漢語復合詞視覺識別的時間進程：基于同形語素的行為與ERP證據*

吳建設 常嘉寶,2 邱寅晨 Joseph Dien

漢語復合詞視覺識別的時間進程：基于同形語素的行為與ERP證據

吳建設常嘉寶邱寅晨Joseph Dien

(北京第二外國語學院英語學院北京 100024) (唐山市開灤第二中學, 河北 唐山 063100) (北京第二外國語學院歐洲學院, 北京 100024) (馬里蘭大學帕克分校, 美國馬里蘭州 20742)

基于同形語素抑制效應, 本研究探討了漢語復合詞視覺識別中的形音義激活進程。結果發現：(1) 同形異音、同形同音、相同條件相對于控制條件都產生了語素啟動效應; (2) 在P2、晚期N400成分上, 同形同音條件與控制條件更為接近, 但與同形異音及相同條件差別顯著; (3) 在早期N400成分上, 同形同音條件與相同條件更為接近, 但與同形異音條件差別顯著。研究表明, 漢語復合詞的視覺識別的早期階段可能為基于詞位的形態?正字法加工, 字形匹配與音位信息是首要影響因素, 但語義是否介入仍未可知; 而晚期階段則可能為基于詞條的形態?語義加工, 主要涉及語義競爭與選擇。本研究結果支持了McClelland等學者提出的“平行分布加工模型”。

復合詞; 同形語素; 早期N400; 晚期N400

1 引言

自Taft和Forster (1975)首先發現語素啟動效應以來, 雖然相關研究林林總總, 但就以下問題目前仍存在爭論：語素加工過程為雙通道(如：Grainger & Ziegler, 2011)還是單通道(如：Crepaldi, Rastle, Coltheart, & Nickels, 2010)、語義加工介入時間為早期(如：Feldman, O’Connor, & Martín, 2009)還是在后詞匯階段(如：Rastle, Davis, & New, 2004)、形態分析為自動發生(如：Taft, 2004)或依賴于語境(如：Burani & Caramazza, 1987)、正字法與語義如何互動而產生語素啟動效應(如：Allen & Badecker, 1999; Baayen, Milin, Durdevic, Hendrix, & Marelli, 2011; Gonnerman, Seidenberg, & Andersen, 2007)。上述問題的解決多數取決于如何將正字法加工與語義加工有效地進行分離。多數先前研究試圖基于復雜單詞的詞綴來實現此目的, 但由于詞綴分離仍存在諸多混雜因素, 近期研究開始借助不同文字系統中的特殊字詞【如意大利語、西班牙語、芬蘭語中的“同形詞干” (Stem Homograph, 指單詞詞干形同而義不同的現象, 如西班牙語中“cerr-ar”/“關閉”與“cerr-o”/“小山”)、復合詞中的同形語素(指字或單詞形同而義不同的現象, 如漢語中的“光線/光頭”或英語中“banknote / riverbank”)】來實現兩者的分離。但遺憾的是, 先前研究或通過同形詞干/語素實現了正字法與語義分離, 或通過多音字與同形語素實現了音位與語義分離, 但目前尚未有研究在一項實驗設計中將正字法、音位與語義同時分離。因而本研究在介紹現有兩類研究的基礎上, 借助漢語復合詞中不同類型的同形語素以實現三者的同時分離, 藉此探索漢語復合詞視覺識別的時間進程。

第一類研究試圖借助同形詞干/同形語素分離正字法與語義, 卻意外發現了與語素啟動效應截然相反的同形詞干抑制效應。后續研究繼而在分析其機制的基礎上, 討論了單詞識別過程中正字法與語義加工以及其可能時間進程。

Laudanna, Badecker和Caramazza (1989, 1992)首先報道了同形詞干抑制效應。他們在長時啟動范式(SOA = 200 ms)下發現, 意大利語中同形詞干條件【如：port-are (攜帶)/port-e (門)】較正字法相似條件更難判斷。他們推斷, 這可能是因為相同詞干同時激活了它們所對應的不同詞匯表征, 由此觸發了歧義沖突機制(Laudanna et al., 1992：346)。Allen & Badecker (1999)在長時啟動范式(SOA = 250 ms)基于西班牙語材料進而發現, 同形詞干【如：cerr-ar (關閉)/cerr-o (小山)】抑制效應并非源于正字法相似【如：cerdo (豬肉)】效應, 語素變體條件【指語素義同而形不同的現象, 如：cier-ra (關閉)】同樣產生了類似的抑制效應。他們由此判斷, 語素識別為基于詞條(lemma)的抽象表征加工(獨立于字形與音位), 而非基于詞位(lexeme)的具體表征加工(依附于字形與音位) (p. 121) 【在語言心理學的研究中, “詞條”專指其語義句法特征, 而“詞位”專指其語素的形態音位特征, 可參考Kempen和Hoenkamp (1987)、Kempen和Huijbers (1983)、Levelt (1989)】。

但后續研究卻表明, 同形詞干抑制效應在掩蔽及短時啟動范式下會消失。Zhou, Marslen-Wilson, Taft和Shu (1999, 實驗1)發現, 同形語素(如：華僑—華貴)在長時啟動范式(SOA = 200 ms)下無啟動效應, 卻在掩蔽、短時啟動范式(SOA = 57 ms / 57 ms)下產生啟動效應; 而與相同語素條件(如：華麗—華貴)相比, 同形語素條件仍然產生了同形詞干抑制效應。他們由此推斷, 啟動時間的不同可能引發了不同強度的語義競爭(在相同漢字的不同語義表征之間) (p.539)以及互動(在組成復合詞的漢字與整詞之間) (pp. 560?561)。由于他們的實驗材料為漢語同形語素, 與先前研究在文字系統上有所不同, Badecker和Allen (2002)進而在掩蔽啟動范式(SOA = 67 ms)下重復了Allen和Badecker (1999)的實驗。研究亦發現了同形詞干啟動效應。他們因而推斷, 在掩蔽啟動范式下, 同形語素所激活了多個語義表征促進了目標詞的識別加工過程(p.132), 由此同形詞干效應可能涉及有意識參與的語義選擇機制。在后續研究中(如：Carreiras, Perdomo, & Meseguer, 2005; Laudanna, Voghera, & Gazzellini, 2002; Tsang & Chen, 2010, 2013a, 2013b), 研究者也發現了類似的同形詞干/語素啟動效應。

基于同形詞干/語素抑制效應, 還有一些學者進而采用反應時技術(如：Dominguez, Cuetos, & Segui, 2002; Jarvikivi, Pyykkonen, & Niemi, 2009; Tsang, Wong, Huang, & Chen, 2014)、ERP/MEG神經成像技術(Dominguez, de Vega, & Barber, 2004; Simon, Lewis, & Marantz, 2012; Wu, Tsang, Wong, & Chen, 2016; Zou, Packard, Xia, Liu, & Shu, 2019)來觀察單詞識別的可能時間進程。Dominguez等(2002)基于西班牙語材料發現, 在掩蔽啟動范式(SOA = 32 ms / 64 ms)下, 同形詞干條件與相同語素條件都產生了啟動效應; 而在長時啟動范式(SOA = 250 ms)下僅相同語素條件、語義相似條件產生啟動效應, 同形詞干條件卻產生了抑制效應。他們由此推斷, 上述不同的SOA啟動時間可能分別對應了正字法/音位、形態與語義這三類加工過程, 而單詞識別早期應該是與語義無關的正字法/音位加工。Jarvikivi等(2009)基于芬蘭語材料發現, 在掩蔽范式(SOA = 60 ms)下同形語素條件、語素變體條件、相同語素條件相對于控制條件都產生啟動效應, 在長時啟動范式(SOA = 300 ms)下僅相同語素條件產生了啟動效應。結合后續實驗結果他們認為, 單詞早期形態加工為自下而上(Bottom-up)加工, 是基于形態(Morph-based)的快速、自動化的分解加工, 而非基于整詞的自上而下(Top-down)加工。而Tsang等(2014)則發現, 在掩蔽啟動范式(SOA = 40 ms)下同形語素條件與相同語素條件都產生了相對于控制條件的啟動效應, 且兩者間沒有顯著差異; 但在無掩蔽啟動(SOA = 100 ms)以及長時延遲(SOA = 2000 ms或按鍵反應)范式中, 僅僅相同語素條件產生了相對于控制條件以及同形語素條件的促進效應, 而后兩種條件間卻不存在顯著差異。他們因而認為, 在掩蔽啟動范式下僅僅發生了形態?正字法的加工, 100 ms或以上的啟動時間才會使得形態?語義加工成為可能。在此基礎上, Taft和Nguyen-Hoan (2010)、Xu和Taft (2014)基于英語同形詞干的研究, 提出了基于詞條的形態加工模型, 認為形態加工過程可分為基于字形的形態?正字法(Morpho-orthographic)與基于詞條的形態?語義(Morpho-semantic)兩個階段。

在ERP/MEG研究方面, Barber, Dominguez和de Vega (2002)、Dominguez等(2004)采用Dominguez等(2002)類似設計, 在長時啟動范式(SOA = 250 ms / 300 ms)下發現, 同形詞干與相同語素條件在250 ms之前的波形基本重合, 但在此后同形詞干條件變得更負并在450 ms左右出現波峰, 而相同語素條件則保持為慢負波。兩種條件在250~350 ms時窗沒有顯著差異, 但在350~650 ms時窗同形詞干條件比相同語素條件更負。他們因而認為, 單詞識別過程可以分為兩個階段：在250~350 ms為詞位加工階段, 而在350 ms之后則為詞條加工階段。而Wu等(2016)則在掩蔽啟動范式(SOA = 53 ms)下發現, 同形語素與相同語素條件都產生了相對于控制條件的P200 (150~250 ms)增強效應, 二者間的差異不顯著, 但兩種條件的波形在250~300 ms左右開始出現分離; 在N400 (250~500 ms)時窗僅僅相同語素條件產生顯著的啟動效應, 50 ms時窗分析顯示此顯著效應出現在400~500 ms (腦區中后部), 而同形語素、語義條件的啟動效應不顯著。他們由此根據Taft和Nguyen-Hoan (2010)的詞條加工模型判斷150~250 ms為形態?正字法加工階段, 而250~500 ms則為形態?語義加工階段。此外, Simon等(2012)采用MEG研究、Zou等(2019)在聽覺識別范式下也都發現在300~450 ms左右可能存在正字法加工與語義加工的分離。

第二類研究試圖分離音位與語義。基于多音字的研究總體表明, 音位可能參與了單詞視覺識別加工。譚力海和彭聃齡(1991)在長時啟動范式(SOA = 150 ms)下發現, 音同字(如：快)、音誤字(如：匯)、字形相似字(如：公)三種條件相對于首字為多音字的啟動詞(如：會計)都產生了啟動效應。Tan和Perfetti (1999, 實驗2)通過操控多音字將材料分成首字一致條件(如：形成)、首字不一致條件(如：識, 首字讀音分別為jian4/xian4)、尾字一致條件(如：明凈)和尾字不一致條件(如：體, 尾字讀音分別為zhong4/chong4), 研究發現, 讀音不一致條件相比控制條件反應時更長(首、尾字讀音不一致條件分別慢22 ms、28 ms), 但兩種讀音不一致條件之間沒有顯著差異。他們由此認為, 被試在漢語復合詞識別過程中對首尾漢字的音位信息都高度敏感, 但對處于首字或尾字的位置信息并不敏感。因而首尾多音字的視覺識別加工都會激活其所對應的不同的語音。而Liu, Zhang和Liu (2017)采用視聽雙通道句子加工范式發現, 音位相同/語義相同條件(如：校長/zhang3)較音位相同/語義不同(如：家長/chang2)、音位不同/語義相同(如：船長/yuan2)、音位不同/語義不相同(如：班長/mu4)條件都出現P200 (280~380 ms)增強效應; 此外, 上述4種條件在N400 (400~550 ms)效應上依次增強, 音位不同/語義不相同條件與其他三種條件相比在N400波幅上顯著更負; 而在晚期正波(LPS)的600~700 ms時窗上, 音位相同/語義不同條件相比音位相同/語義相同條件產生增強效應。但在750~800 ms時窗上, 各條件之間無顯著差異。他們由此推斷P200效應可能與音位加工有關, N400效應可能與視聽信息整合過程中的語義不匹配有關(且音位信息可能調節了語義的提取), 而晚期正波的第一時窗則可能表明視聽信息整合過程中的沖突檢測過程。而Zhang等(2017)采用Liu等(2017)相同的設計, 基于功能連接分析(采用多體素模式分析, MVPA), 發現在P200、N400、LPS不同時窗下功能分析的分類模式產生了改變, 同時它們在腦區空間分布上也明顯不同, 而P200、N400有可能與音位加工有關。

然而基于漢語同形語素的研究結論并不完全一致。Zhou等(1999, 實驗4)發現, 在掩蔽啟動范式(SOA = 57 ms)下同形異音語素(如：重復?重量)、同音控制條件(如：崇高?重量)、無關控制條件(如：絕望?重量)之間并無顯著差異, 但在長時啟動范式(SOA = 200 ms)下僅同形異音語素條件相對于兩種控制條件產生抑制效應。他們由此認為, 漢語復合詞中漢字的音位應該不會獨立影響形態語義的加工, 但它與正字法互動后, 卻極有可能會抑制或促進漢語復合詞的加工。而Zou, Desroches, Liu, Xia和Shu (2012)基于聽覺識別加工范式(SOA = 150 ms)發現, 同形異音語素(如：長城/長官)與相同語素(如：面包/面孔)條件的波形在450 ms左右開始分離, 但在N400上沒有顯著差異; 此外, 音位相同(如：燈光/登門)條件的N400波峰出現時間相比音位不同(如：海帶/電臺)條件約延遲50 ms左右(分別為529.43 ms、475.86 ms)。上述結果總體表明, 無論是在掩蔽范式還是長時啟動范式下, 關于音位是否影響形態語義的加工仍未有定論。

綜合來看, 同形詞干/語素的相同字形可能會激活與之對應的不同語義或音位信息, 由此它不僅可以考察正字法或音位與語義的互動, 還可以探索單詞識別的時間進程。而與之同時, 不同的單詞識別或形態加工模型, 如：詞匯分解?詞條模型(Taft, 1994, 2004; Taft & Nguyen-Hoan, 2010; Xu & Taft, 2014)、超詞匯模型(Giraudo & Grainger, 2001, 2003)、字形?語義模型(Crepaldi et al., 2010; Meunier & Longtin, 2007; Rastle & Davis, 2008; Rastle et al., 2004)、形態?正字法/形態?語義混合模型(Beyersmann, Coltheart, & Castles, 2012; Beyersmann, Iakimova, Ziegler, & Colé, 2014; Diependaele, Sandra, & Grainger, 2005, 2009)或平行分布加工模型(Gonnerman et al., 2007; McClelland & Rumelhart, 1981; Plaut & Booth, 2000; Seidenberg & McClelland, 1989), 亦可得以驗證。

但明顯較為遺憾的是, 雖然單詞識別是一個形音義統一加工的過程, 現有研究在不同的設計中僅僅區分了正字法與語義、音位與語義, 尚未有研究將音位、正字法與語義三者統一在一項研究中進行考察。而根據漢語文字系統的獨特特點, 這可以基于漢語復合詞的同形語素來實現。同形語素在漢語復合詞中普遍存在【據Liu, Shu和Li (2007)的統計, 漢語常用漢字為2423個, 其中大約65%的漢字含有2~5個意義】, 它可以被進而區分為同形同音語素(Homophonic Homographic Morpheme)與同形異音語素(Heterophonic Homographic Morpheme)【如：“作息”、“作坊”相對于“作詩”之中“作”分別為同形同音語素、同形異音語素】。基于上述文獻綜述, 本研究的主要研究問題為：

(1) 音位信息是否參與了漢語復合詞的視覺識別加工？如果同形語素中的音位信息未被激活, 同形同音語素條件(如：作息)與同形異音語素條件(如：作坊)都會產生類似Dominguez等(2004)研究中的同形語素抑制效應; 而如果同形語素中的音位信息被激活, 那么僅僅同形同音語素條件仍然會產生同形語素抑制效應, 而同形異音語素條件則不會產生類似抑制效應。

(2) 音位信息何時參與了單詞視覺識別加工？如果P200成分表征了音位加工, 則音位不一致條件(同形異音語素條件、控制條件)相對于音位一致條件(同形同音語素條件、相同語素條件)在P200成分上將會更負。反之則無法斷定音位加工出現在200 ms左右。而判斷音位加工是否參與的另一個較為可靠的指標則是：同形語素抑制效應在何時產生。

(3) 形態?正字法加工與形態?語義加工是否在N400這個時窗發生分離？鑒于同形同音、同形異音、相同語素條件在正字法上完全相同, 若正字法與語義加工在N400發生分離, 三者在早期N400成分上應無顯著差異, 但在晚期N400成分上會有所不同; 而如果三者未發生分離, 則它們在N400成分上應無顯著差異。鑒于5種單詞識別模型對正字法與語義加工激活的時間有不同的預測, 借助上述研究結論亦可同時對其進行驗證。

2 實驗1：漢語復合詞視覺識別的行為研究

2.1 方法

2.1.1 被試

被試為25名在校本科生, 女生19名, 男生6名, 平均年齡22.5歲, 標準差為1.07歲。被試均為右利手, 視力或矯正視力正常, 以前未參加過類似實驗。為確保被試對不同語素條件具有良好區分度, 所有被試均為北方人, 能夠講標準普通話, 無任何語言或閱讀障礙。在實驗前均簽署知情同意書, 且獲得一定報酬。

2.1.2 實驗設計與材料

實驗采用單因素四水平被試內設計(見表1)。啟動詞首字分別為同形異音語素(+O?P?S, 如：作坊)、同形同音語素(+O+P?S, 如：作息)、相同語素(+O+P+S, 如：作詩)以及控制條件(?O?P?S, 如：賬本), 目標詞相同(如：作畫)。每種條件選取48組, 共192組, 分別在筆畫、詞頻上進行了匹配(s > 0.05)。另有填充材料192組假詞。

表1 實驗材料舉例及特征信息

注：括號內數值為標準差, 詞頻數均經Log函數轉換。

為確保實驗材料的語義與音位區分度, 在實驗完成后被試需就啟動詞與目標詞的首字語義相似度(1~5萊克特量表)、音位相同度(“是/否”)進行評定。在語義相似度上, 相同語素條件與其他條件皆存在顯著差異,s < 0.05; 在音位相同度上, 同音與異音條件之間皆存在顯著差異,s < 0.05。

實驗材料按拉丁方交叉分成4個區組。每個區組包含所有實驗條件, 并進行偽隨機平衡, 確保每種條件不連續出現3次或以上, 且每個區組中前3組皆為填充材料。

2.1.3 實驗程序

采用E-prime (2.0)編程, 通過臺式計算機黑底白字呈現材料。為避免單純物理相似性干擾實驗結果, 遵循心理學慣例, 啟動詞與目標詞采用不同字體與字號：啟動詞字體為微軟雅黑, 字號為40磅; 目標詞字體為宋體, 字號42磅。

本研究采用掩蔽范式。依據如下：(1) Zhou等(1999)、Feldman, Kosti?, Gvozdenovi?, O’Connor和Martín (2012)、Tsang等(2014)等學者都認為, 采用非掩蔽范式且SOA大于100 ms時, 單詞視覺識別的早期過程易受策略加工的影響; (2) Forster (1998)也認為, “盡管有種種不足, 它仍然可以被作為完全自動化過程的一個指標” (p.229); (3)先前相關研究都采用了掩蔽范式以分離單詞識別的早期與晚期階段。

SOA最終確定為47 ms。為確保被試無法覺察啟動詞, 本研究參考先前研究設置, 嚴格地設置了前掩蔽與后掩蔽, 并在預實驗中進行過反復測試與調整。

程序(見圖1)如下：首先在屏幕中央呈現注視點“+”1000 ms, 然后呈現前掩蔽(###)500 ms, 接著呈現啟動詞47 ms, 然后呈現后掩蔽(###)20 ms, 繼而空屏30 ms, 再呈現目標詞2000 ms等待被試按鍵反應。如果被試在2 s內沒有做出反應, 此界面自動消失, 且記為錯誤反應。為避免每次出現刺激的時間間隔為固定值, 被試產生策略性反應, 最后呈現時間窗口抖動(jitter) 0~2 s。

實驗1采用詞匯判斷任務, 要求被試在看到目標詞時, 既快又準確地做出判斷。真詞按“F”鍵, 假詞按“J”鍵, 左右手按鍵在被試間平衡。實驗前有練習階段, 使被試充分熟悉實驗程序。整個實驗約需40分鐘。

2.1.4 數據處理與分析

在數據統計分析前, 去掉數據中3個標準差之外的極端數值(少于2%)。使用SPSS 20.0進行重復測量方差分析, 在必要時采用Greenhouse-Geisser校正, 并在成對比較時進行Bonferroni校正。

2.2 結果與分析

行為實驗的反應時與準確率見表2。

在反應時上, 啟動類型的主效應顯著,(3, 72) =23.82,< 0.001, 偏η2 = 0.498。按照Cohen (1988)的建議, 在η= 0.01或以上為較小的效果量, 而η= 0.06或以上則為中等程度的效果量, 而η= 0.14或以上則為較大的效果量。由此可見, 啟動類型主效應的效果量較大。進一步分析顯示, 與控制條件相比, 三種語素條件的啟動效應皆顯著,(1, 24) = 66.78 / 18.68 / 51.62;s < 0.001; 而與同形同音語素(+O+P?S)條件相比, 相同語素(+O+P+S)條件的啟動效應顯著,(1, 24) = 8.92,= 0.006。而同形異音語素(+O?P?S)條件雖然快8 ms, 但并不顯著(> 0.1)。三種語素啟動效應中, 相同條件最大, 同形同音條件最小, 同形異音條件居中。在準確率上, 啟動類型主效應并不顯著, 同形同音語素與相同語素條件相比亦不顯著。

圖1 實驗1流程圖

表2 不同啟動類型的反應時和準確率

注：括號內為標準誤差。

實驗1結果明確表明：僅僅同形同音語素條件相對于相同語素條件產生抑制效應。Zhou等(1999)在掩蔽啟動范式下發現類似結果(其研究中的字形條件與本研究的同形同音語素條件等同), 相同語素條件(RT = 563 ms)相對于同形同音語素條件(RT = 583 ms)啟動效應要快20 ms。而Tsang等(2014)在無掩蔽啟動范式(SOA = 40 ms)中亦發現相同語素條件的啟動效應強于同形語素條件(但未在掩蔽范式中發現類似結果)。實驗1結果不僅驗證了先前研究結果, 并進而發現同形異音語素條件并未出現與同形同音語素條件類似的抑制效應。這似乎表明：兩種條件在首字讀音上的不同造成了上述差異, 因而音位信息參與了單詞的視覺識別。

實驗1結果還表明：相對于控制條件, 三種語素條件都產生了啟動效應。這似乎表明：單詞識別的早期階段是基于詞位水平的加工, 語義信息并未參與其中。但兩種同形語素條件的啟動效應明顯弱于相同語素條件, 且在同形同音語素條件上出現顯著效應。如果單詞識別的早期階段如Taft等學者在詞匯分解?詞條模型中所假設那樣, 僅僅為形態?正字法/音位加工, 則上述異常結果較難解釋。

鑒于行為研究對單詞識別的時間進程并不敏感, 且研究一中的部分結果與現有單詞加工模型沖突, 實驗2將采用事件相關電位技術來進一步探索。

3 實驗2：漢語復合詞視覺識別的ERP研究

3.1 實驗方法

3.1.1 被試

25名未參加實驗1或類似實驗的在校本科生或研究生參加本次實驗, 女生19人, 男生6人, 平均年齡24.1歲, 標準差為1.12歲。其他同實驗1。

3.1.2 實驗設計與實驗材料

實驗設計與材料同實驗1。但實驗2基于實驗1的結果剔除了錯誤率較高的兩個目標詞, 因而僅包含46組材料(正確率 > 88%)。

3.1.3 實驗程序

實驗時, 被試坐在隔音效果良好的被試間內, 離計算機顯示屏的距離約為80 cm。根據腦電數據記錄需要, 實驗2將目標詞呈現時間由2000 ms改為“呈現500 ms+空屏700 ms +呈現？” (見圖2)。其他同實驗1。

實驗任務改為人名判斷任務。Zhou等(1999)曾提醒詞匯判斷任務中的強制性按鍵反應可能會影響單詞視覺識別, 并可能激活語義加工。而從實驗1的結果觀察, 三種語素條件的加工可能受到語義加工的影響。為避免強制性按鍵反應的影響, 本研究參考Federmeier等學者的系列研究(如：Laszlo& Federmeier, 2007), 將任務改為真假人名判斷任務。要求被試僅對人名(如：陸毅)為目標詞的刺激進行按鍵反應, 而忽略其他詞。本研究因而使用46組人名替換了假詞填充材料。整個實驗約需1小時。

圖2 實驗2流程圖

3.1.4 腦電記錄及處理

使用Brain Product公司生產的64導腦電記錄分析系統(10-20系統), FCz電極為參考, 前額接地, 阻抗降至5 kΩ。水平眼電置于左眼外眥外2 cm, 垂直眼電在右眼眶下2 cm。采樣頻率500 Hz, 帶通濾波0.01~100 Hz。

采用BP Analyzer (2.1)軟件離線分析處理數據。參考電極轉為雙側耳乳突(TP9、TP10)均值, 帶通濾波0.01~30 Hz, ICA輔助剔除眼電, 自動排除波幅±80 μV的腦電偽跡, 目標刺激前100 ms為基線, 呈現后取1000 ms。然后將EEG數據按條件疊加平均, 由此獲得每個被試在每種條件下的平均波幅。

3.1.5 數據處理與分析

頭皮電極被分為15個區：左側額區(F3, F5, F7)、左側額中央區(FC3, FC5, FT7)、左側中央區(C3, C5, T7)、左側中頂區(CP3, CP5, TP7)、左側頂區(P3, P5, P7); 中線額區(F1, Fz, F2)、中線額中央區(FC1, FCz, FC2)、中線中央區(C1, Cz, C2)、中線中頂區(CP1, CPz, CP2)、中線頂區(P1, Pz, P2); 右側額區(F4, F6, F8)、右側額中央區(FC4, FC6, FT8)、右側中央區(C4, C6, T8)、右側中頂區(CP4, CP6, TP8)、右側頂區(P4, P6, P8) (見圖3)。對各電極分區平均后按時窗進行4(啟動類型) × 3(半球：左/中/右) ×5(分區：額/額中央/中央/中頂/頂)的重復測量方差分析。其他同實驗1。

圖3 統計分析中的電極分區

3.2 研究結果

根據視覺觀察(見圖4、圖5、圖6)可以發現, 在120~540 ms時間窗口同形同音(+O+P?S)條件在加工中期(280~400 ms)與控制條件相比有明顯的啟動效應, 而在早期(120~220 ms)、晚期(430~540 ms)卻幾乎與控制條件重合。因而本研究按上述三個時窗來分析P2、早期N400與晚期N400。統計結果摘要見表3。

圖4 不同啟動類型ERP波形比較

3.2.1 P2成分

在120~220 ms時窗, 啟動類型的主效應顯著,(3, 72) = 3.48,= 0.026, 偏η2 = 0.127; 分區×啟動類型的交互作用顯著,(12, 288) = 2.62,= 0.048, 偏η2 = 0.098; 半球×分區×啟動類型三者的交互作用顯著,(24, 576) = 2.51,= 0.022, 偏η2 = 0.095。以上效果量都達到中等以上。

圖5 在Cz電極不同啟動類型的ERP波形比較

圖6 不同啟動條件下的差異波地形圖比較

注：參考Dominguez等(2004)等學者研究, 采用了“控制條件?啟動條件”。

表3 P200、早期N400、晚期N400成分統計結果摘要表

注：*表明均值差值顯著,< 0.05。

進一步分析發現, 與控制條件相比, 同形異音、相同條件分別在中線額中央區(0.704 μV,= 0.038; 0.704 μV,= 0.049)引發P200增強效應, 同形異音條件還在中線中央區(1.078 μV,< 0.001)產生類似效應, 而同形同音條件未見顯著(> 0.1); 與同形同音條件相比, 同形異音、相同條件分別在中線的額中央區(0.686 μV,= 0.065, 邊際效應; 0.685 μV,= 0.014)、中央區(1.041 μV,< 0.001; 0.589 μV,= 0.022)產生P200增強效應。由此可見, 在P2成分上, 同形同音條件與控制條件更為接近, 而在中線的額中央區及中央區與另外兩種語素條件明顯不同。

3.2.2 早期N400成分

在280~400 ms時窗, 啟動類型的主效應顯著,(3, 72) = 3.77,= 0.024, 偏η2 = 0.136; 半球×啟動類型的交互作用顯著,(6, 144) = 5.0,= 0.001, 偏η2 = 0.172; 分區×啟動類型的交互作用顯著,(12, 288) = 7.56,< 0.001, 偏η2 = 0.239; 半球×分區×啟動類型三者的交互作用存在邊際顯著效應,(24, 576) = 1.92,= 0.059, 偏η2 = 0.074。以上效果量都為中等或較大。

進一步分析發現, 與控制條件相比, 同形異音、同形同音、相同條件分別在中線的前額區(0.923 μV,= 0.027; 0.973 μV,= 0.049; 1.156 μV,= 0.002)、額中央區(1.066 μV,= 0.025; 0.952 μV,= 0.05; 1.338 μV,= 0.003)、中央區(1.474 μV,= 0.002; 0.893 μV,= 0.039; 1.129 μV,= 0.013)都產生了N400啟動效應; 與同形同音條件相比, 僅僅同形異音條件在中線的中央區(0.581 μV,= 0.027)、右側的額中央區(0.588 μV,= 0.049)、右側的中央區(0.617 μV,= 0.02)產生更大的啟動效應(圖4、圖5), 相同條件未見顯著(> 0.7)。上述結果表明, 在早期N400成分上, 三種語素條件都與控制條件不同, 而同形同音條件在右側額中央區附近顯然與相同條件更為接近, 而與同形異音條件存在不同。

3.2.3 晚期N400成分

在430~540 ms時窗, 啟動類型的主效應顯著,(3, 72) = 3.31,= 0.039, 偏η2 = 0.121; 半球×啟動類型的交互作用顯著,(6, 144) = 3.91,= 0.008, 偏η2 = 0.14; 分區×啟動類型的交互作用不再顯著,(12, 288) = 1.23,= 0.3, 偏η2 = 0.049; 半球×分區×啟動類型三者的交互作用顯著,(24, 576) = 2.65,= 0.009, 偏η2 = 0.099。除分區×啟動類型的交互作用外, 以上效果量同樣為中等或較大。

進一步分析發現, 與控制條件相比, 同形異音與相同條件在中線的中頂區產生N400啟動效應(1.015 μV,= 0.049; 1.313 μV,= 0.014), 而同形同音條件未見顯著(> 0.1); 與同形同音條件相比, 同形異音與相同條件分別在中線中央區(0.948 μV,= 0.002; 1.125 μV,< 0.001)、中線中頂區(0.712 μV,= 0.047; 1.01 μV,< 0.001)、中線頂區(1.067 μV,= 0.02; 1.178 μV,< 0.001)產生N400啟動效應。此外, 同形異音條件還在右側中央區(0.692 μV,= 0.048)、相同條件在中線額中央區(1.073 μV,= 0.003)產生類似啟動效應。上述結果表明, 在晚期N400成分上, 同形同音條件與控制條件更為接近, 而與其他兩種語素條件在中線中頂區附近差異明顯。

4 總體討論

實驗1與實驗2的研究結果均表明, 三種語素條件相對于控制條件都存在顯著的語素啟動效應。本研究的結果顯然支持了漢語復合詞存在形態分解加工的結論, 這與先前國內外眾多研究的結論較為一致(如：Amenta & Crepaldi, 2012; Crepaldi et al., 2010; Ford, Davis, & Marslen-Wilson, 2010; Marslen-Wilson, Tyler, Waksler, & Older, 1994; Zhou et al., 1999; 陳寶國, 彭聃齡, 2001; 陳寶國, 王立新, 彭聃齡, 2003; 張清芳, 楊玉芳, 2004)。以下本研究就研究問題進行逐一討論。

4.1 音位信息與單詞視覺識別加工

本研究結果總體表明：在反應時上, 同形異音與同形同音條件雖然沒有顯著差異, 但兩者在P2 (中線額中央區/中央區)、早期N400 (中線中央區、右側額中央區/中央區)、晚期N400 (中線中央區/中頂區/頂區、右側中央區)上都出現顯著差異。總體看來, 同形異音條件的加工過程與同形同音條件明顯不同, 而與相同條件更為接近。鑒于兩類同形條件與相同條件的差異僅僅在于漢語復合詞的首字讀音是否與目標字相同, 上述研究結果因而表明, 即使在單詞的視覺識別過程中, 音位信息也同樣得以激活。此外, 在早期N400(右側額中央區), 同形同音僅與同形異音條件存在差異, 而與相同條件的差異并不顯著。鑒于眾多研究曾發現音位加工會激活右側額葉區, 本研究從而為音位信息參與漢語復合詞的視覺識別提供了進一步的證據。

值得深思的是, 為何僅在同形同音條件下出現同形語素抑制效應。先前研究認為, 相同的詞干/語素激活了其所對應的不同詞匯語義表征, 因而需要被試從中進行選擇。Barber等(2002)、Dominguez等(2004)、Wu等(2016)的ERP研究以及Simon等(2012)的MEG研究都發現同形同音與相同條件的波形自250~350 ms方出現分離, 而本研究亦在早期N400 (280~400 ms)上發現類似的分離。此外, 同形同音條件與其他兩種語素條件在晚期N400上確實存在差別, 似乎可以印證上述推斷。而基于同樣的推斷也可以解釋Tan和Perfetti (1999)、Liu等(2017)、Zhang等(2017)等學者所發現的漢語多音字語音干擾效應：相同字形的多音字, 或用于干擾的語音項, 激活了其所對應的多個不同詞匯語義表征, 從而觸發了語義競爭。但在波形分離的具體時間上, 不同研究的結論遠非一致。本研究的結果表明, 同形同音與相同條件早在P200上已出現顯著差異, 這雖然與Liu等(2017)、Zou等(2019)的結果相似, 但卻與其他研究結論沖突, 似乎亦無法簡單地以不同語義表征的激活來解釋。

而本研究還發現, 同形異音與相同條件在P2、早期與晚期N400上都未出現顯著差異。這同樣與Zou等(2012)的結果一致, 但卻與Zhou等(1999, 實驗4)基于反應時的研究結論(長時啟動范式)相悖。

總體來看, 一個較為合理的推斷是：在音位信息介入后, 同形異音與同形同音條件在掩蔽啟動范式與長時啟動范式下的加工機制可能有所不同。同形同音條件的抑制效應可能源自相同詞干/語素所激活的詞匯語義表征之間的競爭, 因而無論在掩蔽或長時啟動范式下都可以被觀察到; 而同形異音條件的抑制效應則可能源自長時啟動范式下被試加工策略的介入, 因而難以在掩蔽范式下觀察到。但鑒于同形同音條件在P200上的結果仍不一致, 且同形異音條件的研究目前仍然偏少, 上述推斷仍需將來研究的嚴格檢驗。

4.2 音位信息與P2、N400

音位信息介入的時間與P2、N400的指標意義密切相關。先前關于P2的認知機制眾說紛紜, 分別認為它可能與正字法與音位加工(Beyersmann et al., 2014; Liu et al., 2017; Liu, Perfetti, Hart, 2003; Liu, Jin, Qing, & Wang, 2011; Meng, Jian, Shu, Tian, & Zhou, 2008; Morris, Frank, Grainger, & Holcomb, 2007)、拼寫/正字法與音位的匹配或規則性(Lee et al., 2007; Sereno, Rayner & Posner, 1998)、目標詞的頻率、規則性、詞匯性(Chen, Liu, Wang, Peng, & Perfetti, 2007; Kong et al., 2010; Sereno et al., 1998; Zhang, Zhang, & Kong, 2009)、漢字部首的同音條件(Zhou, Fong, Minett, Peng, & Wang, 2014)或位置(Su, Mak, Cheung, & Law, 2012)、詞匯加工(Carreiras et al., 2005; Dambacher, Kliegl, Hofmann, & Jacobs, 2006; Martin, Kaine, & Kirby, 2006; Meyler & Breznitz, 2005)、二語學習者的語義加工任務(Landi & Perfetti, 2007)等有關。本研究則在120~220 ms時窗、頭皮中線位置發現了一個位于前額、額中央和中央區的P2成分。由本研究的波形圖與差異波可以看出, 在P2上, 同形同音與控制條件幾乎不存在差別, 且統計上亦不顯著; 而與同形異音與相同條件相比, 后兩者出現P2增強效應。鑒于本實驗三種語素條件在字形上完全與目標詞一致, 若P2僅獨立表征了單詞識別中的正字法加工, 則在該時窗內三者不應出現此種明顯背離。

若P2表征了音位加工, 則在本研究中應該期待同形同音(而非同形異音)條件與相同條件在P2上更為接近, 而這顯然并不符合本研究結果。雖然Liu等(2017)曾發現同形異音條件較相同條件在P2上更負, 由此斷定P2反映了音位加工。但鑒于其研究中設計了語音干擾條件, 而Niznikiewicz和Squires (1996)曾發現語音干擾的同音詞會產生更負的N2, 因而更負的P2亦可能源自語音干擾本身。Grainger, Kiyonaga和Holcomb (2006)亦認為, 音位加工應該出現于目標詞呈現250 ms之后。

有鑒于此, 一個合理的解釋是：P2在本研究中可能并非與音位或字形加工有關, 而更可能僅僅表征了一種普遍、抽象的心理加工進程(參見Binder, Medler, Westbury, Liebenthal, & Buchanan, 2006)。就語言加工而言, 它極有可能是在前詞匯階段大腦心理詞匯網絡對所輸入刺激的選擇性注意、匹配、歸類或識別的過程(參見Hackley, Woldorff, & Hillyard, 1990; Luck & Hillyard, 1994), 而視覺刺激中所含有的異常或沖突的信息即可能導致P2或N2成分更負(參見Ziegler, Benraiss, & Besson, 1999)。本研究中同形同音條件、Liu等(2017)研究中的同形異音條件、Niznikiewicz和Squires (1996)研究中的同音詞在各自設計中都含有某種沖突信息(但并非僅限于音位信息的沖突), 由此導致三項研究中P2/N2波幅都轉向更負。就本研究而言, 沖突信息或源于掩蔽啟動范式(啟動詞可能激活了目標詞首字中的語義沖突信息, 參考Kiefer & Brendel, 2006), 或基于同形同音語素所具有的某種固有卻未知的、基于規則的語言沖突屬性。但至于大腦心理詞匯網絡如何可以如此迅速地識別出此種沖突信息, 由于目前并無對應機制的詳細研究或理論預測, 本研究亦無法給予明確的回答, 將來研究可以對此進而探索與驗證。

音位信息的介入則極有可能在晚期N400之前。本研究表明, 雖然同形異音與同形同音條件的首字與目標詞首字在語義上都不相同, 但同形異音條件卻未在晚期N400上產生與同形同音條件類似的抑制效應, 這表明它在晚期N400之前業已完成多重歧義的消解。綜合實驗1的結果(它比同形同音條件的反應時快8 ms, 但并不顯著), 并考慮到以上針對P2的分析, 本研究可以較為肯定地判斷：音位信息參與了漢語復合詞的單詞識別, 且應在晚期N400之前。正是由于音位信息在晚期N400之前的介入, 同形異音條件相對于目標詞所具有的基于字形而引發的歧義信息才得以消解。

鑒于以上關于P2、晚期N400的分析, 音位信息介入的時窗最有可能在早期N400。Bentin, Mouchetant-Rostaing, Giard, Echallier和Pernier (1999)與Grainger等(2006)的研究都認為, 音位加工應出現于目標詞呈現250~350 ms, 這與本研究的早期N400時窗基本重疊。而本研究也發現, 與P2及晚期N400不同, 在早期N400, 同形同音條件僅僅與同形異音條件有顯著差異(位于中線中央區、右側額中央區、右側中央區腦區), 而與相同條件的差異不顯著。綜合上述分析, 一個較為合理的結論是, 音位信息的介入極有可能在早期N400 (280~400 ms), 且可能相關腦區或位于右側額中央區附近。

4.3 形態?正字法與形態?語義加工

上述的分析表明, 單詞視覺識別可能存在與P2、早期N400與晚期N400對應的不同加工階段, 且在早期N400后出現明顯分離。基于同形詞干/語素效應, Barber等(2002)、Dominguez等(2004)、Wu等(2016)的研究雖然發現波形的分離始于350 ms左右, 但鑒于其實驗都基于同形同音材料, 研究者無法確定究竟是語義抑或是音位信息導致了同形詞干/語素效應。而本研究通過設置同形異音條件將兩者有效分離, 由此較為可信地表明：正是由于音位信息在早期N400階段的介入, 在晚期N400上, 同形異音條件中由字形引發的歧義才得以消解, 進而避免了同形語素抑制效應的產生。

鑒于P2的不確定性, 若不考慮P2, 一個較為合理的假設則是：漢語復合詞的視覺識別加工可能存在一個雙階段的過程。早期N400可能反映了形態?正字法加工, 主要涉及詞位水平的加工, 字形匹配與音位信息是首要影響因素, 由此本研究中的三種語素條件在加工上較為接近, 但卻與控制條件都存在顯著差異; 而晚期N400則可能表征了形態?語義加工, 主要涉及詞條水平上的語義選擇與競爭。由于同形同音條件首字的形音均與目標詞的首字相同, 因而在詞條水平上產生不同意義之間相互競爭, 最終合適的語義被選擇出來, 而不適當的語義則得到有效抑制。因而僅僅同形同音條件在此階段產生相對于其他兩種語素條件的抑制效應。

本研究的結果似乎支持了Taft和Nguyen-Hoan (2010)、Xu和Taft (2014)的“詞匯分解?詞條”加工模型(基于“字形?語義模型”發展而來)。該模型認為, 形態加工可分為基于字形的形態?正字法的早期階段與基于詞條的形態?語義的晚期階段。前者完全無語義因素參與, 而后者才發生語義加工(如：Meunier & Longtin, 2007; Rastle & Davis, 2003; Rastle et al., 2004)。但需要注意的是, 在上述推斷中本研究有意忽略了P2的“異常”表現。而本研究推測P2可能涉及大腦對語義沖突信息的監測與反饋, 如此則表明單詞識別的早期階段并非僅局限于孤立的形態?正字法加工。因而Taft的“詞匯分解?詞條模型”需要予以謹慎對待。

與本研究結果同樣不太相容的是“超詞匯模型” (Giraudo & Grainger, 2001, 2003)。其基本假設是：單詞識別先進行整詞加工, 后進行語素分解。鑒于漢語復合詞中尾字可以有效區分本研究設計中的同形同音與同形異音條件, 如果先進行整詞識別, 考慮到目標詞完全相同, 三種語素條件應該出現相似的結果。而這明顯與本研究的結果相違背。

“形態?正字法/形態?語義混合模型”由“詞匯分解?詞條”加工模型發展而來, 它承認單詞識別早期階段既存在形態?正字法加工也存在形態?語義加工(Diependaele et al., 2005)。但該模型如上述其他模型類似, 都是基于行為研究而提出, 一般根據啟動詞的SOA來定義“單詞識別早期階段” (如：40 ms或53 ms)。而現有ERP研究總體表明, 即使是掩蔽啟動范式, 仍可能產生與語義加工緊密相關的N400效應(如本研究的晚期N400)甚或晚期正波。因而其模型的預測力則基于研究者對“單詞識別早期階段”如何定義。若將其定義為啟動時間, 本研究在掩蔽范式下確實發現形態?語義加工參與了單詞視覺識別, 因而本研究的結果支持了該模型; 但若將其定義為ERP研究中的實際單詞加工時間進程, 則需要證實P2涉及語義信息的處理, 否則本研究結果并不支持此模型。

總體看來, 與本研究結果更為切合的模型則是“平行分布加工模型” (PDP) (McClelland & Rumelhart, 1981)。該模型認為連接強度的強弱會影響加工進程。無論同形同音條件中P2所表征的沖突信息來自掩蔽啟動范式, 抑或來自材料自身, 其與大腦詞匯/語義/社會網絡的連接強度都將不同于其他條件。而它在晚期N400上的差異亦可基于同樣道理得以解釋。顯然, 該模型并不關注加工對象, 而僅關注其加工對象之間的差異, 這可能是該模型更加適切的原因。

5 結論

(1) 同形異音、同形同音、相同條件相對于控制條件都產生了語素啟動效應;

(2) 在P2(中線額中央區)、晚期N400成分(中線中頂區)上, 同形同音條件與控制條件更為接近, 卻與同形異音與相同條件差別顯著;

(3) 在早期N400成分(右側額中央區)上, 同形同音條件與相同條件更為接近, 卻與同形異音條件差別顯著。

本研究結果傾向支持McClelland等學者提出的“平行分布加工模型”。

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The temporal process of visual word recognition of Chinese compound: Behavioral and ERP evidences based on homographic morphemes

WU Jianshe; CHANG Jiabao; QIU Yinchen; Joseph DIEN

(English Dept., Beijing International Studies University, Beijing 100024, China) (Tangshan Kailuan No. 2 High School, Tangshan 063100) (French Dept., Beijing International Studies University, Beijing 100024, China) (Human Development and Quantitative Methodology Dept., University of Maryland, College Park, MD, U.S.A. 20742)

It is notoriously difficult to dissociate the processes of orthography, phonology, and semantics in visual word recognition. Using homographic morphemes in Chinese homographs, the present study attempts to further examine the time course of orthographic, phonological and semantic activation in a masked priming paradigm.

Two-character compounds of Chinese were divided into such four conditions: Heterophonic-homography (“+O-P-S”, e.g., “作坊” / zuo1 fang / workshop), Homophonic-homography (“+O+P-S”, e.g., “作息” / zuo4 xi1 / work-and-rest), Identity (“+O+P+S”, e.g., “作詩” zuo4 shi1 / poetry-composing) and the control (“-O-P-S”, e.g., “賬本” / zhang4 ben3 / account-book). Each of them served as a prime with both forward and backward masks and an SOA of 47ms, and was followed by the same target compound (e.g., “作畫 / zuo4 hua4 / painting”) with its initial character being the same as those of the first three conditions. Two experiments were conducted, adopting a lexical decision task for Experiment 1 (behavioral) and a semantic categorization task for Experiment 2 (ERP) respectively.

It was found that (1) the Heterophonic-homography, Homophonic-homography, and Identity conditions all induced morphological priming effects relative to the control condition; (2) in P200 (120~220 ms) and Late N400 (430~540 ms), the amplitude and waveform of Homophonic-homography was much more similar to that of the control condition, but was significantly different from those of the Heterophonic-homography and Identity conditions; (3) in Early-N400 (280~400 ms), the amplitude and waveform of Homophonic-homography was closer to that of the Identity condition, but was significantly different from that of Heterophonic-homography.

The result indicates that the early stage of visual word recognition might be related to morpho-orthographic processing based on lexeme, in which orthographic similarity and phonological information may play an important role; however, the late stage of visual word recognition might be concerned with morpho-semantic processing based on lemma, which may involve meaning selection and lemma competition. The above findings tend to support Parallel Distributed Processing Model as advocated by McClelland and his associates.

Chinese compound; homographic morpheme; Early-N400; Late-N400

2018-11-30

* 北京市長城學者培養計劃(PXM2017_014221_000070)資助。

吳建設, E-mail: wujianshe@bisu.edu.cn; 常嘉寶, E-mail: changjiabao2016@163.com

B842

10.3724/SP.J.1041.2020.00113