正常成人汉语句子识别的事件相关脑电位N400实验研究

杨卫敏肖泽萍陈兴时唐云翔张天宏张明岛范 青楼翡璎陈 冲王继军

正常成人汉语句子识别的事件相关脑电位N400实验研究

杨卫敏1肖泽萍1陈兴时1唐云翔2张天宏1张明岛1范 青1楼翡璎1陈 冲1王继军1

目的 探讨正常成人汉语句子结尾词匹配和非匹配事件相关脑电位(ERP）N400的特点。方法 应用ERP仪，对58名19～63岁正常成人右利手受试者，进行汉语正常句子结尾词(匹配）与句子结尾歧义词(非匹配）N400的实验研究。结果 正常成人中央区(Cz）、前额区(Fz）及顶区(Pz）脑区汉语句子结尾词匹配的N400平均潜伏期为364 ms，平均波幅为8.9 μV；非匹配的N400的平均潜伏期为409 ms，平均波幅为12.9 μV。正常成人各脑区匹配与非匹配的汉语句子结尾词的N400潜伏期、波幅比较有统计学差异。结论 正常成人汉语句子识别的N400稳定、可靠；非匹配的汉语句子结尾词的N400潜伏期长，波幅高。

汉语句子 事件相关脑电位 N400 正常成人

事件相关脑电位(event related potentials，ERP）中N400是一种与语言认知事件相关的内源性成分，它反映的是与语言相关的认知电活动［1，2］。Kutas等［3］首先报道在英文句子的最后词语义歧义诱发出的潜伏期为400 ms的负波N400。随后国内外报告以英文刺激材料者为多［4-8］，而以汉语作为刺激材料进行研究的报道较少。本实验中，我们采用句子结尾词的汉语句子结尾词匹配和非匹配的认知ERP的实验，探讨在本模式下产生的N400的特征，并为进一步研究精神障碍患者的N400作准备。

1 对象与方法

1.1 研究对象

正常成人来自为上海交通大学医学院附属精神卫生中心的职工、上海交通大学医学院师生和附近社区居民的志愿者，于2007年9月-2008年12月参与本研究。入组标准：①体检正常，未发现躯体疾病；②血常规、生化常规和胸片均无异常；③对受试者作精神检查，确认以往从未发生过各类精神障碍，目前精神状况良好；④精神病家族史阴性；⑤无酒或药物滥用史；⑥均为右利手，视力和听力正常。⑥母语为汉语，均可运用普通话，文化程度大专以上。共有58名正常成人入组，其中男30名，女28名；年龄为19～63岁，平均年龄(39±16）岁；受教育年限为6～19年，平均(13±4）年。男女两组的年龄和受教育程度均无统计学差异(P＞0.05）。

1.2 研究方法

1.2.1 刺激材料

本作业由76个汉语句子组成刺激，分成两组。这些语句的最后一个词为目标词(靶词），它们与语句主体的关系在语义上分为两类：语义一致(匹配）和语义不一致(非匹配）。句子结尾词为目标词，与语句主体的搭配逻辑上和语义上高度预期的为一致，如“我刚吃了一碗饺子”，称之为匹配。目标词与语句主体预期概率为零的为不一致，如“我刚吃了一碗凳子”，称之为非匹配，等等。材料的呈现方式以词为单位，即一词一词地呈现。两组中45句为语义一致，31句为语义不一致。这些汉字均为高频词，使用频率大于30次/万，笔画数为4～14［9］。

1.2.2 刺激呈现

参照汉语句子实验［2，10］。受试者双眼与刺激句子平行，距屏幕约1m的距离。字句大小为4.5× 4.5 cm，每个字呈现时间为300 ms，词间隔为800 ms。每个句子第一个字出现前500 ms有一持续呈现时间为300 ms的红色“×”，提示受试者句子即将出现，请不要眨眼；在句子最后一个词(靶词）显示后1 500 ms屏幕上显示一个呈现时间为300 ms“Y”，提示此句子显示完毕，可以眨眼休息。

1.2.3 研究步骤

让受试者坐在舒适的椅子上，实验开始前以口头方式向受试者说明本实验的性质、顺序作业及要求。指导语如下：在你的前面的屏幕上将要呈现汉语句子，3、2、1倒计时，提示实验开始，请你在实验过程中尽量少眨眼，不要出声，认真判断所显示的句子中最后呈现的词在语义上是否正确，直至屏幕黑屏。实验结束，显示正确与错误的次数(通过按键，在非匹配句子作业中作“NO”反应，在匹配句子中作“YES”反应）。

1.2.4 脑电生理记录

采用广州润杰医疗仪器公司研制的ERP仪，参照国际10/20系统，记录电极于Fp1、Fp2、Fz、F3、F4、Cz、C3、C4、Pz、P3、P4、O1、O2、F7、F8、T3、T4、T5、T6。FPz为接地电极，双耳(A1+A2）为参考电极，极间电阻小于5 KΩ，滤波为0.53～60 Hz。N400分析时间定为1 100 ms。将眼动或其他原因引起波幅超过75 μV的波形删除，把采集的数据存入计算机硬盘备用。

1.3 统计方法

利用差异波的分析方法，使因实验条件引致的电活动更清晰，用语义非匹配句子的总平均后ERP波形减去语义匹配句子(正常）的总平均后ERP波形而获得差异波。差异波的N400峰潜伏期和波幅的判定与常规ERP波形的判定相同。分别对匹配和非匹配的每条ERP测N400的中央区(Cz）、前额区(Fz）及顶区(Pz）峰潜伏期(从刺激开始至最大负波N400波峰的时间）和波幅(从刺激前基线到N400波峰的电压），采用SPSS 11.0统计包进行数据处理，用t检验分析匹配与非匹配的N400的差别。

2 结果

2.1 N400潜伏期和波幅

汉语句子的匹配N400平均潜伏期为364 ms，非匹配N400的平均潜伏期为409 ms。句子的匹配N400平均波幅为8.9 μV，非匹配N400平均波幅为12.9 μV。由表1可见，正常成人对结尾词匹配和非匹配的N400在潜伏期和波幅有统计学差异，非匹配的N400较匹配的N400潜伏期长，波幅高。

2.2 N400波形

刺激呈现后，在150～210 ms处可看到1个在185 ms左右达到峰顶的第一个明显的负向偏移成分-N200。在N200的后面310～500 ms内有1个较宽大而明显的负走向成分，即-N400(图1）。此波的终点与1个潜伏期约为540 ms晚发正相成分相连。

为了检验这一刺激序列引出的N400的稳定性，我们随机选择了其中的9名(4名男性，5名女性）正常成人记录了前后2周的N400波形，结果发现两次记录结果吻合性良好，为本实验结果的可靠性提供了良好的支持证据。

表1 正常成人汉语句子结尾词匹配与非匹配的N400潜伏期和波幅比较 ¯x±s

图1 句子识别的N400图谱（向上为负）

3 讨论

词语、句子等语言作业可以诱发N400波。N400能敏感地反映词与词、词与上下文在语义上的联系。目前采用匹配与非匹配的关系作为刺激方法，如句尾歧义词、相关词与无关词、词与非词、新词与旧词、文字与非文字符号、图片命名等［10，11］。近年研究发现，非语言作业也可引出N400波。简单乘法运算、图片、手势、音乐、面部表情、笑话等语义不一致时均可引出N400［12］。

文化程度直接影响词汇、句法的综合加工(词句阅读任务）或语义匹配(词语选择任务）的理解，从而影响N400的波形［2］。因此，应选用人们长期习用的简洁、含义精辟的词组，并且是受试者认识并理解的词、语句或成语做刺激材料，这是引出N400的必要条件之一。

按照国际心理生理学会2000年提出的事件相关脑电位记录和出版标准［13］，本研究首先建立N400测试的规范性操作与分析程序。考虑到精神科的特殊性，以及文献中获得更广泛应用的句子刺激，我们尝试并建议用句子作为刺激，这样从认知心理学上保证了精神科实验设计的特殊性和合理性。

有关精神疾病诱发电位的一些指标存在的差异，有些学者将其原因归咎为研究的设备、实验条件和技术参数的不同。然而，我们认为除此之外，还应将研究对象的筛选标准考虑在内。因为只有建立了正常成人的概念之后，才会有正常成人的脑电波指标这个概念。为此，我们参考目前国内ERP的正常成人标准而制定本研究的入组标准，以保证研究对象在生理、心理和社会功能均在健康之列。由于我们对本研究对象采用了相同的入组标准，并用同样的实验方法和研究指标，因此即使仪器设备不同，所得结果的差异并无统计学意义，故其研究结果对上海地区正常成人的同类研究具有一定的参考价值。

本研究选取脑中线部位上N400额区、中央区、顶区作为安置点，有助于提高测量的可信度。以这一刺激序列引出的N400波形不仅出现率高，波形易读，并且重复性好。本实验结果句子非匹配汉语句子结尾词的N400潜伏期较匹配组延迟，波幅明显高于匹配组。正常成人汉语识别句子的N400稳定、可靠。Niznikiewicz等［14］用成对字与语句结尾词是否歧义作为刺激物分别进行实验，结果发现，音同、形似但语义无关时均记录到较大的N400，表明N400是语义加工的指标。本实验结果也说明N400具有明显语义的启动效应。

本研究数据处理时将匹配和非匹配所引起的ERP分别叠加，以便研究。考虑到精神疾病患者对研究的合作程度不同，我们认为刺激呈现不宜过于复杂，故选用简单句子作为刺激材料，以后将通过临床实践探讨N400在精神疾病方面的应用价值。

1 张明岛，陈兴时.脑诱发电位学.2版.上海：上海科技教育出版社，2002：311-333.

2 陈璇，金梅.正常人汉语句子事件相关电位N400的研究.第一军医大学学报，2003，23(8）：812-815.

3 Kutas M，Hillyard S A.Reading senseless sentences：brain potentials reflects semantic incongruity.Science，1980，207(4427）：203-205.

4 Debruille JB，Kumar N，Saheb D，et al.Delusions and processing of discrepant information：an event-related brain potential study. Schizophr Res，2007，89：261-277.

5 Condray R.Language disorder in schizophrenia as a developmental learning disorder.Schizophr Res，2005，73：5-20.

6 Guillen F，Pampoulova T，Stip E，et al.Are there common mechanisms in sensation seeking and reality distortion in schizophrenia？a study using memory event-related potentials.Psychiatry Res，2005，135：11-33.

7 Kostova M，Passerieux C，Laurent JP，et al.N400 anomalies in schizophrenia are correlated with the severity of formal thought disorder.Schizophr Res，2005，78：285-291.

8 马永兴，俞卓伟.现代痴呆学.北京：北京科学技术文献出版社，2008：680-710.

9 国家语言文字工作委员会汉字处.现代汉语通用字表.北京：语文出版社，1989：97-100.

10 魏景汉，罗跃嘉.认知事件相关脑电位教程.北京：经济日报出版社，2002：220-228.

11 韩静，李华，席艳玲.语言认知事件相关脑电位N400的研究进展.中国临床心理学杂志.2006，14(6）：659-661.

12 陈璇，杨文俊.中西文N400的研究现状简述(1）.临床神经电生理学杂志，2004，13(1）：53-55.

13 Picton TW，Bentin S，Berg P，et al.Guidelines for the using human event-related potentials to study cognition：recording standards and publication criteria.Psychophysiology，2000，37：127-152.

14 Niznikiewicz M，Squires NK.Phonological processing and the role of strategy in silent reading：behavioral and electrophysiological evidence.Brain Lang，1996，52：342-364.

N400 event-related potentials of normal Chinese adults elicited by matching and mismatching word paradigms in Chinese sentences

Yang Weimin1，Xiao Zeping1，Chen Xingshi1，Tang Yunxiang2，Zhang Tianhong1，Zhang Mingdao1，Fan Qing1，Lou Feiying1，Chen Chong1，Wang Jijun1.1.Shanghai Mental Health Center，Shanghai Jiaotong University，Shanghai 200030；2.The Second Military Medical University，Shanghai 200433

Objective：Compare the N400 component of events-related potentials(ERP）among normal Chinese subjects when recognizing matched and mismatched words at the end of Chinese sentences. Methods：The ERP component N400 was recorded from the central zone(Cz），frontal zone(Fz）and parietal zone(Pz）areas in 58 right-handed normal adults aged 19-63 years old while they were reading Chinese sentences ending with matching words(congruent situation）or mismatching words(incongruent situation）. Results：The combined means for the three areas of the N400 latencies and amplitudes were 364 ms and 8.9 μV in the congruent situation and 409 ms and 12.9 μV in the incongruent situation.For each of the areas assessed，the N400 latencies were significantly prolonged and the amplitudes were significantly increased in the incongruent situation compared to the congruent situation.Conclusion：The N400 component of the ERP elicited by a sentence discrimination task in normal Chinese adults is stable and reliable.N400 latencies are prolonged and N400 amplitudes are increased when test sentences end in mismatched words compared to when test sentences end in matching words.

Chinese sentence Event related potentials N400 Normal adult

2009-11-20）

(本文编辑：武春艳）

国家重点基础研究发展计划，973计划(课题编号：S2009051026），国家自然科学基金资助项目(30770772），国家高技术研究发展计划(2007AA02Z420，2008AA02Z412）

1.上海交通大学医学院附属精神卫生中心 200030；2.第二军医大学 200433。通信作者：陈兴时，电子信箱：chenxingshi2008 @hotmail.com