默讀條件下漢字頻率、規則性效應以及交互效應的

功能磁共振成像碩士研究生：譚向杰指導教師：翁旭初研究員答辯日期：2004年6月15日提綱一：研究背景二：研究目的三：研究方法四：研究結果五：討論六：結論與展望一研究背景從字形（orthography）信息轉換到語音（phonology）信息的能力是單詞閱讀的基礎,而字詞識別中的頻率與規則性效應是探討形音轉換機制的重要手段。頻率（frequency）對于高頻字詞,讀者因為對其熟悉,因此不論拼音文字還是漢字,讀者都可以由字形直接通達發音；但是對于低頻字詞，讀者需要對其字形進行再加工：對于拼音文字，讀者需要根據發音規則進行加工；對于漢字，讀者需要根據聲旁的發音推測整字的發音。因此，讀者對高頻單詞的反應速度比低頻快，稱之為頻率效應。

規則性(Regularity)拼音文字的規則性:發音能否建立在拼寫法基礎上(拼寫到發音的一致spelling-to-soundconsistency)。規則詞:hint,mint,lint.不規則詞:pint漢字的規則性:聲旁與整字關系。聲旁與整字發音一致，規則字；如果完全不一致，不規則字。對于規則拼音文字，讀者可以通過拼讀規則通達發音,但是對于不規則拼音文字，傳統的拼讀規則不起作用；對于規則漢字，讀者可以通過聲旁來推斷整字發音，但是對于不規則漢字，聲旁的發音與整字發音不一致導致了沖突。

讀者對規則詞的反應速度也快于不規則詞，稱之為規則性效應。交互效應：相對于高頻規則詞（gave）、高頻不規則詞（have）、低頻規則詞（mint），被試對低頻不規則詞（pint）的閱讀速度最慢，錯誤率最高,因為頻率與規則性兩個因素同時起作用時產生了附加效應。腦成像研究拼音文字的腦成像研究也研究了頻率、規則性效應、交互效應（Fiezetal,1999;Herbsteretal,1997;Howardetal,1992;Petersenetal,1989;Priceetal,1994;Rumseyetal,1997.）。但是PET存在分辨率低的不足。漢字單字閱讀的腦成像也有研究報告（Tanetal，2001；Kuoetal，2003），但是不足之處（1）他們分別只考慮了規則效應與頻率效應。（2）分別是出聲朗讀與詞匯判斷1)系統考慮頻率與規則性效應，并研究二者之間存在的交互效應進而對形音關系進行系統的研究。2)默聲閱讀的原因

為什么用事件相關？】二研究目的目的(1):通過研究漢字閱讀的頻率、規則性及其交互作用，來研究漢字形—音關系的獨特性。(2):比較系統的關于漢字閱讀中頻率、規則性及其交互作用的腦功能成像實驗數據。】三研究方法被試：健康大學生、右利手、普通話流利、非語言相關專業刺激材料:左右結構漢字,20個高頻規則字20個高頻不規則字20個低頻規則字20個低頻不規則字高頻字是指每一百萬字中某字出現的次數為1000-2000,低頻字是50-100.規則字是聲旁發音與整字完全一致,不規則字是聲旁與整字完全不一致.刺激呈現：E-prime軟件，視覺呈現任務：被試完成默聲閱讀任務序列實驗設計：快速事件相關設計

刺激隨機呈現刺激間隔（SOA）隨機變化（最短2秒，最長24秒，平均6秒）圖像采集：SiemensSONATA1.5T磁共振儀（北京市安貞醫院）掃描：被試頭部嚴格制動，枕部墊海綿墊

解剖像：T1加權，快速旋轉回波（FastSpinEcho）脈沖序列（TR=447msTE=15msflipangle=90°FOV=220*220Matrix=256*256）

功能像：T2*加權的梯度回波—回波平面成像脈沖序列（EPI）TR=2秒，TE=60毫秒，FOV=220mm*220mm，Flip-angle=90度，矩陣=64*64，平面解析度3.44mm*3.44mm，層厚=5mm，間距=1.5mm。20層連續軸位掃描以覆蓋全腦。

3D像：快速低角度射頻脈沖序列（FLASHTR=30msTE=1.17msflip-angle=35°FOV=325*325Matrix=192*256）進行全腦的三維掃描。數據分析（AFNI軟件包）預處理各向同性高斯平滑（FWHM=5mm）不同腦層間配準生成激活圖】四研究結果表1高頻規則漢字激活區及

Talairach坐標激活腦區Brodmann分區坐標(X,Y,Z)mmP值Lmiddlefrontalgyrus9-44,11,330.0026Lprecentralgyrus4-34,6,358.6×10-4Supplementarymotorcortex65,47,370.0042Lsuperiortemporalgyrus22-57,-37,124.8×10-5Lfusiformgyrus37-37,-36,-155.1×10-5Linferiorparietallobule40-44,-30,326.6×10-4Rinferiorparietallobule4052,-30,32Rmiddleoccipitalgyrus1931,-87,41.3×10-5Lanteriorcingulate24-7,-6,390.0066表2高頻不規則漢字激活區及Talairach坐標激活腦區Brodmann分區坐標(X,Y,Z)mmP值Linferiorfrontalgyrus47-40,16,-110.0013Lprecentralgyrus4-60,10,51.7×10-5Lmiddlefrontalgyrus9-44,34,333.3×10-3Lmiddlefrontalgyrus8-21,40,392.4×10-4Supplementarymotorcortex66,-19,660.0025Lsuperiortemporalgyrus38-44,14,-160.0019Rmiddletemporalgyrus3944,-74,141.6×10-4Lprecuneus7-27,-44,454.5×10-7Lcingulategyrus24-4,5,360.0018Lfusiformgyrus20-34,-41,-140.0012Rthalamus15,-28,28.3×10-4Rinsula1347,50,-10.0046表3低頻規則漢字激活區及

Talairach坐標

激活腦區Brodmann分區坐標(X,Y,Z)mmP值Lmiddlefrontalgyrus10-32,49,-73.7×10-5Supplementarymotorcortex6-1,12,486.5×10-4Lprecentralgyrus4-44,-10,554.0×10-5Lpostcentralgyrus3-57,-14,491.1×10-4Rsuperiorfrontalgyrus1022,51,-10.0025Linferiorparietallobule40-27,-42,504.9×10-6Lsuperiorparietallobule7-24,-60,621.1×10-5Rangulargyrus3947,-70,355.6×10-6Lmiddleoccipitalgyrus37-45,-60,-82.5×10-6Rlingualgyrus1925,-75,03.1×10-4Rmiddleoccipitalgyrus1831,-85,107.7×10-5Rprecuneus1931,-70,373.1×10-6Lfusiformgyrus36-41,-34,-221.1×10-7Rfusiformgyrus1825,-94,-213.5×10-4Lparahippocampalgyrus-40,-16,-141.7×10-4Lanteriorcingulate24/32-18,35,-37.8×10-6Ranteriorcingulate246,27,-16.9×10-4Rcingulategyrus245,-12,276.4×10-4Lthalamus-14,-14,-23.4×10-4Rthalamus8,-8,187.7×10-4表4低頻不規則漢字激活區及

Talairach坐標

LIR激活腦區Brodmann分區坐標(X,Y,Z)mmP值Lmiddlefrontalgyrus10-34,52,-85.2×10-5Linferiorfrontalgyrus47-51,18,22.1×10-7Lsuperiorfrontalgyrus10-17,60,181.9×10-4Rmiddlefrontalgyrus954,15,323.1×10-4Supplementarymotorcortex62,18,537.4×10-8Lprecentralgyrus4-60,-14,347.2×10-6Linferiortemporalgyrus37-41,-57,-45.0×10-10Lsuperiortemporalgyrus22-57,-38,122.7×10-6Lfusiformgyrus37-37,-40,-144.7×10-9Rinferiortemporalgyrus1944,-54,-55.6×10-4Linferiorparietallobule39-40,-36,552.7×10-4Lsuperiorparietallobule7-27,-57,612.2×10-7Lpostcentralgyrus5-31,-41,646.8×10-5Lmiddleoccipitalgyrus18-34,-83,27.3×10-5Rmiddleoccipitalgyrus1931,-78,151.6×10-4Rinsula1337,12,-32.2×10-4Lcingulategyrus24-1,-1,309.3×10-4Rcingulategyrus3121,-52,243.4×10-4頻率效應作用激活圖左側額中回（BA9）、左側額下回（BA47）、左側顳下回（BA37）、輔助運動區（BA6）、左側運動前區（BA4）、雙`側紋外皮層（BA19）低頻漢字的激活顯著強于高頻漢字的激活，表現出顯著的頻率效應。規則性效應的作用激活圖右側島葉（BA13），不規則漢字的激活顯著強于規則漢字的激活，表現出顯著的規則效應。四類刺激作用激活圖由上圖可以看出左側島葉（BA47）及扣帶回前部、后部(左側，BA24；右側，BA31）在閱讀低頻不規則漢字時激活最強，表現出頻率與規則性之間的交互效應。】五討論本實驗結果統計了四種刺激條件下大腦腦區激活。我們的討論將主要集中在頻率效應、規則性效應、交互效應三部分。頻率效應1：左側額下回的頻率效應與Fiez等（1999）采用英語單詞所觀察到的實驗結果非常相似。被試在閱讀漢字時，對于較熟悉的高頻漢字，被試可直接通過詞匯水平的形—音通路直接通達單詞的發音。而對于不熟悉的低頻漢字，被試似乎只能借助聲旁的發音閱讀整字，并由此激活了左側額下回。如果這種解釋合理的話，那么漢字中也存在一定的形—音轉換規則，而且其神經基礎也與拼音文字一樣位于左側額下回，盡管這種規則與GPC有一定差異大量功能成像研究顯示，左側額下回可分為兩個亞區，分別對應于語言加工中的語音與語義成分（Bookheimer2002;Buckneretal.,1995;Dembetal.,1995;Fiebachetal.,2002;Fiez,1997;Fiezetal.,1999;FiezandPetersen,1998;Gabrielietal.,1998;Poldracketal.,1999;Price,2000;Wagneretal.,2000,2001）。本研究發現的激活部位位于前一個亞區。2：左側額中回（BA9）:本實驗首次觀察到該腦區在閱讀漢字時顯示出顯著的頻率效應。該腦區在許多以漢字詞為實驗材料的研究中都可以見到明顯的激活（e.g.,Wengetal.1999,Tanetal.2000,Xiangetal.2003），而在以拼音文字為實驗材料的研究中卻鮮有報道。我們認為，BA9可能參與漢字視空間分析、語音及語義分析強度的協調與整合過程，在閱讀相對不熟悉的低頻漢字時必然需要更多上述分析過程，因此就會更顯著地激活BA9。3：左側初級運動區與雙側SMA也觀察到了顯著的頻率效應。一些研究者認為這些區域對于用來執行發音的準備與言語協調的運動執行是必需的（Dronkers,1996;Wiseetal.,1999）。對于拼音文字，被試閱讀高頻單詞時可以直接由形通達音，但是對于低頻單詞，由于被試在加工時需要更多的判斷，因此執行發音的準備與言語的協調需要更長的時間。我們認為這一解釋同樣適合漢字：在對低頻漢字加工過程中，被試可能需要對聲旁與整字的關系進行進一步的判斷，因此執行發音的準備與言語的協調也需要更長的時間（c.f.,Kuoetal.,2001）。4：左側顳下回與雙側的紋外皮層觀察到顯著的頻率效應。紋外區和顳下回都是高級視覺區，由于被試對低頻漢字不夠熟悉，在對其加工時必然需要對字形特征進行更加細致的分析，因此這些腦區就會顯示更強的激活。規則性效應本實驗在右側島葉觀察到了顯著的規則性效應，即閱讀不規則漢字的激活強于閱讀規則漢字。根據有關文獻，我們認為有以下幾種可能導致了右側島葉的規則性效應。第一種可能是右側島葉參與發音規則的提取。在漢字形聲字中，約有三分之一漢字的整字與聲旁的讀音一致（Li,1980），因此，盡管漢字缺乏GPC規則，但根據聲旁推測讀音也可看作一種規則。Raichle及其合作者（Raichleetal.1994,Pertersonetal.2000）的一系列研究表明，在進行動詞產生的反復學習過程中，右側島葉的活動相對增強，其中一個原因是被試逐漸掌握了執行任務的規則。由此可見，右側島葉參與通用規則的運用，而不僅僅是針對發音規則。第二種可能是被試在閱讀不規則漢字時，根據聲旁發音和從字形直接通達語音的機制產生了沖突，從而導致右側島葉的顯著激活。被試在閱讀規則字時，從字形直接通達語音的通路與另外一條根據聲旁對整字進行加工的通路都被激活，由于兩條通路的發音一致，因此不會造成沖突。而對于不規則字，聲旁與整字發音的不一致加劇了被試在有限判斷時間里的心理沖突，由此而導致右側島葉有更強的激活。最后一種可能是右側島葉與自動加工有關。Raichle等（1994）在其實驗中使用動詞產生任務，發現隨著對某一名詞反復學習過程，島葉激活逐漸增強，因此，他們認為島葉參與了大腦中自動系統的功能。島葉可能參與了大腦多種功能過程，如運動的計劃、語音特征的分析、自動化控制等功能，并在其中發揮著對這些信息進行分析和整合的作用，即在多種神經過程中發揮更一般的功能。我們的實驗中，觀察到島葉在不規則漢字中激活更為明顯，可能與不規則刺激在發聲時所需更多的語音分析和更精細的運動控制等神經過程有關。交互效應

本實驗在扣帶回前部和后部、左側島葉觀察到顯著的頻率與規則性交互作用，其激活在閱讀低頻不規則漢字時最強。扣帶回特別是其前部是當前認知神經科學中研究最多的腦區之一，被認為與注意、執行和抑制或者說任務轉換功能有關，也被認為在認知的執行控制和實時監控以及通過探測認知階段比如反應競爭等，來對所需要完成的任務進行評估（forreview,see:Posner&Rai