汉语否定效应的功能性磁共振成像研究——基于一例失语患者和健康对照组的对比研究

封世文 ，祁焫楠，苏 翔,

（1. 南通大学 文学院；2. 江苏师范大学 语言科学与艺术学院；3. 江苏师范大学 语言能力协同创新中心；4. 江苏大学）

一、引言

汉语否定句句法研究的焦点是否定词是否符合否定短语（negation phrase，简称NegP）假设，即否定范畴同其他功能范畴一样是所投射的否定短语的中心语。部分研究者认为，汉语的否定副词应自成一类，可以组成否定短语。否定词作为这个短语的中心语是句子的核心成分，跟轻动词短语合并，轻动词短语作为否定词的补足语（Cheng，1991；Hsieh，2001；曾立英，2004；杨亦鸣、蔡冰，2011；彭琼，2014）。但是一些研究者认为，“不”不是独立的词项，是动词短语的嫁接语（adjunct），或只是附着在动词、情态助词、嫁接语上的附缀（clitic）（Huang，1988；胡建华，2007；杨静，2010）。

与否定句句法理论研究相对应的是否定句加工的神经机制研究，目前主要的研究焦点是否定效应及其神经机制（Herbert & Kissler，2014）。多数研究表明相较肯定句，否定句加工需要更长的时间，或会出现更高的错误率（Carpenter & Just，1975；Kaup & Zwaan，2003；Hasson & Glucksberg，2006；Kaup et al.，2007），否定还可能导致语言信息加工的高预测性（Grisoni，Miller & Pulvermüller，2017）。这说明否定效应在语言加工中具有普遍性。

对失语症患者的研究不但发现了否定效应的存在，同时失语症患者对不同形式的否定加工过程也可能不同。使用不同的否定标记，如un-和not造成的否定效应可能有所不同（Taylor，1996）。进一步研究发现这些否定标记导致的失语症患者否定语法功能的缺失取决于功能范畴在句法树上的位置，功能节点在句法树上所处的位置越高越容易损伤，从而造成加工困难，即句法树削减导致了否定效应的产生（Friedmann，2006）。与句法树削减理论相对的是中心语干扰动词加工假设（Lee，2003；Dickey，Milman & Thompson，2008）。Rispens（2001）对语法缺失者否定范畴加工进行了跨语言的对比研究，发现产出方面肯定句无差异，英语者的否定句产出能力差于荷兰和挪威语者，而荷兰和挪威语者之间则无显著不同。研究者认为，只有否定词在否定短语中充当中心语时才会导致否定句加工困难，这就是中心语干扰动词加工假设，这一假设得到了进一步的证实（Bastiaanse et al.，2002）。对于否定加工中失语症患者的研究普遍认为，否定产出和理解是不同步的，患者产出加工困难，但理解加工能力保留（Grodzinsky，1995；Rispens，2001；Bastiaanse et al.，2002）。

对健康被试的否定句加工研究集中于语境对否定效应的影响机制上。研究表明充足的语境能够降低否定加工的时间，缩小与肯定句加工的时间差（Lüdtke &Barbara，2006）。给被试提供目标句相关的语境信息，否定句和相应肯定句的加工时间差异消失（Glenberg & Robertson，1999）或者消解（Nieuwland & Martin，2012）。使用fMRI和ERP等脑成像技术对正常被试的研究证实了否定效应，并支持了否定加工的两步模拟假说（Carpenter et al.，1999；Tettamanti et al.，2008；Christensen，2009）。也有少数研究发现肯定句较之否定句出现了更多脑区的激活（Tettamanti et al.，2008），或者在语义上否定句不存在对句子理解的阻碍性（Nieuwland &Kuperberg，2008）。ERP研究证实在加工的时间进程上否定句滞后于肯定句，否定语义在句子加工的后期才被整合到整个句子中（Lüdtke，Friedrich & DeFilippis，2008；陈广耀，2011）。

失语症患者和正常被试的否定效应加工似乎普遍存在于语言加工之中。研究者试图通过句法表征来解释否定效应产生的原因，并认为否定辖域和语义信息通达性是造成否定效应的动因。Kintsch和van Dijk（1978）将否定认为是一种外显的操作器，它将整个命题纳入否定的辖域，致使否定加工和表征更加复杂、困难，即否定辖域内的信息通达性降低。有研究者证实了这一假设（MacDonald & Just，1989），并进一步认为否定信息通达性会受任务判断前后时长的影响（Kaup & Zwaan，2003），是一个随时间进程变化的动态过程（Hasson & Glucksberg，2006）。信息通达性取决于是否在真实状态中存在，而不取决于是否在辖域内（Kaup，2001）。在不同时间延迟条件下否定信息通达性的相关研究发现在任务短时间延迟情况下通达性受影响显著，长时间延迟情况下影响较小（Kaup & Zwaan，2005；Hasson &Glucksberg，2006）。基于上述研究研究者提出否定信息加工出现在句子加工的后期，即句法整合阶段，对否定句前期的加工是对否定状态的语义加工（Orenes，2014），隐性否定加工的句法整合作用比显性否定更强（Xiang，Grove & Giannakidou，2016）。

否定效应加工的神经机制研究显然对于了解否定句的句法生成机制与人脑语言加工机制具有重要意义。在应用语言学，如中文信息处理领域，否定效应的研究也大有可为。Friedmann等利用计算机对包含否定信息的医学语言进行了识别处理，并开发医学语言处理，对医学文献中的否定信息进行了甄别加工。依据线索词进行文本信息的处理是常见的计算机信息处理路径，但是汉语中存在大量的隐性否定，这类否定在人脑加工处理时是否和显性否定具有相同的神经机制目前还没有定论。因此，解决汉语的否定效应问题还可以对此类否定进行全面了解，以期为中文文本的智能化处理提供神经机制的依据。

在共读的实践中，新教育强调父母与教师应该成为孩子的阅读榜样与伙伴，倡导校园里的师生共读，教师之间的专业共读。在新教育的学校里，教师、学生、父母之间每天的共读活动，以及共读以后的共同交流，使得亲子、师生之间和教师之间的情感交流得以实现，相互的认同接纳感增加，并且使得教育教学管理达到事半功倍的良好效果。

基于上述研究成果，否定句加工的否定效应是否存在，如何影响句子加工等问题仍然值得进一步深入研究。回到汉语否定句研究本身，现有对否定效应加工的研究绝大部分基于非汉语否定句。而无论是印欧语系还是汉藏语系，都存在否定形式。从显性和隐性出发，汉语的否定句甚至比印欧语系要更复杂一些。在汉语失语症群体中，否定句加工困难也是临床常见的言语障碍表征之一，因此，汉语失语症患者的否定句研究临床意义明显。本研究以一例典型左脑额叶损伤的汉语失语患者为研究对象，通过设置对照组，对该失语症患者否定句的理解和产出进行研究，以期了解汉语否定效应的加工机制以及汉语句法加工的神经机制和康复机制等。

二、实验研究

1 实验被试

利用磁共振技术高空间分辨率的优势，通过对比否定句产出与理解加工脑区的激活情况，考察一例典型句法失语症患者和健康对照组的肯定句和否定句加工过程的实验结果，研究汉语否定句加工的神经机制以及汉语句法在失语症患者中的康复机制。

本实验的被试为一名典型大脑左半球额颞区损伤导致的失语症患者，男，49岁，右利手，高中学历，操北方方言，患病前职业为工人。该患者因急性脑梗塞昏迷住院治疗，CT扫描结果显示大脑左半球大面积梗塞，患者住院后出现右侧偏瘫并伴随言语障碍。本实验数据采集时间距该患者患病间隔时长为七个月。该患者已在徐州市中医院进行了两个月的言语和肢体康复训练，实验时右侧肢体不便，单词和句子理解基本正常，句子产出困难，仅能说出单个词语或简单短语。

本研究的对照组招募正常被试10名，平均年龄50.5岁，与被调查失语症患者利手、性别相同，方言区相近，受教育程度在初中和大学专科之间。

2 实验过程

实验采用句子-图片匹配范式，句子语料为肯定句及与之相对应的否定句各18句，图片语料同句子语料相匹配，共36幅。由于理论研究对否定词“不”存在争论，我们只选择“没（有）”为否定词的句子作为实验语料。一般肯定句18个，采用“S+在V+O”句式，如“男人在看报纸”、“猫在抓老鼠”等；显性否定句18个，采用有否定标记“没”，且整个句子语义明确为否定的句子，如“男人没在看报纸”、“猫没在抓老鼠”等。图片语料在句子语料的基础上由从事绘画的专业人士绘制。

实验设计参考Carpenter等（1999）和Christensen（2009）的方法，采用组块设计，组块间以“+”呈现，刺激任务用Eprime2.0软件编写，通过射频脉冲的方式激发刺激任务。任务通过电脑投射到被试头部的显示屏，被试通过眼睛上方磁共振线圈上配置的反光镜观看任务，并通过相应按键完成任务。

实验任务是在看懂图片的前提下尽快作出正误匹配反应。实验中先呈现“######”6秒，接着随机组块呈现肯定或者否定目标句2秒，图片2.5秒。被试看到图片即可作出图片与句子内容是否匹配的反应。实验共6个组块，每个组块包含6组刺激，刺激间呈现0.5秒空白屏，组块间呈现“+”30秒，整个任务呈现时间为6分零6秒，如图1和2所示。

图1 fMRI实验呈现流程示意图

图2 每个组块呈现示意图

3 实验数据采集与处理

实验成像机器为通用电气公司MR750型3.0T核磁共振机，装备有8通道标准头部线圈。实验开始后先进行预扫描，机器稳定后先使用EPI序列采集功能像，即采集被试在任务状态下的脑成像数据，扫描参数设置为层数=38，层厚=3.5mm，层间距=0mm，重复时间（TR）=3 000ms，回波时间（TE）=30ms，反转角度=90度，矩阵=64*64，观察视野（FOV）=24*24。实验任务结束后再采集一组184层的T1结构像，具体参数设置为重复时间（TR）=8 200ms，回波时间（TE）=3 200ms，层厚=1mm，层间距=0mm，矩阵=256*256。

fMRI实验图像数据处理采用基于Matlab的SPM8（statistical parametric mapping）软件，对单个被试图像进行处理后再平均。主要步骤包括：（1）时间校准，将每个时间序列的数据与选取的时间点数据校准；（2）空间校准，把实验序列中的每一帧图像按照一定的算法与选取的图像对齐，以校正头动，被试头动在一个方向大于3mm的数据将被舍弃；（3）标准化，选取合适的标准脑模板，将被试大脑进行标准化处理；（4）功能像平滑，将功能像文件进行高斯平滑处理，半高全宽（FWHM）为8；（5）建模结果统计，依据实验任务的相关参数生成单个被试的实验结果数据；（6）结果比较分析，依据每个实验条件的激活脑区将不同实验条件的结果进行方差分析处理。将对照组被试数据进行叠加平均处理，再进行相关的方差分析，最终得出需要比较的激活脑区数据。

三、实验结果与讨论

失语症患者行为数据分析显示肯定句和否定句加工平均反应时分别为990ms和975ms，平均正确率分别为61.1%和44.4%，t检验显示两组数据均无显著差异（p值均大于0.05）。正常对照组的行为学数据显示肯定句和否定句加工反应时分别为1 439ms和1 560ms，正确率分别为88.9%和77.8%，t检验显示两组数据均无显著差异（p值均大于0.05）。失语症患者的反应时短于正常被试，这可能和患者追求速度有关，同时也导致了行为结果正确率下降，实际上此时患者的语言能力已有一定的康复。

对照组否定句对照肯定句加工激活情况如图3（p<0.05，cluster size>40，未经校正）和表1，可以看出左脑颞上回后部、下顶叶和缘上回、右脑颞中回等脑区出现了明显的激活。

失语症被试否定句加工对照肯定句加工脑区激活如图4（p<0.05，cluster size>40，未经校正）和表2，被试更多激活了右脑的脑区，包括额下回、额内侧回、额上回、下顶叶（BA 40）等脑区。比较失语症患者肯定句和否定句加工发现左小脑、顶上小叶、中央前回和额中回等脑区有少量激活，见图5（p<0.05，cluster size>40，未经校正）和表3。

表1 正常被试否定句>肯定句的脑部激活坐标

表2 失语症被试否定句>肯定句的脑部激活坐标

表3 失语症被试肯定句>否定句的脑部激活坐标

图3 否定句比较肯定句脑区激活情况对比

图4 失语症患者肯定句比较否定句脑区激活情况

本研究以一例典型左脑额叶损伤汉语失语患者为研究对象，通过与正常对照组比较，对失语症患者汉语的否定句加工进行研究，以期了解汉语否定效应的加工机制以及失语患者否定句加工中的脑区功能代偿机制，进而研究汉语句法损伤后的代偿机制。研究发现正常对照组左脑与语义句法整合相关的颞顶枕脑区激活显著，而失语症患者大脑右半球，包括与句法语义加工密切相关的右脑额叶中下回、与句法语义整合加工相关的颞顶枕区等激活显著，大脑左半球损伤脑区周围激活较少。无论是对照组还是脑损伤病人均表现出否定句加工难于肯定句加工的结果。正常对照组肯定句和否定句加工之间对比无差异，失语症患者仅出现小脑等与语言功能联系较少的脑区激活，正反两方面都证实了汉语否定效应的存在。而失语症患者右脑额叶与颞顶枕附近脑区的大面积激活显示了语言内部功能重新配置的可能性。

1 汉语否定效应的神经机制及其句法解释

实验结果显示无论是健康被试还是失语症被试，与肯定句加工相比，在加工否定句过程中都有更多脑区激活。健康被试更多激活了左脑颞上回后部（BA22）、下顶叶与缘上回（BA40）等脑区，失语症被试主要为右脑额叶、下顶叶的激活。这表明否定句加工较之肯定句加工需要更多脑区的参与，汉语否定句加工要比肯定句加工更加复杂，这可能与否定句的句法复杂度有关。

早期对于否定效应加工的解释仅通过语法的外在形式进行。Wason（1963）发现否定句加工比肯定句加工反应时更长，错误率更高。从语言形式上来看，与肯定句相比，否定句多了一个语法限定形式，如果把肯定句看成无标记的形式，否定句就是有标记的形式。Clark 和Chase（1972）认为，否定句加工困难并非简单的否定词的缘故，因为人脑加工一个额外音节的时间是230～300ms，这一时间远小于否定句与肯定句加工的时间差。

虽然在否定标记能否导致肯定句和否定句加工差异上存在争议，但汉语失语症患者脑成像实验结果显示否定效应的确可能是导致汉语否定句句法复杂性的原因之一。命题表征理论和经验模拟观（Kaup & Zwaan，2003，2006）认为，否定加工从事件被否定状态的模拟转向对事件事实状态的模拟过程中较之肯定句多出一道程序，从而造成了否定句加工困难。这些假说已被许多研究者验证（Lüdtke et al.，2008；Hasson & Glucksberg，2006；Orenes，Beltrán & Santamaría，2014）。而汉语否定句的研究与此结果相悖，汉语否定句理解并非严格遵守否定加工的两步模拟假说。我们可以借助语迹删除假说（trace deleting hypothesis，TDH）（Grodzinsky，1995）来对此作出解释。语迹删除假说认为，Broca失语症病人的句法障碍只会对某些类型的移位结构产生特异性的理解困难（Grodzinsky & Finkel，1998；Grodzinsky，2000），而理解其他非移位结构的能力相对完整（Grodzinsky 1995，2000；Grodzinsky et al.，1993；Drai & Grodzinsky，2006；Vasić，Avrutin & Ruigendijk，2006）。综上所述，汉语失语症患者对两种句型加工的不同原因在于两类句型材料本身的差异，即肯定句和否定句加工的差异并非简单有无语素“没”，很可能存在额外的心理加工过程。

汉语否定句加工表现出的否定效应还可以利用句法树削减假说和中心语干扰动词移位假说来解释。二者的共同点是都承认否定短语假设。Friedmann和Grodzinsky（1997）提出的句法树削减假说认为，Broca失语症患者理解或产出的句法错误都是句法表征存在问题，语言范畴在句法树位置上的节点越低，产出越容易，更可能为失语症患者所保留（王海燕、钟晓云、翟淑琪，2017）。中心语干扰动词移位假说则认为，否定词在否定短语中的句法地位是处于中心语位置，这是造成失语症患者否定句产出困难的原因。因为中心语和动词之间会相互影响，从而造成句法加工过程的相互干扰。

汉语否定句加工的神经机制表明了汉语否定句相关研究的合理性。汉语否定句研究主要集中在“不”和“没（有）”的研究（Xu，2003），而汉语的否定效应证明了“不”和“没”的句法属性。早期研究认为，“不”仅是附缀，没有或者只有较少的句法作用。Huang（1988）提出P原则，认为否定词素“不”与紧随其后的动词成分构成了中介构式，从而形成一个被否定的动词，“不”只是附缀。Ernst（1995）同样认为，“不”是附缀，是标记语或标记语位置上的副词，仅能与不受约束的时体成分共现，并在结构上黏着于其后的成分，一般不与完成体标记共现。胡建华（2007）则认为，否定词“不”仅是动词短语的嫁接语，否定辖域即其成分统制的VP，是一个非独立功能成分。有研究却表明“不”具有非常重要的句法作用，体现了汉语句法生成的复杂性。Lee和Pan（2001）以及李宝伦、潘海华和徐烈炯（2003）认为，“不”是一个焦点敏感算子，而不是一个黏着成分，会引发一个包括算子“不”、焦点与背景的三分结构。曾立英（2004）结合深层和表层结构理论，认为汉语否定词是中心语，能够投射否定短语。庄会彬（2009）在管辖与约束理论框架下认为，否定词“不”、“没”是形成功能投射NegP的功能成分，投射的次序为[TP[NegP[AspP[VP]]]]。杨静（2010）认为，否定词“不”属于嫁接成分，否定辖域是成分被否定的可能性，否定对象是成分统制区域，即辖域内的邻接成分。杨亦鸣和蔡冰（2011）认为，否定投射NegP属于普遍语法的范畴，位于AgrP和TP（IP）的下方、VP的上方，处于中心语位置上的否定词Neg是一个阻断语类。陈莉、李宝伦和潘海华（2013）认为，汉语“不”拥有独立的否定投射。彭琼（2014）认为，否定词是功能词类，占据NegP的中心语位置，而句子否定的基本结构则是[CP[TP[NegP[AuxP[AspP[VP]]]]]]，否定词的辖域为其后的各个成分，包括基础生成的逻辑主语和宾语。这些研究同英语（Rispens，Bastiaanse & van Zonneveld，2001；Bastiaanse et al.，2002）、希腊语一致。

汉语显性句法加工具有独立的句法加工表征，这与本研究的结果一致。对汉语句法独立加工表征的脑功能成像研究较少，封世文、沈兴安和杨亦鸣（2011）通过汉语使动句加工fMRI研究发现BA44/47区，即左脑额叶中回、下回的激活。Feng等（2015）的汉语主 / 被动句研究发现额下回、颞中回、颞上回参与汉语句法（尤其是研究语料中的被动句）的加工。本研究发现否定句与肯定句相比，在颞上回前部（BA22）、额下回（BA47）和顶叶下回等脑区出现更多激活，颞上回前部（BA22）与题元角色分配、句法整合、句法结构建构和句法复杂性加工相关。祝俊伟（2012）发现该区域的激活与汉语句法结构的转换加工有关，这表明汉语否定句比肯定句在句法结构上更复杂。额下回（BA44）即Broca区，被认为是负责句法加工的特定脑区（Grodzinsky，2000），主要负责句法复杂度和句法建构的加工，表明否定句加工比肯定句加工激活了更多句法加工脑区。顶叶下回的激活同英语（Carpenter et al.，1999）一致，这一发现不同于以往研究发现的额叶、颞叶区，表明当加工语言复杂度提高时，大脑语言加工区域会扩大，句子理解是个交互过程而非封闭的加工。这些研究与隐性否定加工的ERP研究一致，即隐性否定句体现了句法整合（Xiang et al.，2016）。现有研究结果表明了汉语否定句的加工过程具有独立的表征，否定短语具有较为复杂的句法加工过程。

2 失语症患者否定加工的脑区代偿机制

实验结果表明被试整体上存在否定句加工困难。结合被试脑损伤部位的激活情况，可以认为左脑颞叶在肯定句加工中有重要作用，否定句加工则需要额叶、颞叶的共同作用。健康被试与失语症被试在否定句对照肯定句加工中存在显著激活的脑区，不同的是失语症被试的激活脑区主要在大脑右侧半球。这一现象表明对于一侧大脑损伤的患者，对侧大脑半球存在功能的代偿（compensation），这也就是大脑功能的代偿机制。综合实验中失语症被试激活的脑区，代偿脑区主要有右脑额叶前回、右脑颞叶语言区和右脑中央前回等脑区。

脑损伤导致的失语症患者的语言功能随着时间和康复状况会有一定的恢复，这一恢复过程同失语症患者固有的双侧语言网络相关，包括损伤脑区周边组织的启用和对侧脑区的激活。代偿是人脑的一种能力，就是大脑某一脑区的功能因某种原因损伤或丧失后，大脑的其他区域会分担这一功能。人类的语言功能由额颞网络构成（Wise，2003；Hickok & Poeppel，2004），大脑有可能代偿语言损伤脑区，使失语症患者恢复部分语言能力，而这种语言能力的恢复不仅仅表现为左脑的对侧脑区（Raboyeau et al.，2008；Fatemeh et al.，2017）。

本研究结果与失语患者语言加工脑区代偿机制研究结果较为一致。Abo等（2004）发现右侧半球，特别是颞极外侧、颞上回前方、壳核与额下回区域主要用于失语症患者的脑区功能重建。Winhuisen等（2005）发现右脑额下回在残存的语言功能中发挥重要作用，但同时提出其补偿作用可能不如左脑额下回周边激活区重要。Boissezon等（2005）对一组皮质下失语症患者的研究发现双侧颞叶激活增加时，被试的语言能力会得到较好恢复。

本研究处于被试语言能力逐步提升时期，明显表现就是产生了右脑的代偿机制。Saur等（2006）对14名失语症患者研究表明显著激活脑区转移回左半球语言区，患者的语言功能表现提高，从而提出了语言损伤脑区代偿的三个阶段：一是脑区损伤短期内左脑区出现静默，二是优势半球语言区对侧区域出现显著激活，语言能力开始逐步提升，三是优势半球语言区周围脑区显著激活。本研究开展fMRI实验的时间距离被试脑梗昏迷苏醒后有七个月，实验结果和被试在医院的康复治疗记录均显示被试的言语理解能力已经部分恢复，但言语产出仍停留在单个词层面，表明其语言能力正处于逐步提升期。这一假设得到了磁共振成像结果的印证，失语症患者在语言加工时主要激活了右脑额叶、右脑颞叶和右脑中央前回等脑区，即未损伤前优势语言半球的对侧区域。脑区激活情况同Abo等（2004），Winhuisen 等（2005），Boissezon等（2005）和Saur等（2006）提及的语言能力康复期相似，从而表明汉语否定加工的脑区代偿机制同印欧系语言的失语症患者一致，体现了句法功能康复代偿机制的普遍性。

这种语言代偿神经机制的获得可能是语言内部功能重新分配造成的。本研究中被试左脑额颞叶受损，语义、句法加工及其整合机制必然受到损伤，而右脑额叶和颞叶与语用功能加工密切相关（Bašnáková et al.，2014），右脑所特有的语境整合能力或者语境对句法、语义的预测能力和补偿能力开始发挥作用。已有研究均已表明语境的高预测性对否定句加工的作用（Glenberg & Robertson，1999；Lüdtke &Barbara，2006；Nieuwland & Martin，2012）。本研究的实验结果再次证实语用能力可以部分取代句法和语义对语言的整体加工，从而导致语言内部资源的重新配置，这可能也是语言功能代偿机制发生的内在原因之一。

四、结语

本研究通过一例典型汉语失语症患者汉语否定句加工的功能性磁共振成像实验，并与正常对照组对比，发现无论是正常人还是失语症患者，在与大脑语言功能相关的脑区（失语症患者为对侧语言区）均出现肯定句加工小于否定句加工的激活，从而证实了汉语否定句加工比肯定句加工需要更多的脑区参与以及脑损伤失语症患者汉语句法功能康复过程中的代偿机制。这一研究结果还表明汉语否定句的语义加工不是否定效应产生的主要原因。与前人ERP研究结果相一致，否定效应主要作用于句法整合阶段。右脑的语用功能可能参与了失语症患者句法语义功能的重新配置，体现了语言加工的复杂性。句法树削减假说和中心语干扰动词移位假说对这种复杂性的加工具有解释力。