物體的顏色知識(shí)和運(yùn)動(dòng)知識(shí)的獨(dú)立性表征

陳靜,柳妍,劉方松,宋魯平,韓在柱,畢彥超

語義記憶(semantic memory)是指大腦對一般知識(shí)和規(guī)律的記憶,它與特殊的地點(diǎn)、時(shí)間無關(guān)。關(guān)于語義記憶在大腦中的組織方式,目前一個(gè)比較流行的理論是Allport提出的分布式語義表征,它認(rèn)為語義記憶是按照功能和腦區(qū)不同的特征通道來組織的,這些通道包括視覺屬性通道(顏色、運(yùn)動(dòng)信息、大小和形狀),非視覺屬性通道(功能、操作和動(dòng)作、聲音、嗅覺、味覺和觸覺)[1]。

分布式語義表征在臨床研究和腦功能成像實(shí)驗(yàn)研究中得到了支持。例如,人們發(fā)現(xiàn)物體的操作知識(shí)和功能知識(shí)是相對分離的：Buxbaum采用圖片和詞匯任務(wù)分別考察失用癥和非失用癥的腦卒中患者操作知識(shí)和功能知識(shí),發(fā)現(xiàn)失用癥患者表現(xiàn)出操作知識(shí)顯著差于功能知識(shí);非失用癥患者功能知識(shí)差于操作知識(shí)[2]。Boronat通過f MRI實(shí)驗(yàn)也證明功能知識(shí)和操作知識(shí)的分離,功能知識(shí)特異性加工的腦區(qū)在頂內(nèi)溝邊界的左頂下小葉[3]。顏色和形狀、功能知識(shí)的相對分離：Miceli對某腦損傷患者進(jìn)行一系列的行為測驗(yàn),發(fā)現(xiàn)患者的顏色知識(shí)受損,而形狀知識(shí)和功能知識(shí)相對完好,表現(xiàn)出了顏色知識(shí)和形狀知識(shí)、功能知識(shí)的單分離[4]。大小知識(shí)和其他視覺知識(shí)的相對分離：一些研究發(fā)現(xiàn)視覺層面的大小知識(shí)與形狀,顏色的分離[5-8]。運(yùn)動(dòng)知識(shí)和其他知識(shí)的相對分離：對顏色、形狀、運(yùn)動(dòng)的知識(shí)的研究發(fā)現(xiàn),顳葉的腹部主要加工顏色和形狀知識(shí),顳葉的外側(cè)主要加工運(yùn)動(dòng)知識(shí)[9-10]。聲音知識(shí)與其他知識(shí)的相對分離：通過對比聲音知識(shí)和形狀知識(shí)、抽象知識(shí)激活的腦區(qū),發(fā)現(xiàn)在顳極前側(cè)的上部對聲音知識(shí)的激活大于其他知識(shí)[11]。通過對比聲音知識(shí)和動(dòng)作知識(shí)等的激活情況,發(fā)現(xiàn)了聲音知識(shí)和動(dòng)作知識(shí)有不同的敏感腦區(qū)[12-13]。

臨床研究中發(fā)現(xiàn)的不同特征知識(shí)分離現(xiàn)象,以及在腦功能成像實(shí)驗(yàn)研究中發(fā)現(xiàn)的某一特征的知識(shí)相對于其他知識(shí)在腦區(qū)上具有更強(qiáng)的激活(甚至是特異性激活),表明不同特征知識(shí)在功能和腦區(qū)上可能是相對獨(dú)立的。但是以往的研究也存在一些局限：①臨床研究上發(fā)現(xiàn)的分離一般都是單分離或者小樣本上發(fā)現(xiàn)的個(gè)案分離,任務(wù)難度或者個(gè)案患病前的情況都可能導(dǎo)致這種分離現(xiàn)象,因此它并不能很好說明兩種認(rèn)知成分是真正的分離;②由于功能影像研究結(jié)果不能說明因果關(guān)系,因此不同特征知識(shí)激活腦區(qū)的差異并不能很好證明不同的特征知識(shí)在功能上是分離的。本研究采用大樣本的腦損傷患者為被試,探討被試在物體顏色知識(shí)和運(yùn)動(dòng)知識(shí)上是否存在雙分離,避免了單分離中可能存在的任務(wù)難度影響和個(gè)案解釋力度不夠的問題。

1 對象與方法

1.1 研究對象 隨機(jī)選取2009年8月～2010年3月在中國康復(fù)研究中心住院和門診治療的腦損傷患者39例。入組標(biāo)準(zhǔn)：①年齡在20歲以上,受教育年限≥6年;②各種類型的腦損傷患者;③首次腦損傷;④穩(wěn)定期患者：從腦損傷到測驗(yàn)至少1個(gè)月;⑤沒有其他神經(jīng)、精神問題,如酗酒、嚴(yán)重抑郁等;⑥聽力正常,能完成簡單的認(rèn)知任務(wù),能理解簡單的指導(dǎo)語。其中男性34例,女性5例,年齡(45±11.69)歲;受教育年限(14±3.4)年。

正常對照組：與腦損傷患者年齡、教育年限匹配(P＞0.05)的正常成人39例。其中男性23例,女性16例,年齡(49±9.69)歲;受教育年限(14±4.02)年。

1.2 方法

1.2.1 測驗(yàn)工具 顏色知識(shí)屬性判斷測驗(yàn)(N=30)：考察被試在加工物體顏色知識(shí)時(shí)的損傷情況。在觸摸屏上方呈現(xiàn)一個(gè)問題(如黑白相間的動(dòng)物是),觸摸屏下方將呈現(xiàn)兩個(gè)選項(xiàng)(如大熊貓和青蛙),讓被試判斷下方的兩個(gè)選項(xiàng)中哪一個(gè)選項(xiàng)最合適。為了排除詞匯識(shí)別的影響,在實(shí)驗(yàn)過程中,同時(shí)給被試呈現(xiàn)聽覺通道的實(shí)驗(yàn)材料。

運(yùn)動(dòng)知識(shí)屬性判斷測驗(yàn)(N=30)：考察被試在加工物體運(yùn)動(dòng)知識(shí)時(shí)的損傷情況。在觸摸屏上方呈現(xiàn)一個(gè)問題(如跑得比較慢的是),觸摸屏下方將呈現(xiàn)兩個(gè)選項(xiàng)(如企鵝和鴕鳥),讓被試判斷下方的兩個(gè)選項(xiàng)中哪一個(gè)選項(xiàng)最合適。為了排除詞匯識(shí)別的影響,在實(shí)驗(yàn)過程中,同時(shí)給被試呈現(xiàn)聽覺通道的實(shí)驗(yàn)材料。

1.2.2 實(shí)施方法 采集腦損傷患者的一般情況和病史。由合格的主試給出指導(dǎo)語,待被試明白要求之后進(jìn)行測驗(yàn),讓被試用手指點(diǎn)擊要選的答案,通過電腦記錄被試反應(yīng)。

1.3 統(tǒng)計(jì)學(xué)方法 為了控制兩個(gè)任務(wù)的任務(wù)難度,根據(jù)正常對照組在這兩個(gè)任務(wù)上正確率的平均數(shù)和標(biāo)準(zhǔn)差,得到腦損傷患者在這兩個(gè)任務(wù)上正確率的 Z分?jǐn)?shù),將所得 Z分?jǐn)?shù)進(jìn)行群組分析和個(gè)體分析。

群組分析：對患者在兩個(gè)任務(wù)上正確率的 Z分?jǐn)?shù)進(jìn)行Pearson相關(guān)分析。

個(gè)體分析：采用 Crawford和 Garthwaite 2007年開發(fā)的分離軟件考察患者在兩個(gè)任務(wù)上是否存在經(jīng)典分離或強(qiáng)分離[14]。經(jīng)典分離是指被試在某個(gè)任務(wù)上的成績正常,在另一個(gè)任務(wù)上的成績顯著低于正常人;強(qiáng)分離式指被試兩個(gè)任務(wù)上都低于正常人,同時(shí)某個(gè)任務(wù)上的成績顯著低于另一個(gè)任務(wù)的成績。

2 結(jié)果

在群組水平,患者兩個(gè)任務(wù)上的成績呈正相關(guān)(r=0.813,P＜0.05)。在個(gè)體水平,Crawford和 Garthwaite分離軟件分析,發(fā)現(xiàn)39例腦損傷患者中10例在兩個(gè)任務(wù)上表現(xiàn)出分離：其中4例患者在顏色知識(shí)屬性判斷任務(wù)上成績與正常對照組沒有顯著性差異,而在運(yùn)動(dòng)屬性判斷任務(wù)上顯著差于正常人。1例患者在運(yùn)動(dòng)知識(shí)屬性判斷任務(wù)上與正常對照組沒有顯著性差異,顏色屬性判斷顯著差于正常對照組。兩組行為模式表現(xiàn)出經(jīng)典的雙分離。此外,5例患者在顏色知識(shí)屬性判斷和運(yùn)動(dòng)知識(shí)屬性判斷上都顯著差于正常對照組,但是其中1例運(yùn)動(dòng)知識(shí)顯著差于顏色知識(shí),4例顏色知識(shí)顯著差于運(yùn)動(dòng)知識(shí),表現(xiàn)出強(qiáng)雙分離。

3 討論

本研究顯示,腦損傷患者在顏色知識(shí)屬性判斷和運(yùn)動(dòng)知識(shí)屬性判斷上的正確率正相關(guān),說明這兩個(gè)任務(wù)在一定程度上考察相同的認(rèn)知過程,或者在完成這兩個(gè)任務(wù)中應(yīng)用相同的認(rèn)知加工模塊。在這兩個(gè)任務(wù)中,材料都是以詞匯的形式呈現(xiàn),完成這個(gè)任務(wù)涉及詞匯加工的過程;同時(shí)材料中使用句子,任務(wù)也涉及句子理解的加工過程。由于本研究中的大部分腦損傷患者是腦卒中患者和腦外傷患者,以往大量研究表明腦損傷會(huì)導(dǎo)致語義損傷和詞匯理解問題[15-16],因此本研究中的高相關(guān)也可能是由于患者的整體概念損傷和詞匯理解困難,或者患者腦損傷的面積過大,導(dǎo)致負(fù)責(zé)顏色加工的腦區(qū)和負(fù)責(zé)運(yùn)動(dòng)知識(shí)加工的腦區(qū)同時(shí)損傷。進(jìn)一步的行為-病灶對應(yīng)分析有助于解釋群組分析上的高相關(guān)。

雙分離現(xiàn)象經(jīng)常用于研究兩個(gè)認(rèn)知過程在大腦中相對獨(dú)立表征關(guān)系。如果兩個(gè)認(rèn)知過程在被試間表現(xiàn)出雙分離現(xiàn)象,說明這兩個(gè)認(rèn)知過程在大腦中是相對獨(dú)立表征的,即一個(gè)認(rèn)知過程不受另外一個(gè)認(rèn)知過程的影響,可以獨(dú)立損傷。在本研究中,患者在顏色知識(shí)屬性判斷和運(yùn)動(dòng)知識(shí)屬性判斷任務(wù)上表現(xiàn)出雙分離現(xiàn)象,說明顏色知識(shí)和運(yùn)動(dòng)知識(shí)在大腦中是相對獨(dú)立表征的,這一結(jié)果與以往的功能影像研究和腦損傷研究一致。PET和功能核磁研究發(fā)現(xiàn),當(dāng)被試命名物體的典型顏色或者核證物體的顏色知識(shí)時(shí),顳葉腹側(cè)皮層有更強(qiáng)的激活[17-22]。腦損傷臨床研究發(fā)現(xiàn),顳葉腹側(cè)皮層的損傷會(huì)導(dǎo)致顏色失認(rèn)癥[4,23-24]。而運(yùn)動(dòng)知識(shí)更強(qiáng)地激活顳葉外側(cè)顳中回后部和顳上溝后部[9,25-27]。損傷研究發(fā)現(xiàn),顳上回后部、前運(yùn)動(dòng)皮層的損傷會(huì)導(dǎo)致患者的生物運(yùn)動(dòng)知識(shí)受損[28-30]。加工顏色和運(yùn)動(dòng)知識(shí)引起不同腦區(qū)的激活,以及不同腦區(qū)損傷導(dǎo)致顏色或運(yùn)動(dòng)知識(shí)的受損,表明顏色和運(yùn)動(dòng)知識(shí)的相對獨(dú)立性。本研究中顏色知識(shí)和運(yùn)動(dòng)知識(shí)的雙分離現(xiàn)象表明物體顏色知識(shí)和運(yùn)動(dòng)知識(shí)在大腦中是相對獨(dú)立表征的,與語義概念分布式表征理論一致。

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