汉字识别中部件结合率的作用：ERP研究*

2015-02-06王协顺陈烜之

心理学报 2015年2期

吴岩王协顺陈烜之

(1东北师范大学心理学院,长春 130024)(2香港中文大学心理系,香港)

1 引言

部件结合率通常是指包含某个部件的所有汉字集合(position-general radical combinability,GRC),在概念层次上,可以将其等同于拼音文字中正字法家族大小(orthographic neighborhood size)这一概念。在拼音文字中家族大小通常是指通过替换单词的一个字母(而不改变字母的位置)可以形成的其他单词的个数(Coltheart,Davelaar,Jonasson,&Besner,1977)。在此定义中研究者特别强调字母位置不变,即肯定了字母位置在单词家族大小效应(或称家族效应)中的作用。事实上,许多关于拼音文字中单词阅读的模型都肯定了携带位置信息的字母在读者头脑中的表征(Chauncey,Holcomb,&Grainger,2008;Dufau,Grainger,&Holcomb,2008)。那么以此类推,是否说明在汉语中,在定义部件结合率(汉字正字法家族大小)时也应该考虑部件位置信息呢？即部件结合率是指包含某一特定位置部件的所有汉字的集合(position-specific radical combinability,SRC)。

其实不尽然,尽管目前越来越多的研究肯定了在汉字阅读中包含了部件这种亚词汇信息的提取(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),但是部件这种亚词汇信息的提取是否依赖于部件位置信息目前还存在一定争议。一些研究者认为部件只有结合了位置信息才能够在汉字加工中产生作用(Ding et al.,2004),这是因为对于一些汉字如“杏”和“呆”,我们只能通过部件所处位置进行区分。和此观点一致,研究者发现通过置换部件位置所形成的汉字,它们之间的加工不会产生相互干扰(Taft,Zhu,&Peng,1999),这说明部件虽然相同,但是只要部件所处位置不同,部件的表征就不相同,否则如果不同位置的部件表征相同,“杏”和“呆”这类汉字的加工就应该产生相互干扰。此外,Ding等(2004)还发现只有当启动字与目标字共享的部件处于相同位置时,启动字才会促进目标字的加工(例如,启动字“躯”对目标字“枢”)。这些研究结果无疑说明部件是携带位置信息进行表征的。但Taft等随后的研究(Taft et al.,2000)以及其他研究者的研究(Yeh &Li,2002;Tsang &Chen,2009)也发现部件不一定需要携带位置信息才可以对汉字加工产生作用,不携带位置信息的部件也可以对汉字加工产生作用。例如,Yeh和 Li(2002)采用视觉搜索范式,要求被试从一系列邻近字中搜索一个目标字(如“納”),研究结果发现只要目标字和邻近字(如“素”)含相同部件,不管该部件在目标字和邻近字中所处位置是否一致,都会干扰个体对目标字的搜索。此结果否定了部件一定是携带位置信息进行表征的结论,因为如果不同位置的部件存在不同表征,目标字和邻近字仅共享部件而部件位置不同时,彼此之间不会产生干扰。

近年来随着电生理学技术的发展,一些研究者试图以更敏感的ERPs(Event-Related Potentials)为指标,探讨汉字加工中部件位置信息的作用(Lin et al.,2011;Wu et al.,2012)。其中,采用语词判断任务(Lexical Decision Task),Lin等(2011)首先通过系统变化汉字正字法信息,探讨了携带位置信息的部件在汉字加工中的作用。研究者操纵了4种实验条件,分别是真字、假字(部件和部件位置正确,但在汉语中并不存在这样的汉字,即部件结合错误)、非字(部件正确但部件位置和结合都错误)和笔画组合(部件、部件位置以及部件结合都错误)。结果发现和非字、笔画组合相比,真字和假字都引发了N170的变化,而且两者产生的 N170没有区别,非字和笔画组合在N170上也没有差异。因为非字与假字唯一区别在于部件位置正确与否,所以此结果说明和不携带位置信息的部件相比,携带位置信息的部件可以更早地发挥作用。采用语词判断任务,Wu等(2012)操纵部件频率的研究也得到了类似的结果,研究发现携带位置信息的部件频率最先引发 P150(100～160 ms)的变化,而不携带位置信息的部件频率首先引发P200(180～280 ms)的变化,因为P150出现的时间窗口比 P200的早,因而研究者认为以ERPs为指标,携带位置信息的部件和不携带位置信息的部件在读者的头脑中都存在一定表征,但是两者激活的时间点存在差异。

那么基于这样的 ERP结果,是否可以说明在考察汉字正字法家族大小效应时,部件位置是需要考量的重要信息呢？其实也不尽然,一是目前存在的 ERP研究还是太少,采用的操作或任务过于单一(基本都是采用语词判断任务得来的结果),我们知道对一个问题的探讨需要来自多方面不同操作、不同任务的研究证据,单一操作或任务下的研究结果得到的结论往往不够充分。其次,就目前存在的有限几个ERP研究(Lin et al.,2011;Wu et al.,2012)而言,也存在一定问题,有扩大部件位置效应的可能性。这是因为实验材料都包含了假字或非字,假字或非字通常指违背一定正字法规则所产生的汉字,比如通过部件、部件位置或部件结合的正确与否产生。这一过程无疑强化了汉字结构性信息,我们通常也称之为正字法信息,导致个体分配更多注意资源关注汉字正字法加工。而部件位置作为汉字正字法规则中的重要组成,无疑是需要重点关注内容,因而假字的使用存在扩大部件位置效应的可能。事实上,Tsang和Chen(2009)在对以往行为研究结果进行综述时,也提出实验材料可能是导致以往研究中出现矛盾结果的一个重要因素,包含假字和非字的研究往往得出部件需要携带位置信息才能对汉字加工产生作用(Ding et al.,2004;Taft et al.,1999;Taft &Zhu,1997);而研究中不包含假字和非字这类不符合正字法规则的字符,研究者往往肯定了不携带位置信息部件的重要性(Lai &Huang,1988;黎红,陈烜之,1999;Tsang &Chen,2009;Yeh &Li,2002)。

因此,针对这些问题,本研究试图通过操纵部件结合率,考察携带位置信息的部件和不携带位置信息的部件在汉字加工中的作用。在此基础上,本研究将系统变化实验材料,以探讨假字在部件位置信息加工中的可能作用机制。

研究操纵了两种部件结合率,一是不携带位置信息的部件结合率(GRC),指包含某个部件的所有汉字集合,忽略部件位置信息;二是携带位置信息的部件结合率(SRC),指包含某一特定位置部件的所有汉字集合。在这里笔者采用方位判断任务,要求个体判断刺激出现的方位,以屏幕的中线(实验中并没有呈现)为参考,判断刺激是偏左还是偏右,这样的任务保证了个体不会过分关注汉字正字法信息,并确保汉字部件的加工不受和语言加工有关的任务的影响,使个体在内隐的情境下加工汉字。此外,研究中还系统变化了材料类型,在实验 1中以假字为填充刺激,在实验2中以几何图形为填充刺激,实验1和实验2结果的比较可以提供关于假字对部件位置信息作用的证据。

在以往研究基础上,重点考察两种 ERP成分,分别是P200和N400(Hsu et al.,2009;Lee et al.,2007;Taler &Phillips,2007)。P200是一种与词汇家族大小效应相关的脑电成分(Hsu et al.,2009;Lee et al.,2007)。在操纵声旁结合率(包含相同声旁的所有形声字集合)的前提下,Hsu等(2009)发现当前加工的汉字家族越大,引发的 P200越小,因为处于大家族中的汉字在字形提取时获得的促进效应更强;N400是与语义加工有关的一种成分(Hsu et al.,2009;Lee et al.,2007;Taler &Phillips,2007)。与 P200 的变化相反,Hsu等(2009)发现相对于家族小的汉字,家族大的汉字引发更强的 N400效应,因为处于大家族中的汉字在语义提取时获得的干扰更强。和家族效应相对应的P200和N400效应,Lee等(2007)将其归结为两阶段加工模型。因此可以预测,如果部件能够影响汉字加工,SRC和GRC将在P200和/或 N400上发现差异;如果携带位置信息的部件与不携带位置信息的部件在加工时程上有差异,那么SRC和GRC将引发不同的ERP成分,或者引发相同的ERP成分,但两者在潜伏期上存在差异。

2 实验1：以假字为填充刺激

2.1 方法

2.1.1 被试

香港中文大学学生19名(男8人,女11人),年龄20～26岁,平均年龄为23岁。均为自愿参加,完成试验任务后给予一定的劳务报酬。所有被试均为右利手,裸眼视力或矫正视力均正常,母语都为普通话,无语言等神经功能上的缺陷或损伤,以前从未参加类似的实验。

2.1.2 实验材料

表1 汉字材料的各种信息

2.1.3 实验程序

采用 E-Prime 2.0心理学实验软件进行设计,具体实验程序如图1所示。在正式实验之前,首先让被试进行练习,使其熟练实验任务及具体实验程序,练习结束后进入正式实验。正式实验开始前,屏幕上会呈现“请按Q键开始正式实验”的字样,被试按键后在屏幕中央会出现一个注视点“+”,持续时间为500 ms。接着出现空白刺激,持续500～700 ms。然后是实验刺激(汉字或填充刺激),刺激并非在屏幕正中央出现,而是在稍微偏左或者偏右一点的位置上出现,持续时间为400 ms,接着是600 ms的空白刺激。空白刺激后是一个掩蔽刺激,以点阵方式存在。在此要求被试对实验刺激的方位做出判断,左右判断对应于F和J键。注意该研究采用延迟反应范式,即目标字出现时不要求被试立即反应,而是等掩蔽刺激出现时才可以反应。目的在于排除按键等手动动作对刺激所引发的脑电波的干扰,故此,被试的反应时也是从掩蔽刺激出现那一刻开始计时。按键完毕或者2000 ms后掩蔽刺激消失,接着是一个600 ms的空白和1000 ms的眨眼信号,预示被试可以适当休息眼睛。

由于 ERP实验要求每个条件下实验刺激至少40个,因而在这里所有刺激包括假字均呈现 3次,共456个刺激,分8个组块呈现,每个组块57个试次。存在两个A、B两个版本,在A版本中如果刺激在屏幕中线左侧呈现,那么在B版本中该刺激将在右侧呈现,其中约一半被试接受A版本,剩余被试接受B版本。整个实验约需2 h。

图1 实验流程图

2.1.4 脑电数据记录、处理与分析

使用64导的Neuroscan 4.3脑电记录和分析系统,选用64导放大器和64导银/氯化银电极帽记录EEG,导联方法采用国际 10-20标准系统。参考电极置于左侧乳突,右侧乳突为记录电极,离线处理时以双侧乳突的平均值进行再参考,头皮中线 FPz和 Fz之间中点接地,同时记录垂直眼电和水平眼电,每个电极处的头皮电阻保持在5 kΩ以下。滤波带通为0.05～100 Hz,采样频率为1000 Hz/导。数据离线分析时滤波带通为0.05～30 Hz,分析时程范围是从刺激呈现前100 ms到刺激呈现后500 ms,并以刺激前100 ms作为基线,自动删除眼电、肌电等伪迹,波幅大于±80 μV 的记录在处理中也被自动删除。最后将所有的脑电数据进行叠加处理。

运用SPSS 17.0统计软件包对180～230 ms(P200)和300～400 ms(N400)两个时间窗口内的平均波幅进行三因素重复测量方差分析。分析因素为：部件结合率(HSRC vs.LSRC或者HGRC vs.LGRC)×大脑半球(左 vs.右)×脑区(前 vs.中 vs.后)。根据大脑左右半球和前中后脑区将头皮分为6个区域,每个区域含6个电极：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)。统计中

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

2.2 结果与分析

2.2.1 行为反应结果

2.2.2 ERP实验结果

图2 实验1中HSRC和LSRC条件下ERP总波形图以及差异波在180～230 ms的地形图(彩图见电子版)

图3 实验1中HGRC和LGRC条件下的ERP总波形图以及差异波在300～400 ms的地形图(彩图见电子版)

3 实验2：以几何图形为填充刺激

3.1 方法

3.1.1 被试

香港中文大学学生 20名(8男,12女),年龄19～27岁,平均年龄为22岁。均为自愿参加,完成试验任务后给予一定的劳务报酬。所有被试均为右利手,裸眼视力或矫正视力均正常,母语都为普通话,无语言等神经功能上的缺陷或损伤,以前从未参加类似的实验。

3.1.2 实验材料

实验2与实验1采用的汉字材料相同,但以几何图形作为填充刺激。几何图形是由不同长度和朝向的线条构成的。每个几何图形与汉字在复杂性上相互匹配,即组成图形的线条数与其对应的汉字在笔画上相互匹配。

3.1.3 实验程序

与实验1相同。

3.1.4 脑电数据记录、处理与分析

与实验1相同。

3.2 结果与分析

3.2.1 行为反应结果

3.2.2 ERP实验结果

排除伪迹和错误反应后共有10.8%的试次被剔除。图4呈现了HSRC和LSRC条件下的ERP结果。采用重复测量方差分析,在两个时间窗口均没有发现任何显著性差异结果,

s >0.05。

图4 实验2中HSRC和LSRC条件下ERP总波形图

实验2结果表明,当以简单几何图形替换假字作为填充刺激时,SRC的效应发生了变化,之前发现的与之相关的P200效应消失了;但是 GRC效应保持稳定,仍然表现在大脑半球右侧化偏向的N400效应。

图5 实验2中HGRC和LGRC条件下的ERP总波形图以及差异波在300～400 ms的地形图(彩图见电子版)

4 讨论

采用方位判断任务,通过操纵部件结合率,本研究考察了携带位置信息的部件和不携带位置信息的部件在汉字加工中的作用。研究结果显示在一种内隐性的汉字加工任务中,GRC对汉字加工的作用相对稳定,表现为大脑半球右侧化偏向的 N400效应;而SRC对汉字加工所产生的效应不稳定,如果存在假字这类刺激时,SRC会引发 P200的变化(实验1),如果不存在假字这样的材料时,P200效应将会消失(实验2)。

首先,和 GRC相关的稳定的 N400效应说明,在汉字加工中 GRC的作用不会受到假字存在与否的影响,GRC对汉字加工的作用相对稳定。与此相对应,SRC在 P200上的效应会受到假字存在与否的影响,说明 SRC 在汉字加工中的作用不稳定,如果存在线索提示汉字的正字法信息,部件位置信息就会被关注,从而产生作用。当然这并非说明个体头脑中不存在携带位置信息的部件表征,相反,笔者推测部件应该同时存在携带位置和不携带位置信息的表征,否则即使个体注意力偏向部件位置信息,SRC也不可能产生作用。

这一点和Taft(2006) 年提出的模型(Multilevel Interaction Activation Model)所预期内容一致。Taft(2006)认为在个体头脑中部件存在携带位置信息和不携带位置信息两种表征,但是认为不携带位置信息和携带位置信息的部件表征在汉字加工中都会被激活,两者的差异仅仅表现在时间进程上,不携带位置信息的部件先被激活,然后才激活携带位置信息的部件。显然,Taft关于时间进程的观点既不能解释本研究实验 1结果也不能解释实验 2结果,实验1中笔者发现SRC的作用早于GRC,而非如Taft的预期GRC的作用早于SRC;实验2中当假字不存在时,SRC的效应消失了,而GRC效应仍然存在。基于本研究结果,笔者认为携带位置信息部件和不携带位置信息的部件都可以被激活,但携带位置信息的部件的激活不稳定,会受到语言材料构成所引发的个体注意偏向的影响。

然而,值得注意的是,本研究中所采用的任务是与外显的语言加工无关的方位判断任务,并未要求个体对汉字进行有意识的语义提取,是反映汉字加工中无意识的语义提取过程。这与自然阅读时的情况有所差别,自然阅读时,要求个体有意识地去理解汉字语义信息。因而,目前无法预测在自然语言理解中,GRC和SRC是否也会出现同本研究中相似的结果。然而值得注意的是,本研究起码证明了材料构成等实验设置是可以调节携带位置信息的部件在汉字加工中的作用。

此外,P200和N400的发现与以往研究结果一致,在关注正字法家族大小效应的研究中,研究者(Hsu et al.,2009;Lee et al.,2007;Taler &Phillips,2007)发现家族大的词汇可以引发波幅较小的 P200和波幅较大的N400。Lee等(2007)将其归结为两阶段加工模型,认为在词汇加工中,家族大的词汇会激活较多的同家族邻近词汇,这些在词形上相似的邻近词汇会促进目标词汇的词形加工,反映在波幅较小的P200上,但会干扰到目标词汇的语义提取,反映在波幅更大的N400上。这里笔者采用相似的模式来解释P200和N400效应,在HSRC条件下,部件结合率高的汉字邻近字多,邻近字字形上的相似性促进目标字字形提取,因而引发的 P200波幅较小。相反的是,字形相似的邻近字在目标字语义提取时产生的干扰较大,因而在HGRC条件产生的N400波幅较大。至于为什么SRC仅与P200有关,而GRC仅与N400有关？笔者认为与SRC有关的P200效应是实验材料构成所引发的注意偏向的结果,也就是说如果没有明显的实验设置如材料强调汉字正字法信息时,部件结合率对汉字加工的作用是发生在语义水平上的,影响汉字的语义提取,表现在与GRC有关的N400效应。

至于HGRC所引发的N400效应只出现在大脑右侧而非左侧,已有研究中也有类似发现(Chiarello,2002;Lavidor &Ellis,2002;Lavidor,Hayes,Shillcock,&Ellis,2004;Lavidor &Walsh,2003;Perea,Acha,&Fraga,2008)。例如,Lavidor等(2004)在中央凹视野区考察了词汇家族大小效应,发现左侧视野出现显著的词汇家族效应,而右侧视野没有出现词汇家族效应。根据中央凹分割理论(Split Fovea Theory),在中央凹视野区,左侧视野的信息投射到右半球,右侧视野的信息投射到左半球,因此相对于左半球,大脑右半球对词汇家族大小效应更敏感。那么为何会出现这种现象呢？Chiarello(2002)认为大脑左半球接收到的词汇可以快速地进入深度加工或编码,快到来不及激活正字法邻近词时,目标词的语义提取已经完成。而右半球对接收的词汇进行深度加工或编码相对滞后,甚至在开始深度加工或编码时仍然保留对词汇信息早期加工或编码,因此,右半球词汇加工有更多的时间激活正字法邻近词,激活的邻近词在语义提取阶段引发较强的语义竞争,家族大小效应表现得更明显。

最后,值得一提的是,本研究发现SRC效应受到实验材料的调节这一结果与以往采用西文为目标文字探讨正字法家族大小效应的研究结果有所出入。以西文为目标语言,尽管在行为研究中对一些实验设置如任务对正字法家族大小效应的作用存在一定争议(Carreiras,Perea,&Grainger,1997),如在语词判断任务中,被试对具有大家族的词汇识别速度明显快于小家族词汇,表现为促进效应(e.g.,Grainger &Jacobs,1996),而在其他任务中则通常表现出抑制效应(e.g.,Pollatsek,Perea,&Binder,1999),然而这样的争议在以 ERP为指标的研究中就不存在了,研究发现无论抑制还是促进效应都共享相同的神经机制,反映在相同的 N400效应上。例如 Holcomb,Grainger和 O’Rourke(2002)的研究发现,无论是在语词判断任务还是在语义分类任务(semantic categorization task)中,和小家族词汇相比,大家族词汇都会引发波幅更大的N400。同样采用 ERP为指标,本研究却发现一些实验设置如材料的组成会影响 SRC效应,虽然本研究只探讨了材料的作用并未涉及任务的影响,但是这样的结果起码说明,和西文相比,中文正字法家族大小效应要复杂得多,故此以西文为目标文字的研究结果不能简单推论到中文的加工中,因而要建立完善的正字法家族大小效应模型,需要来自不同文字加工的研究证据。

5 结论

结果肯定了部件结合率在汉字加工中的作用,但是携带位置信息的部件结合率在汉字加工容易受到假字所引发的注意偏向的影响,而不携带位置信息的部件结合率在汉字加工中的作用相对稳定。

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