王培培 陳昭燃

(首都醫(yī)科大學(xué)高級(jí)腦功能研究中心，北京100069)

對外界信息的分類加工是人腦實(shí)現(xiàn)高效知覺加工的基本機(jī)制［1-2］。以此機(jī)制為基礎(chǔ)，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(dòng)物/非動(dòng)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(jìn)一步又可分為動(dòng)物和植物，它們在人類進(jìn)化和社會(huì)化過程中扮演的作用不同:動(dòng)物對人類的威脅更具主動(dòng)性和攻擊性。在長期的進(jìn)化中，人類大腦可能發(fā)展出對動(dòng)植物不同的加工機(jī)制。例如人類視覺加工系統(tǒng)對運(yùn)動(dòng)物體具有明顯的加工優(yōu)勢［7］。

在研究哪些腦區(qū)對動(dòng)植物概念的加工存在差異前，一個(gè)重要的問題是:對動(dòng)植物概念的加工是否存在半球優(yōu)勢?為驗(yàn)證這種可能性，我們分離動(dòng)物類別和植物類別的刺激，測量被試判斷它們的聲音反應(yīng)任務(wù)的反應(yīng)時(shí)差異。進(jìn)而，我們試圖檢驗(yàn)人類對動(dòng)植物類別的加工機(jī)制是否與腦功能的偏側(cè)化有關(guān)。我們比較右利手被試分別用左手和右手對動(dòng)植物分類的按鍵反應(yīng)。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(dòng)植物分類的加工存在偏側(cè)化現(xiàn)象，那么對動(dòng)植物判斷在使用左手或右手做出反應(yīng)時(shí)應(yīng)存在差異。

1 材料與方法

1.1 研究對象

從首都醫(yī)科大學(xué)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(shí)驗(yàn)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(xué)倫理委員會(huì)的批準(zhǔn)。

1.2 問卷測量

愛丁伯格利手量表［10］:測量被試在應(yīng)對日常活動(dòng)(如:寫作、用筷子、刷牙、用剪刀)時(shí)使用右手或者左手的頻率。被試根據(jù)實(shí)際情況評定自己在10個(gè)日常活動(dòng)項(xiàng)目中的左右手習(xí)慣。評定規(guī)則為:若傾向于使用某一只手，在相應(yīng)的框內(nèi)打一個(gè)“+”;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(yīng)的框內(nèi)打兩個(gè)“+”;若無論是用哪只手都可以，在左右兩欄中都打一個(gè)“+”。

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(gè)體差異的焦慮傾向;SA描述一種不愉快的情緒體驗(yàn)，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(jìn)，一般為短暫性的。本實(shí)驗(yàn)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(gè)單字名詞，包括60個(gè)動(dòng)物名詞(如:貓、豬、狼)及60個(gè)植物名詞(如:柳、蓮、梅)，并嚴(yán)格控制詞頻和筆畫數(shù)，使其在兩種類別間差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)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(shí)驗(yàn)程序

被試坐在計(jì)算機(jī)屏幕(19英寸CRT顯示器)正前方，距離屏幕80cm。實(shí)驗(yàn)前要求被試填寫上述量表，并練習(xí)實(shí)驗(yàn)任務(wù)。在正式實(shí)驗(yàn)的每個(gè)trial中，計(jì)算機(jī)程序在屏幕中心呈現(xiàn)一個(gè)名詞，持續(xù)時(shí)間為1s。在trail之間，在屏幕中央呈現(xiàn)一個(gè)“十”字，以控制被試的注意。120個(gè)名詞按照偽隨機(jī)順序出現(xiàn)，兩類刺激交替出現(xiàn)，每完成60個(gè)trial后，被試休息3 min。實(shí)驗(yàn)完成后，實(shí)驗(yàn)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(dòng)物和植物分類時(shí)的聲音波形圖Fig.1 Voice waveforms in pronunciations of animal vs plant nouns

實(shí)驗(yàn)包括2種反應(yīng)任務(wù)，一種是聲音反應(yīng)任務(wù):實(shí)驗(yàn)者要求被試判斷在屏幕上呈現(xiàn)的名詞的類型(動(dòng)物或植物)，并大聲說出該名詞的分類(動(dòng)物或植物)。本研究使用話筒記錄被試的聲音反應(yīng)，并從中計(jì)算被試的反應(yīng)時(shí)間。為準(zhǔn)確記錄反應(yīng)時(shí)間，我們編寫刺激程序，使其在每一個(gè)視覺刺激開始時(shí)發(fā)出一個(gè)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(jìn)行濾波和降噪處理，再計(jì)算刺激呈現(xiàn)時(shí)(beep出現(xiàn)時(shí))到被試開始發(fā)聲的時(shí)間。一個(gè)典型的記錄詳見圖1。第2種是按鍵反應(yīng)任務(wù):實(shí)驗(yàn)者要求被試判斷在屏幕上呈現(xiàn)的名詞的類型(動(dòng)物或植物)，并使用游戲控制桿上的兩個(gè)按鍵盡快做出反應(yīng)。整個(gè)實(shí)驗(yàn)分為2個(gè)組塊。在一個(gè)組塊中，出現(xiàn)動(dòng)物名詞按左手鍵，植物名詞按右手鍵。另外一個(gè)組塊則相反，出現(xiàn)動(dòng)物名詞按右手鍵，植物名詞按左手鍵。

1.5 統(tǒng)計(jì)學(xué)方法

使用Sigmastat3.5軟件(SigmaStat Inc.USA)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。應(yīng)用配對樣本t檢驗(yàn)，首先檢驗(yàn)被試在實(shí)驗(yàn)前和實(shí)驗(yàn)后的SA得分是否有顯著變化。在聲音反應(yīng)任務(wù)中，分別統(tǒng)計(jì)每名被試對判斷動(dòng)植物名詞的平均正確率和反應(yīng)時(shí)，然后在組水平(被試間)檢驗(yàn)判斷動(dòng)物名詞和判斷植物名字的正確率和反應(yīng)時(shí)差異(配對樣本t檢驗(yàn))。在按鍵任務(wù)中，應(yīng)用重復(fù)測量方差分析(AVOVA)檢驗(yàn)刺激分類(動(dòng)物和植物)與按鍵手(左手和右手)兩個(gè)因素對反應(yīng)時(shí)的主效應(yīng)及交互作用。本研究中計(jì)量數(shù)據(jù)用均數(shù)±標(biāo)準(zhǔn)差(±s)表示，以P＜0.05為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2 結(jié)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?jǐn)?shù)的均值為:SA(前測)=32.76，SA(后測)=33.96，TA=36.12。所有的分?jǐn)?shù)均在正常情感狀態(tài)范圍內(nèi)。狀態(tài)焦慮分?jǐn)?shù)的2次測量間差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P=0.430)。

2.2 分類判斷的聲音反應(yīng)任務(wù)

正確率:與預(yù)期一致，本研究實(shí)驗(yàn)任務(wù)相對簡單，動(dòng)物名詞分類的準(zhǔn)確率為98% ±1%，植物名詞分類的準(zhǔn)確率為99% ±1%。配對t檢驗(yàn)結(jié)果顯示，被試對動(dòng)物和植物的判斷正確率差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P=0.690)。

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

2.3 分類判斷的按鍵反應(yīng)任務(wù)

圖2 動(dòng)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(yīng)任務(wù)一致，無論使用左手還是右手，被試對動(dòng)植物名詞的判斷正確率都接近100%，并且二者差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(左手:P=0.70，右手:P=0.59)。對按鍵任務(wù)反應(yīng)時(shí)的重復(fù)測量方差分析(分類×左右手)顯示:刺激分類(動(dòng)物、植物名詞)的主效應(yīng)顯著［F1，96)=4.23，P＜0.001］，左右手的效應(yīng)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(yàn)顯示，用右手反應(yīng)，動(dòng)物名詞的反應(yīng)時(shí)(531±13)ms比植物名詞的反應(yīng)時(shí)(569±12)ms顯著短［t(24)=-3.98，P＜0.001］。使用左手反應(yīng)，動(dòng)植物名詞反應(yīng)時(shí)差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P=0.31)。左手對動(dòng)物名詞的反應(yīng)時(shí)顯著長于右手［t(24)=1.80，P=0.042］，左手對植物名詞的反應(yīng)時(shí)顯著短于右手［t(24)=-1.97，P=0.03］(圖3)。

圖3 按鍵反應(yīng)完成的分類任務(wù)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(jié)果可總結(jié)為:①在正確率接近100%的情況下，被試在聲音反應(yīng)任務(wù)中對動(dòng)物做出判斷的反應(yīng)時(shí)顯著短于對植物做出判斷的反應(yīng)時(shí);②在按鍵反應(yīng)任務(wù)中，被試對動(dòng)植物做出判斷的反應(yīng)時(shí)差異受到左/右手的調(diào)制。右手按鍵對動(dòng)物做出判斷的反應(yīng)時(shí)顯著低于對植物做出判斷的反應(yīng)時(shí)。

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

本研究進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)被試在用右手(利手)完成反應(yīng)的條件下，判斷動(dòng)植物名詞的反應(yīng)時(shí)差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，而這一差異在用左手(非利手)完成反應(yīng)的條件下差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。這一結(jié)果說明被試對動(dòng)植物的反應(yīng)速度差異受到使用左/右手做出反應(yīng)的調(diào)制，進(jìn)而提示人腦對動(dòng)植物概念的加工機(jī)制差異可能與人腦的功能偏側(cè)化有關(guān)［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(rèn)知加工的優(yōu)勢腦［18-19］。本研究所獲結(jié)果的一種解釋是，對動(dòng)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(yīng)時(shí)才能觀測到。此外，本實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)對動(dòng)物名詞的反應(yīng)右手快于左手，而對植物名詞的反應(yīng)左手反而快于右手。這也說明大腦功能的偏側(cè)化調(diào)制了對動(dòng)物、植物名詞的加工，支持以上的解釋。然而腦功能的偏側(cè)化對動(dòng)植物概念加工過程的調(diào)制機(jī)制尚待進(jìn)一步研究。

近期有研究者［20］認(rèn)識(shí)到研究不同分類的認(rèn)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(dòng)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(jī)制。本研究首次分離動(dòng)物和植物類別，并提供了人腦對它們具有不同加工機(jī)制的初步證據(jù)。同時(shí)，本研究在按鍵任務(wù)中觀測到的偏側(cè)化現(xiàn)象進(jìn)一步解釋了在發(fā)聲任務(wù)中觀測到的語言加工優(yōu)勢現(xiàn)象。在發(fā)聲任務(wù)中觀測到的結(jié)果僅能說明動(dòng)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(jī)制。在進(jìn)一步的按鍵任務(wù)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(cè)化與動(dòng)物名詞的加工優(yōu)勢有關(guān)。這為今后對這一現(xiàn)象的認(rèn)知神經(jīng)科學(xué)和心理學(xué)研究指明了方向。

本研究全部被試均為女性，因此尚未驗(yàn)證性別對動(dòng)植物加工機(jī)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(huì)隨年齡增長而發(fā)展，研究這些腦機(jī)制的發(fā)展和分化對動(dòng)植物分類加工的影響將使我們更深入了解它們的認(rèn)知加工機(jī)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(dòng)植物概念的加工特點(diǎn)及其動(dòng)態(tài)變化。

［1］Maddox W T，F(xiàn)iloteo J V.Stimulus range and discontinuity effects on information-integration category learning and generalization［J］.Atten Percept Psychophys，2011，73(4):1279-1295.

［2］Sartori G，Gnoato F，Mariani I，et al.Semantic relevance，domain specificity and the sensory/functional theory of category-specificity［J］.Neuropsychologia，2007，45(5):966-976.

［3］Hemond C C，Kanwisher N G，Op de Beeck H P.A preference for contralateral stimuli in human object-and face-selective cortex［J］.PLoS One，2007，2(6):574.

［4］Bai H M，Jiang T，Wang W M，et al.Functional MRI mapping of category-specific sites associated with naming of famous faces，animals and man-made objects［J］.Neurosci Bull，2011，27(5):307-318.

［5］Anzellotti S，Mahon B Z，Schwarzbach J，et al.Differential activity for animals and manipulable objects in the anterior temporal lobes［J］.J Cogn Neuro Sci，2011，23(8):2059-2067.

［6］Rhodes M，Gelman S A.Five-year-olds'beliefs about the discreteness of category boundaries for animals and artifacts［J］.Psychon Bull Rev，2009，16(5):920-924.

［7］Marinovic W，Plooy A M，Arnold D，H.The influence of visual motion on interceptive actions and perception［J］.Vision Res，2012，60:73-78.

［8］Hauk O，Pulvermüller F.The lateralization of motor cortex activation to action-words［J］.Front Hum Neurosci，2011，5:149.

［9］Bracco P，Anastasi G，Piancino M G，et al.Hemispheric prevalence during chewing in normal right-handed and lefthanded subjects:a functional magnetic resonance imaging preliminary study［J］.Cranio，2010，28(2):114-121.

［10］Oldfield R C.The assessment and analysis of handedness:the Edinburgh inventory［J］.Neuropsychologia，1971，9(1):97-113.

［11］Spiellberger D C，Gorsuch R L，Lushene R，et al.Manual for the State-Trait Anxiety Inventory(Form Y)［M］.PaloAho， California: Consulting Psychologists Press，1983:577.

［12］Zung W W.A rating instrument for anxiety disorders［J］.Psychosomatics，1971，12(6):371-379.

［13］北京語言學(xué)院語言教學(xué)研究所.現(xiàn)代漢語頻率詞典［M］.北京:北京語言學(xué)院出版社，1985.

［14］Kanakogi Y，Itakura S.Developmental correspondence between action prediction and motor ability in early infancy［J］.Nat Commun，2011，2:341.

［15］Machado S，Cunha M，Portella C E，et al.The role played by the parietooccipital cortex in the process of sensory-motor integration:an electroencephalographic study［J］.Rev Neurol，2008，47(3):146-149.

［16］湯艷清，歐鳳榮，吳楓，等.中美兩國6種基本面部表情識(shí)別的跨文化研究［J］.中國醫(yī)科大學(xué)學(xué)報(bào)，2011，40(5):422-424，427.

［17］李華，趙文新，任蘇虹，等.腦小血管病與輕度認(rèn)知功能障礙的關(guān)系［J］. 中國腦血管病雜志，2009，6(2):70-73.

［18］Nagae L M，Zarnow D M，Blaskey L，et al.Elevated mean diffusivity in the left hemisphere superior longitudinal fasciculus in autism spectrum disorders increases with more profound language impairment［J］.AJNR Am J Neuroradiol，2012，Apr 5.［Epub ahead of print］

［19］Jones G V，Martin M.Language dominance，handedness and sex:recessive X-linkage theory and test［J］.Cortex，2010，46(6):781-786.

［20］Connolly A C，Guntupalli J S，Gors J，et al.The representation of biological classes in the human brain［J］.J Neurosci，2012，22，32(8):2608-2618.