左側顳中回在漢語亞詞匯加工中神經機制的fMRI研究

曹燕翔，王曉怡，徐玥，舒華，盧潔，李坤成

人腦對西方拼音文字中詞匯的加工區域主要位于經典的Broca區（即左側額下回）和Wernicke區（左側顳上回后部），但是眾多對漢語詞匯的相關研究結果則顯示相關腦區與西方拼音文字不同[1-3]。已有研究發現，左側顳中回在語言認知過程中起重要作用，主流觀點認為顳中回是語義詞典存儲區域，涉及語言的初級語義加工[2-4]。也有研究發現，人們在漢語閱讀過程中，能夠自動激活亞詞匯的信息并進行亞詞匯水平的加工[5-6]。漢語的亞詞匯對形聲字來說，通常是指單個形聲字的聲旁與形旁。由于漢語的亞詞匯本身也具有詞匯的特性，而顳中回在這種亞詞匯加工過程中的作用并不清楚。漢字聲旁頻率分為高頻和低頻，高頻和低頻聲旁條件下的形聲字均為聲旁獨立成字的形聲字。此外漢字分為規則一致和不規則不一致，前者是指聲旁與整字讀音相同，且含有此聲旁的漢字家族內的所有字的讀音都相同；后者是指聲旁與整字的讀音不同，且含有此聲旁的漢字家族中所有字的讀音不完全相同。本研究通過設計頻率及規則一致性兩個因素來考察不同條件下的漢字語音加工情況，通過功能磁共振成像（functional magnetic resonance imaging，fMRI）技術研究漢語亞詞匯認知加工的主要語言激活區，旨在探討腦加工作用機制。

材料與方法

受試者為17例在讀大學生，其中男8例，女9例，年齡19～25歲，均為北方人，母語為漢語，普通話標準，右利手，身體健康，視力或矯正視力在正常范圍。

本研究采用兩因素2×2的組內設計，兩個因素分別為規則一致性（規則一致、不規則不一致）和聲旁類型（高頻、低頻），實驗任務為同音判斷。實驗選用的材料均為低頻形聲字（平均頻率小于20次／百萬字），每種條件下有形聲字30對，其中同音的形聲字15對，不同音的形聲字也是15對，總計120對共240個形聲字。材料舉例見表1。對各條件間漢字的聲旁頻率和一致性程度進行操縱，并匹配整字頻率、筆畫數、家族成員數和聲旁組字頻率，其中聲旁高頻字的詞頻控制在400次／百萬字以上，聲旁低頻字的詞頻控制在20次／百萬字以下。

表1 實驗材料舉例

實驗采用事件相關設計，呈現刺激和記錄反應時使用DMDX軟件，實驗分為3個獨立的段落完成，各條件下的實驗材料平均分配在各個段落中，每個段落中實驗任務的各條件的項目與基線任務的項目隨機呈現，每對項目呈現時間為1500ms，受試者盡快判斷漢字是否同音或符號是否相同并按鍵反應，如果相同按右鍵，不同按左鍵。項目之間的間隔時間2500～14500ms，平均3500ms。注視點為“＋”，保持受試者的注意力始終集中于屏幕。每個段落之間受試者休息15min。

3.掃描參數

應用Siemens Sonata 1.5T超導磁共振成像系統，標準正交頭顱線圈。分別行橫軸面T1WI、單次激發EPI、三維磁化準備快速梯度回波（magnetization prepared rapid acquisition with gradient echo，MPRAGE）序列矢狀面掃描，以進行三維重建及空間配準。掃描序列和參數如下。EPI序列：TR 2000ms，TE 50ms，翻轉角90°，視野23cm×23cm，全腦掃描20層，層 厚 6.0mm，間距1.8mm，像素大小3.6mm×3.6mm×6.0mm；SE序列：TR 500ms，TE 14ms，像素大小1.8mm×1.8mm×6.0mm；MPRAGE序列：TR 1970ms，TE 3.93ms，視野23cm×23cm，全腦掃描88層，層厚1.9mm，間距0.95mm，像素大小1.4mm×1.0mm×1.9mm。

4.數據分析

采用統計軟件SPSS 17.0對磁共振儀采集的反應時數據進行方差分析，統計分析兩個因素（聲旁頻率和規則一致性）的主效應及交互作用。功能磁共振數據采用國際上通用的功能神經成像分析軟件（analysis of functional neuroimage，AFNI）（http：／／afni.nimh.nih.gov／afni）對數據進行預處理和統計學分析。

在圖像預處理中，首先對采集的數據進行三維圖像重建，為了修正頭動偽影，對功能圖像分別進行各層對齊和全腦對齊的去頭動校正。為排除機器初始啟動勻場及被試狀態不穩定等效應的影響，去除每個功能像的最初4個掃描數據。進行預處理包括以下幾個步驟：時間平滑，頭動校正，功能像與結構像配準，空間標準化和空間平滑（全寬半高＝6mm），隨后進行統計分析，首先對單個被試建立模型，進行模型估計，采用廣義線性模型中的固定效應模型（fixed effect model），組分析使用隨機效應模型（random effect model），從組分析的整體主效應分析的激活腦區峰值點為球心畫半徑為6mm的ROI，抽取4種水平（聲旁高頻規則一致、不規則不一致及聲旁低頻規則一致反應、不規則不一致）的激活結果，并作方差分析。

結 果

1.行為結果

磁共振掃描過程中用DMDX程序記錄4個條件的反應時，統計分析結果顯示：聲旁高頻規則一致時受試者的反應時為（1184±181）ms，不規則不一致反應時為（1243±218）ms；聲旁低頻規則一致的反應時為（1192±161）ms，不規則不一致反應時間為（1236±190）ms。反應時的方差分析結果顯示，規則一致性的主效應顯著（F（1，16）＝12.927，P＜0.05）；聲旁頻率的主效應不顯著（F（1，16）＝1.673，P＞0.05）；對兩個因素（聲旁頻率和規則一致性）間的交互作用進行了顯著性檢驗，結果顯示兩個因素間的交互作用無統計學意義（P＝0.421＞0.05）。。

2.fMRI結果

聲旁高頻規則一致、不規則不一致及聲旁低頻規則一致、不規則不一致，四個條件的fMRI數據組分析的主效應顯示，左側顳中回明顯激活（圖1），其中心點坐標為（－49，－37，－7）。以該點坐標為中心點的球形ROI分析結果顯示，顳中回在漢語亞詞匯的不同條件下激活表現不同，顳中回對頻率效應敏感，即亞詞匯高頻的漢字（包括規則一致和不規則不一致字）比亞詞匯低頻的漢字，左側顳中回激活顯著（圖1b），差異有高度統計學意義（F（1，16）＝8.65，P＜0.01）。同時顳中回對規則一致性效應不敏感。規則一致性主效應進一步做兩兩比較，結果顯示高頻規則一致與低頻規則一致差異顯著（P＜0.05），高頻規則一致與低頻不規則不一致差異顯著（P＜0.05）。

圖1 fMRI示左側顳中回在漢語亞詞匯加工過程中明顯激活（紅色區域）。

圖2 直方圖示顳中回在漢語亞詞匯加工不同條件下的激活差異。H高頻，L低頻，C規則一致，I不規則不一致。

總之，本研究結果顯示左側顳中回在漢語亞詞匯加工存在高低頻的分離，而且這種效應對今后失語患者的臨床診斷與康復研究將具有重要價值，是未來臨床研究的方向。

討 論

由于人腦對西方拼音文字的詞匯加工特點與漢語的不同，研究顯示對西方拼音文字的加工過程中經典的激活腦區如Broca區和Wernicke區作為語言關鍵區的一系列理論并不完全適用于漢語被試[7-9]。同樣的，西方拼音文字中體現的亞詞匯作用主要體現在規則一致性，其腦部激活部位在左側顳上回后部及左側額下區，其頻率效應不明顯[10-14]。本研究結果發現左側顳中回在漢語亞詞匯加工中激活，而且左側顳中回對漢語亞詞匯的頻率效應敏感，對規則一致性不敏感，結果提示漢語亞詞匯加工的特異性。本研究由于實驗所選用的所有形聲字均為低頻漢字，因此不論聲旁頻率高低，都受到規則性和一致性效應的顯著影響。

目前認為左側顳中回可能與語言的眾多認知加工過程密切相關，顳中回更多參與語言的語義信息加工，包括語義概念、詞典語義及更高級的句法加工。研究認為左側顳中回參與具體、可直接感知的語義特征的提取，并能夠對不同的語義特征或語義間關系進行整合，從而達到更高層的語義表征[11，12]。研究者通過對語義加工任務的meta分析，提出左側顳葉至額葉語義通達的信息傳遞模型。該模型認為顳葉至額葉的語義通達存在兩條通路：顳葉背側的通路涉及角回、顳上回后部、顳中回中部、顳上回前部，最后至額下回腹側；另外一條為顳葉腹側的通路，涉及角回、顳中下后部、梭狀回、顳中回前部及顳極，最后信息傳至額下回腹側。左側顳中回在這兩條通路中都起著重要的語義加工作用[13]。

本研究顯示顳中回表現出漢語亞詞匯的頻率效應，提示顳中回激活可能更多體現亞詞匯信息在此處的重復出現及累積，即顳中回是亞詞匯信息的存儲詞典，高頻的亞詞匯在顳中回的累積次數越多，其激活越明顯。此外，顳中回與語義詞典加工關系密切，也提示顳中回語義詞典加工本質上是對頻率加工的反應。

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