基于事件相关电位的中西医命题认知差异研究

窦嘉乐 黄慧雯，2 吴 彤，3 刘庆华 贾春华 李鹏英 刘丹彤

(1 北京中医药大学中医学院，北京，100029；2 浙江中医药大学基础医学院，杭州，310053；3 陕西中医药大学基础医学院，咸阳，712046)

中医学与西医学是我国医疗体系的两大组成部分，二者由于文化起源、发展背景存在差异，逐渐形成了不同思维模式的医学理论体系。中医语言是一种基于隐喻认知的语言[1]，借用取象比类的方法表述其理论体系[2]；相比之下，西医语言的表述方式更精确、更直观[3]，2种医学体系在构建原则上有着本质区别。语言展现思维，过去几十年，研究者对中西医思维差异的探讨大多从理论发展、临床应用等角度切入，缺少来自大脑认知层面的实证研究证据。

事件相关电位(Event-related Potentials，ERP)技术是评估高时间分辨率认知处理的最常用工具之一[4]，通过采集人脑思维活动并将其转变为可视化存在[5]，实现了在线监测人脑高级认知活动的目的。目前，已有研究应用ERP技术探讨中西医疾病术语理解机制的异同，结果发现中医术语比西医术语更具有类比加工优势，其隐喻意义更为显著[6]。术语是语言的基本构成单位，命题作为比术语更大的知识单元，是表达、判断的基本语言形式，中西医命题判断过程呈现的神经差异则表征了2种医学体系下不同的思维模式。本实验采用ERP技术，采集被试者在加工判断不同类型命题时诱发的特异性脑电成分，并对二者产生的波幅差异进行统计分析，为中西医思维方式的异同提供实证研究证据。

1 资料与方法

1.1 资料

1.1.1 研究对象 纳入37名在校研究生，其中男18名，女19名。纳入标准：1)本科专业为中医学、中西医结合医学或针灸推拿学；2)已修完全部本科课程；3)年龄22～28岁；4)受教育时间16～22年，其中接受中医教育时间5～11年；5)裸视或矫正视力正常，无色盲、色弱病史；6)身心健康；7)右利手；8)实验前签署知情同意书。本项目已获得北京中医药大学伦理委员会批准(伦理审批号：2019BZHYLL0402)。

1.1.2 语料 编写4种类型的命题，其中包括：符合中医理论的命题(简称中医命题)；符合西医理论的命题(简称西医命题)；既符合中医理论又符合西医理论的命题(简称中西医命题)；符合日常知识且不涉及医学理论的命题(简称日常命题)，要求符合相关理论且逻辑正确，格式为主谓宾结构，如：脾胃运化水谷。每种类型60个，总共240个。将以上命题作为问卷调查的资料。根据需要评定的维度编写4个问卷：以完整的命题为材料，编写类属问卷、可解释性问卷；以命题中的宾语为资料，编写熟悉度问卷、情绪效价问卷。除类属问卷外，所有问卷均采用5点评分法。随机选择30名中医相关专业在校研究生对类属问卷进行作答，筛选出评定结果与最初设置类型一致率大于80%的语料，然后选择另外30名中医相关专业在校研究生对筛选出的语料进行可解释性、熟悉度、情绪效价评分，可解释性问卷中，从1至5分别代表难以解释至容易解释；熟悉度问卷中，从1至5分别代表非常陌生至非常熟悉；情绪效价问卷中，从1至5分别代表非常不愉快至非常愉快。

根据问卷结果，剔除熟悉度或可解释性小于3.5的语料，再在每组类型语料选出熟悉度最高的前50个命题，最终统计所有语料熟悉度得分在3.5～4.7分之间(中医命题均值4.44±0.13、西医命题均值4.12±0.24、中西医命题均值4.35±0.14、日常命题均值4.22±0.10)、可解释性得分在3.6～4.8分之间(中医命题均值4.52±0.82、西医命题均值4.17±0.25、中西医命题均值4.48±0.17、日常命题均值4.53±0.73)、情绪效价得分在2.2～4.4分之间(中医命题均值3.91±0.50、西医命题均值3.62±0.44、中西医命题均值3.60±0.47、日常命题均值3.61±0.39)，得到200个命题，然后修改每一个命题的宾语，使其变为错误命题。将以上400个命题作为脑电实验判断的最终任务语料。

1.1.3 仪器 应用Compumedics公司生产的Neuroscan 64导电极帽采集脑电数据，采用Curry 8记录脑电数据，使用E-prime 3.0软件编制实验程序并记录行为学数据。

1.2 方法

1.2.1 实验设计与程序 本实验应用尾词范式(主谓宾)与句义正确性判断任务[7]，采用单因素(命题类型)重复测量的实验设计。正式实验之前，向被试者详细介绍实验流程及注意事项，令其充分了解实验规则后进行练习实验，确认被试者准备好后，开始正式实验。指导被试者阅读实验指导语，之后按J键开始实验。实验流程如图1所示。嘱咐被试者在宾语出现后至消失之前对该命题的正确性做出判断，认为命题正确，按J键，否则按F键，按键作答或超时不按键则界面自动消失。每完成100个命题的判断，系统将自动进入休息模式，以避免被试者疲劳。被试者休息完毕后按J键继续实验，直到实验结束，整个过程所需要时长约40 min。

1.2.2 数据记录与分析 行为学数据记录与分析：采用E-prime 3.0记录被试者的行为学数据，包括每个试次的反应时和反应正误，利用E-DataAid3和E-Merge3进行处理。脑电数据记录与分析：脑电数据采集的电极位置及参数设置参考相关文献[6]，离线处理使用基于MATLAB R2014a软件的EEGLAB v13.6.5b和ERPLAB工具包完成。采样频率为500 Hz，采用24 dB/oct低通滤波，使用独立成分分析方法剔除眨眼、眼动、肌电等伪迹。选取正确命题类型刺激，将宾语出现页面作为刺激页面，提取每个刺激点的-200～1 000 ms数据，根据刺激类型进行叠加平均，最终得到4种条件下的平均脑电波形图。见图2。发现所有类型语料均诱发了早期左前负成分(Early Left Anterior Negativity，ELAN)、200 ms事件相关电位正波(Positive ERP component peak around 200 ms，P200)、400 ms事件相关电位负波(Negative ERP component peak around 400 ms，N400)、600 ms事件相关电位正波(Positive ERP component peak around 600 ms，P600)，对以上4个特异性成分进行分析。有文献表明，多个电极点的叠加平均能更好的代表特定脑区的认知活动[8]，因此选择9个电极点(F1/FZ/F2/FC1/FCZ/FC2/C1/CZ/C2)的波幅平均值代表中央区参与统计分析。见图3。

图2 4种类型命题诱发的波形图(上)及脑地形图(下)

图3 代表中央区的9个电极点分布

1.3 统计学方法 借助IBM SPSS Statistics 26统计软件进行数据分析。行为学数据中，对4种条件下被试者的反应时、正确率分别进行中医命题比西医命题比中西医命题比日常命题的单因素重复测量方差分析。ERP数据中，对4种条件下在中央区诱发的特定成分平均波幅采用中医命题比西医命题比中西医命题比日常命题的单因素重复测量方差分析，以P<0.05为差异有统计学意义。

2 结果

2.1 行为学结果 从反应时来看，中医命题平均反应时为(969.32±271.66)ms，西医命题平均反应时为(1 115.47±319.98)ms，中西医命题平均反应时为(1 038.51±268.26)ms，日常命题平均反应时为(863.26±228.48)ms。对上述语料的反应时做单因素重复测量方差分析，结果显示命题类型主效应显著[F(1，36)=57.32，P<0.01，η2=0.64]，成对比较显示西医命题的反应时显著大于中医命题、中西医命题和日常命题(P<0.01)，中西医命题的反应时显著大于中医命题和日常命题(P<0.01)，中医命题的反应时显著大于日常命题(P<0.01)。

从正确率来看，中医命题平均正确率为88.88%±7.58%；西医命题平均正确率为79.18%±10.31%；中西医命题平均正确率为87.71%±7.80%；日常命题平均正确率为94.53%±3.76%。对上述语料的正确率做单因素重复测量方差分析，结果显示命题类型主效应显著[F(1，36)=41.93，P<0.01，η2=0.56]，成对比较显示日常命题的正确率显著大于中医命题、西医命题和中西医命题(P<0.01)，中医命题和中西医命题的正确率显著大于西医命题(P<0.01)，中医命题与中西医命题正确率差异无统计学意义(P=0.33)。见图4。

图4 4种类型命题的反应时和正确率均数与标准差比较

2.2 ERP结果

2.2.1 ELAN波幅 对100～200 ms时间窗的平均波幅进行单因素重复测量方差分析，结果发现命题类型主效应不显著，成对比较发现4种命题类型间差异不显著。

2.2.2 P200波幅 对200～300 ms时间窗的平均波幅进行单因素重复测量方差分析，结果发现命题类型主效应显著，成对比较发现日常命题的平均波幅显著小于中医命题(P=0.01)、西医命题(P=0.45)和中西医命题(P<0.01)。

2.2.3 N400波幅 对300～400 ms时间窗的平均波幅进行单因素重复测量方差分析，结果发现命题类型主效应显著，成对比较发现中医命题的平均波幅显著小于西医命题(P<0.01)和日常命题(P=0.03)，中西医命题的平均波幅显著小于日常命题(P=0.03)。

2.2.4 P600波幅 对600～800 ms时间窗的平均波幅进行单因素重复测量方差分析，结果发现命题类型主效应显著，成对比较发现中医命题的平均波幅显著大于西医命题(P=0.01)、中西医命题(P=0.04)和日常命题(P=0.03)。各ERP时段波幅相应统计结果见表1。

表1 4种类型命题的各ERP时段波幅对比结果

3 讨论

行为学数据表明，被试者群体对日常命题理解更快、正确率更高，由于专业性质的影响，在3种医学命题中，被试者对中医命题熟悉度最高。根据ERP实验结果，4种命题均诱发了显著的ELAN、P200、N400和P600成分。在句法加工相关的实验任务中，ELAN成分反映了句法早期自动化的加工过程，是句法初步解析的大脑标志[9]；P200是视觉感知的典型ERP成分，反映对更高层次视觉特征的检测和分析[10]；N400在句法加工过程中倾向于词汇的检索过程[11]；P600是句法加工中最重要、最常用的晚期标志性成分，一般与句法违例相关[12]，也反映了句法后期加工整合过程[13-14]。也有研究者将句法加工的两阶段模型与一些脑电成分对应起来，认为ELAN对应第一阶段中词类信息在句法结构上的初步建立，P600则反映了第二阶段中句法和语义的匹配过程[15]。

3.1 命题加工前期进程 在句法相关的ERP成分中，ELAN、P200以及N400相继代表了加工前期的3个阶段，本实验中，4种命题的句型结构相同，所以未发现显著的ELAN波幅差异，但在P200时间窗，发现日常命题诱发了更小的P200，这可能与预期程度相关，有研究指出，P200波幅与被试者对语料刺激的期望值呈正相关[16]。本实验日常命题作为4种命题中唯一的非医学命题，出现频率最低，被试者预期程度较低，因此诱发更小的P200。在语言加工相关的ERP研究中，N400是最为常用且最具有代表性的标志性成分，日常命题比中医命题和中西医命题诱发了更负的N400，推测与词频较低相关。有研究证明，当读者对刺激词预期较低时可能导致N400波幅的升高[17]。西医命题比中医命题产生更负的波幅可能与被试者群体对西医命题熟悉较低有关，有研究者专门对熟悉度不同的隐喻句进行实验测试，发现陌生隐喻句会比熟悉隐喻句诱发更负的N400波幅[18-19]。另一方面尾词词性也可能对N400结果造成影响，具体词会比抽象词诱发更负的N400，原因是具体词更容易唤起图像信息而拥有更复杂的整合过程[20-21]，本实验中由于学科本身特点，中医理论是一种以抽象性、意向思维模式为特点的理论，具有中医特点的名词大多为抽象词，如气机、情志等，而具有西医特点的名词大多为具体词，如血管、胃酸等[22]，西医命题更容易产生具体性效应，进而产生更负的N400波幅。

3.2 命题加工的后期整合差异 中医命题比其他命题诱发更大的P600波幅，提示中医命题在后期加工时存在更复杂的语义整合过程，与其他命题不同的是，中医语言是一种基于隐喻认知的语言，隐喻句的加工可能诱发更大的P600效应[23]。有研究表示，P600体现了语句的全面映射阶段和最终解释阶段的加工进程，根据概念隐喻理论[24-25]，隐喻理解是从具体概念域向抽象概念域的映射，这一过程涉及到“跨域”，会激发更多的脑区，调动更多认知资源。这意味着隐喻句的理解需要从背景知识系统中额外提取信息进行大脑的分析加工，这一过程反映在加工后期，从而诱发更大的P600。

在后期整合过程中，中西医命题与中医命题的平均波幅存在显著差异，但与西医命题并未表现出任何加工阶段的差异，提示被试者对中西医“交界处”命题的后期加工可能并不存在隐喻映射过程，更倾向于使用西医的思维加工模式，进一步证明中医命题的后期加工过程可能较西医更为复杂。

4 小结

本研究主要探讨了中医与西医命题判断的认知思维差异，发现在命题加工的前期词汇识别过程中，中医命题表现出更抽象、熟悉度更高的特点，西医命题诱发显著的具体性效应；而在后期语义整合阶段，中医命题比西医启动了更多的认知加工资源，这一现象可能代表了中医命题理解的隐喻映射过程。本实验完成了中西医命题判断差异的前期探索工作，研究群体较为局限，方案有待继续优化。在以后的实验中，有必要控制不同医学命题的熟悉度及词性影响因素，进而寻求大脑对中西医命题认知神经机制的最佳解释。