2003)等人发现并不是所有的口语认知过程都受文化影响，虽然口语工作记忆、口语提取等受文化的影响较显著，但命名、口语流畅性和口语记忆与文化或者学校教育无关(Reis,Guerreiro,& Petersson,2003)。通过实验1与实验2中文盲与非文盲的对比，我们可以看出文盲和非文盲之间的差异主要是语言、识字经验作用的结果。
5 结论
文盲与非文盲汉字字形和语音加工脑神经机制不同，汉字字形加工时非文盲比文盲强的脑活动神经机制在左侧的一个神经网络，即左侧额中回(BA9)，左侧角回(BA39)及左侧颞上回(BA22)；而汉字语音加工时非文盲比文盲强的脑神经机制则在双侧，即左侧顶叶(BA6)，双侧额下回(BA47)，左侧颞上回(BA21)，左侧颞叶(BA38)，右侧颞上回(BA22)和右侧角回(BA40)。
致谢：感谢东北师范大学张明教授对本研究的技术指导！
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