《Cortex》:Graspability in disguise: The cognitive and neural differences in processing words representing small and big objects
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為探究大小物體詞匯加工的認知與神經差異,研究人員通過詞匯判斷任務(LDT)和語義判斷任務(SDT)及 EEG 記錄展開研究。結果顯示 LDT 中大詞有潛在加工優勢,EEG 解碼發現不同任務中大小詞腦電反應有別,其受物體可抓握性影響,該研究意義重大。
在我們的日常生活中,物體大小是一個極為常見的視覺特征。當看到 “大象” 和 “螞蟻” 這兩個詞時,我們的大腦會有怎樣不同的反應呢?以往研究發現,人們在處理大小物體圖片時,大腦會有不同的反應區域和神經活動,這表明物體大小在構建具體概念時起著關鍵作用。然而,當刺激從直觀的圖片變成更具符號性的文字時,大腦對表示大小物體的詞匯是否也會有不同反應呢?這還是個未解之謎。
同時,行為學研究在這個領域的結論并不統一。一些研究表明,在詞匯判斷任務(Lexical Decision Task,LDT)中,人們對表示大物體的詞匯(大詞)反應更快,似乎大詞存在加工優勢。但也有研究并未觀察到這種優勢,而且這些研究都僅依賴行為學測量,無法深入了解大小詞加工背后的認知和神經機制。此外,語義大小的激活是否依賴任務也有待探索。
為了揭開這些謎團,研究人員開展了一系列實驗。本次研究沒有明確提及具體研究機構,研究人員綜合運用行為測量和腦電圖(Electroencephalogram,EEG)記錄技術,深入探究大小詞加工過程中的認知和神經差異,同時考察這種差異是否具有任務依賴性。該研究成果發表在《Cortex》雜志上,為相關領域的研究提供了重要參考。
在研究方法上,研究人員主要運用了以下幾種關鍵技術:一是采用詞匯判斷任務(LDT)和語義判斷任務(Semantic Decision Task,SDT)。在 LDT 中,參與者判斷呈現的字母串是否為真實詞匯;在 SDT 中,參與者判斷詞匯是具體的還是抽象的。二是利用 EEG 記錄參與者在執行任務時的大腦電活動。三是使用多元解碼分析和時間泛化方法處理 EEG 數據,挖掘潛在神經差異。四是通過回歸表征相似性分析(Regression Representational Similarity Analysis,RSA)探究加工不同大小物體詞匯時編碼的具體物體屬性。研究使用的樣本均為母語為中文的參與者。
下面來看具體的研究結果:
- 行為學實驗結果:在實驗 1 的 LDT 中,以參與者為分析單位時,大詞的反應時顯著短于小詞,且準確性更高;但以項目為分析單位時,大小詞反應時無顯著差異。這說明大詞的加工優勢并不穩健,可能受多種因素影響。在實驗 2 的 SDT 中,沒有觀察到大小詞在行為反應上的差異。這表明不同任務對大小詞加工的影響不同,SDT 中可能不存在大詞的加工優勢。
- EEG 實驗結果:在實驗 3 和實驗 4 中,EEG 解碼結果顯示,在 LDT 和 SDT 中,190 - 250 毫秒時,大腦對大小詞就有不同反應;在 SDT 中,390 - 520 毫秒時還存在額外的不同神經反應。這揭示了大小詞加工在時間進程上存在差異,且部分差異具有任務特異性。通過回歸 RSA 分析發現,這些大腦反應差異可由大小詞所代表物體的可抓握性(graspability)解釋,而非物體大小本身。這意味著在詞匯加工過程中,物體的可抓握性這一屬性對大腦反應起著重要作用。
- 實驗 5 驗證結果:為驗證關于大詞加工優勢原因的假設,實驗 5 讓參與者分別用語音和按鍵兩種方式進行 LDT。結果表明,在語音反應條件下,大詞的加工優勢減弱;而在按鍵反應條件下,該優勢依然存在。這支持了之前的假設,即加工小詞時可能與手部按鍵反應存在神經資源競爭,進而影響了大詞的加工優勢。
綜合以上研究結果,研究人員得出結論:在 LDT 中,大詞存在潛在的加工優勢,但這種優勢并不穩定;在 SDT 中,不存在大詞的加工優勢,說明加工優勢具有任務依賴性。EEG 研究揭示了大小詞加工存在早期(190 - 250 毫秒)和晚期(僅 SDT 中 390 - 520 毫秒)的神經差異,且晚期差異與早期相似,進一步證明了加工過程的階段性和任務特異性;貧w RSA 分析指出,大小詞加工時大腦反應的差異主要由物體的可抓握性決定,而非物體大小。
該研究具有重要意義。它首次全面地揭示了大小物體詞匯加工過程中的認知和神經差異,明確了可抓握性是影響詞匯加工的關鍵維度,為語義概念的加工機制提供了新的視角,表明語義概念加工存在靈活的兩階段過程。同時,提出的關于大詞加工優勢的新假設,為后續研究提供了方向,推動了語言認知神經科學領域的發展,有助于人們更深入地理解大腦處理語言信息的奧秘。