楊菁菁，李修軍，吳景龍，佟丹

（1.長(zhǎng)春理工大學(xué)　計(jì)算機(jī)科學(xué)技術(shù)學(xué)，長(zhǎng)春　130022；2.日本岡山大學(xué)　自然科學(xué)研究生院　岡山，700-8530；3.吉林大學(xué)第一醫(yī)院　放射科，長(zhǎng)春　130022）

基于功能性核磁共振的漢字語(yǔ)義加工腦機(jī)制研究

楊菁菁1，李修軍1，吳景龍2，佟丹3

（1.長(zhǎng)春理工大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)技術(shù)學(xué)，長(zhǎng)春130022；2.日本岡山大學(xué)自然科學(xué)研究生院岡山，700-8530；3.吉林大學(xué)第一醫(yī)院放射科，長(zhǎng)春130022）

利用功能性磁共振成像（fMRI）技術(shù)探討文盲和非文盲漢字語(yǔ)義加工腦機(jī)制的差異。實(shí)驗(yàn)使用漢字語(yǔ)義和圖形的判斷任務(wù)比較了中國(guó)人文盲和非文盲在語(yǔ)義加工過(guò)程腦機(jī)制的差異。結(jié)果表明文盲與非文盲漢字語(yǔ)義加工腦機(jī)制不同，且非文盲的腦活動(dòng)更強(qiáng)，具體體現(xiàn)在左側(cè)額中回（BA9），左側(cè)角回（BA39/40）及左側(cè)顳上回（BA21/22）以及小腦。

文盲；非文盲；漢字語(yǔ)義；功能性磁共振成像

漢字處理過(guò)程主要包括字形、讀音和語(yǔ)義三個(gè)部分。人腦在識(shí)別漢字的時(shí)候主要通過(guò)視覺(jué)或者聽(tīng)覺(jué)通道對(duì)漢字進(jìn)行辨別，例如：當(dāng)我們看到或者聽(tīng)到一個(gè)漢字“山”，通過(guò)視覺(jué)通道我們會(huì)聯(lián)想到山的形狀，通過(guò)聽(tīng)覺(jué)通道我們會(huì)聯(lián)想到山的發(fā)音，進(jìn)而聯(lián)想到山的語(yǔ)義。因此，語(yǔ)義處理是更深一層次的處理過(guò)程，本文將對(duì)漢字語(yǔ)義處理腦機(jī)制進(jìn)行研究。

對(duì)漢語(yǔ)的語(yǔ)義加工處理是人腦語(yǔ)言處理的一項(xiàng)基本活動(dòng)，與讀音和字形相關(guān)功能腦區(qū)相比，語(yǔ)義加工激活的腦區(qū)范圍更廣，而且與讀音和字形加工腦區(qū)有相當(dāng)大的重疊。對(duì)英語(yǔ)和字母語(yǔ)系的fMRI研究表明，在語(yǔ)義處理過(guò)程中，左側(cè)額下回是重要的激活區(qū)。逆序詞語(yǔ)義判斷任務(wù)為漢字所特有，與字母語(yǔ)系不同，國(guó)內(nèi)學(xué)者對(duì)漢字語(yǔ)義處理進(jìn)行了相關(guān)研究。單保慈等通過(guò)對(duì)聽(tīng)覺(jué)和視覺(jué)刺激的研究發(fā)現(xiàn)，左側(cè)大腦半球的額下回、顳下回、梭狀回以及右側(cè)大腦半球的顳中回、緣上回、雙側(cè)的小腦、枕葉參與了漢字的語(yǔ)義處理［1］。Tan等使用漢字做實(shí)驗(yàn)刺激被試完成判斷人物，發(fā)現(xiàn)漢字處理腦區(qū)集中在左側(cè)額中回和右側(cè)的一個(gè)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（BA47/45，BA7，BA40/39以及詩(shī)句區(qū)域系統(tǒng)）［2］。彭聃齡等認(rèn)為語(yǔ)義任務(wù)中可能出現(xiàn)與語(yǔ)音有關(guān)的腦區(qū)的激活；而在語(yǔ)音任務(wù)中不出現(xiàn)與語(yǔ)義有關(guān)的腦區(qū)的激活［3］。在語(yǔ)義判斷時(shí)，語(yǔ)音腦區(qū)出現(xiàn)自動(dòng)激活，這種激活可能有助于語(yǔ)義判斷，而在進(jìn)行語(yǔ)音判斷時(shí)，語(yǔ)義參與較少，所以沒(méi)有顯著激活。本文采用接受教育程度差異較大的兩種被試（非文盲和文盲）利用功能性核磁共振（fMRI）技術(shù)手段探討漢字語(yǔ)義加工相關(guān)腦區(qū)。

近年來(lái)，諸多研究表明語(yǔ)言加工有特定腦區(qū)［4-9］。那么文盲和非文盲的漢字語(yǔ)義處理腦機(jī)制有怎樣的差異？為解決如上問(wèn)題，實(shí)驗(yàn)采用fMRI技術(shù)對(duì)中國(guó)文盲和非文盲漢字語(yǔ)義加工的腦機(jī)制的差異進(jìn)行探討。

1　實(shí)驗(yàn)

1.1被試

本實(shí)驗(yàn)使用文盲被試15人，年齡56±3.6歲，其中男性8人，女性7人；非文盲被試15人，年齡54± 3.9歲，其中男性7人，女性8人。所有被試均符合健康、右利手、母語(yǔ)為漢語(yǔ)的條件，視力聽(tīng)力均正常。所有被試在實(shí)驗(yàn)前均簽署了知情同意書(shū)。為了驗(yàn)證文盲被試是否具有正常的智力，進(jìn)行了IQ測(cè)試（raven IQ test）。結(jié)果顯示非文盲被試為121.1±4.8，文盲被試為91.8±4.9，但均屬于正常水平（正常智力范圍是90～110之間）。

1.2實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

實(shí)驗(yàn)采用2×2的兩因素混合實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)。因素1是組間變量，有文盲組和非文盲組兩個(gè)水平；因素2是組內(nèi)變量，分別為漢字語(yǔ)義和圖形。因變量為被試反應(yīng)時(shí)間，正確率和檢測(cè)的腦血氧水平（BLOD）。

1.3實(shí)驗(yàn)材料

實(shí)驗(yàn)刺激是漢字和簡(jiǎn)單的圖形，漢字是從小學(xué)五年級(jí)漢字生字表中挑選出的53個(gè)平均筆畫(huà)9.8的常用漢字。根據(jù)漢字語(yǔ)義是否相同配對(duì)成語(yǔ)義相同組和語(yǔ)義不同組，各18對(duì)。圖形為簡(jiǎn)單幾何圖形○和□，18對(duì)相同，18對(duì)不同。共組成72張圖片，圖片像素為245×245，顯示器分辨率1024×768，視角為8度。

1.4實(shí)驗(yàn)任務(wù)

在fMRI實(shí)驗(yàn)時(shí)，語(yǔ)義刺激對(duì)和圖形刺激對(duì)通過(guò)反光鏡折射至被試眼部。在進(jìn)行掃描時(shí)要求被試對(duì)屏幕中呈現(xiàn)的兩個(gè)漢字（或圖形）進(jìn)行辨別，語(yǔ)義相同時(shí)用左手拇指按1鍵，不同時(shí)用右手拇指按3鍵。語(yǔ)義刺激對(duì)或圖形對(duì)均隨機(jī)出現(xiàn)。刺激呈現(xiàn)時(shí)間均為4s，時(shí)間間隔隨機(jī)化，分別為2s，4s和6s。無(wú)刺激呈現(xiàn)時(shí)只提示注視點(diǎn)“+”。一共72個(gè)刺激，實(shí)驗(yàn)時(shí)間大約持續(xù)10分鐘。然后加掃了3D和T1圖像。整個(gè)實(shí)驗(yàn)持續(xù)時(shí)間約20分鐘。

1.5數(shù)據(jù)采集與分析

實(shí)驗(yàn)采用吉林大學(xué)第一醫(yī)院的Philips Intera Achieva 3.0T超導(dǎo)型MR掃描系統(tǒng)，應(yīng)用8通道SENSE頭線圈。層厚為3.5mm。在數(shù)據(jù)分析的時(shí)候，使用基于Matlab7.5的SPM8軟件進(jìn)行圖像后處理。處理過(guò)程分為預(yù)處理和統(tǒng)計(jì)分析處理兩個(gè)過(guò)程：預(yù)處理具體過(guò)程是：（1）頭動(dòng)校正和圖像的配準(zhǔn)。（2）空間標(biāo)準(zhǔn)化。（3）空間平滑和時(shí)間平滑。（4）去線性漂移。在預(yù)處理過(guò)程完成后進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。在個(gè)體水平，采用一般線性模型（General Linear Model，Y=βX+E），將漢字語(yǔ)義辨別和圖形辨別的反應(yīng)與baseline做比較，p＜0.001（Uncorrected），得出對(duì)比圖像。采用隨機(jī)效應(yīng)模型，對(duì)組內(nèi)和組間數(shù)據(jù)分別進(jìn)行單樣本和雙樣本t檢驗(yàn)分析 p＜0.05（Corrected）得到文盲和非文盲在漢字語(yǔ)義處理時(shí)腦活動(dòng)的差異性腦區(qū)。

1.6結(jié)果

fMRI腦功能成像結(jié)果：文盲組激活了一個(gè)由多個(gè)腦區(qū)參與的腦神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，非文盲組也激活了一個(gè)由多個(gè)腦區(qū)參與的漢字語(yǔ)義加工處理網(wǎng)絡(luò)（圖1），兩組被試均激活了大腦對(duì)漢字語(yǔ)義處理的基本腦區(qū)。兩組被試做差，如圖2所示，差異性腦區(qū)位于左側(cè)額中回（BA9），左側(cè)角回（BA39/40）及左側(cè)顳上回（BA21/22）以及小腦，p＜0.05。

圖1　文盲與非文盲漢字語(yǔ)義加工的激活腦區(qū)結(jié)果

圖2　文盲與非文盲漢字語(yǔ)義加工激活差異腦區(qū)結(jié)果（p＜0.05）

2　討論

本研究中非文盲和文盲組漢字字形加工均激活了由多個(gè)腦區(qū)構(gòu)成的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，與以往對(duì)漢字語(yǔ)義加工的fMRI研究結(jié)果均相近［2，10，11］。近年來(lái)，隨著腦科學(xué)和心理語(yǔ)言學(xué)的發(fā)展，世界各地的諸多學(xué)者對(duì)文盲這一特殊被試群體進(jìn)行研究。國(guó)內(nèi)外許多學(xué)者對(duì)文盲進(jìn)行了研究，并取得了許多成果，跟語(yǔ)言相關(guān)的腦區(qū)一一被發(fā)現(xiàn)并確定下來(lái)［4-10］。本文也發(fā)現(xiàn)了幾個(gè)漢字語(yǔ)義處理的特有腦區(qū)，比如左側(cè)額中回（BA9），左側(cè)角回（BA39/40）及左側(cè)顳上回（BA21/ 22）以及小腦等都是與漢字語(yǔ)義處理相關(guān)。

目前國(guó)內(nèi)的語(yǔ)言學(xué)家已經(jīng)開(kāi)始利用文盲這一特殊被試進(jìn)行漢語(yǔ)語(yǔ)言處理機(jī)制方面的研究。Li等人（2006）對(duì)中文文盲進(jìn)行了研究，實(shí)驗(yàn)采用靜態(tài)詞再認(rèn)任務(wù)，探討文盲和非文盲激活的腦區(qū)差異［10］。研究同時(shí)采用fMRI技術(shù)來(lái)探討語(yǔ)音任務(wù)中的大腦激活，實(shí)驗(yàn)采用30個(gè)靜態(tài)字詞再認(rèn)和30個(gè)交通標(biāo)識(shí)符的靜態(tài)圖形命名任務(wù)進(jìn)行。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，在字詞再認(rèn)任務(wù)中，兩類被試在左側(cè)額下，額中回，兩側(cè)的顳上回激活差異顯著；非文盲被試主要激活左側(cè)額中回。文盲被試這種靜態(tài)漢字再認(rèn)任務(wù)激活的區(qū)域主要是兩側(cè)的頂葉下部。在圖形命名任務(wù)中，兩側(cè)的額下、額中回，左側(cè)的邊緣扣帶回的激活差異顯著。因此，得到結(jié)論是與語(yǔ)言任務(wù)相關(guān)的腦區(qū)激活模式受教育的影響。Dehaene等人在science上發(fā)表了基于文盲文字學(xué)習(xí)的文章，明確了幾個(gè)特定的腦區(qū)，比如左側(cè)紡錘狀回是寫(xiě)作腦內(nèi)等［11］。我們的結(jié)果也證明了在雙側(cè)的后頭頂葉主要是漢字的語(yǔ)義處理區(qū)，因?yàn)樵陔p側(cè)的后頭頂葉非文盲的活動(dòng)比文盲的活動(dòng)強(qiáng)。

在國(guó)外，Petersson等人的有關(guān)英文語(yǔ)義和語(yǔ)音的文盲研究中，針對(duì)文盲和非文盲被試進(jìn)行了單詞與非單詞判斷，語(yǔ)音判斷，語(yǔ)義判斷等實(shí)驗(yàn)任務(wù)。結(jié)果發(fā)現(xiàn)在頂下皮層（IPC）領(lǐng)域，文盲和非文盲相比，在左側(cè)非文盲的活動(dòng)比文盲的活動(dòng)強(qiáng)，在右側(cè)文盲的活動(dòng)比非文盲強(qiáng)，而在顳上回（STG）領(lǐng)域內(nèi)兩者之間沒(méi)有顯著性差異［12-15］。我們得到結(jié)果表明，漢字語(yǔ)義處理腦區(qū)有部分和英文處理腦區(qū)相同，部分腦區(qū)是不同的，說(shuō)明漢字語(yǔ)義處理有其特有的腦機(jī)制，這也是漢字作為象形文字最大的特點(diǎn)。

3　結(jié)論

文盲與非文盲漢字語(yǔ)義加工腦神經(jīng)機(jī)制不同，但是文盲和非文盲具有相似的、完善的漢語(yǔ)語(yǔ)義加工腦神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)連接模式。結(jié)果可以看出非文盲的腦活動(dòng)更強(qiáng)，教育改變了語(yǔ)言認(rèn)知活動(dòng)的腦神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)鏈接模式。漢字語(yǔ)義加工時(shí)非文盲比文盲強(qiáng)的腦活動(dòng)神經(jīng)機(jī)制在左側(cè)的一個(gè)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，即差異性腦區(qū)位于左側(cè)額中回（BA9），左側(cè)角回（BA39/40）及左側(cè)顳上回（BA21/22）以及小腦。

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Research on the Brain Mechanism of Chinese Semantic Processing：an fMRI Study

YANG Jingjing1，LI Xiujun1，WU Jinglong2，TONG Dan3

（1.School of Computer Science and Technology，Changchun University of Science and Technology，Changchun 130022；2.Graduate School of Natural Science and Technology，Okayama University，Okayama 700-8530；3.Department of Radiology，No.1 Hospital of Jilin University，Changchun 130022）

In this study，we used functional magnetic resonance imaging（fMRI） to investigate the what’s Chinese semantic processing on the human mechanism.In fMRI experiment，subjects were asked to view the character semantic or figure pairs and discriminate whether the characters or figures of each stimuli pair were the same or not using response keys.The results of fMRI analysis showed that stronger activation of Chinese literates than illiterates.We observed that the brain network of Chinese phonological processing in the left middle frontal gyrus（BA9），the left angular gyrus（BA39/40），the left superior temporal gyrus（BA21/22） and cerebellum.

illiterate；literate；Chinese semantic；fMRI

H315

A

1672-9870（2016）03-0136-03

2016-01-03

楊菁菁（1979-），女，博士，助理研究員，E-mail：yangjingjing@cust.edu.cn