決定與行動(dòng)的邊界：印刷詞頻對(duì)頻率功率效應(yīng)體選擇性偏側(cè)化的調(diào)節(jié)

01

 研究背景

目前的計(jì)算和神經(jīng)科學(xué)決策模型認(rèn)為，上游決策階段和下游運(yùn)動(dòng)反應(yīng)執(zhí)行過程之間存在離散的、連續(xù)的加工差異。在基于語(yǔ)言詞匯的決策研究中，認(rèn)為詞頻是決定詞匯決策的主要因素之一。作為指向已有詞匯表征的指針，通常被認(rèn)為通過正字法詞匯表征的激活水平影響決策階段，并在擴(kuò)散模型的框架下，通過詞匯證據(jù)積累的速度。相反，手-動(dòng)作和心理狀態(tài)動(dòng)詞的對(duì)比，解決了當(dāng)刺激的語(yǔ)義表征涉及效應(yīng)者參與反應(yīng)時(shí)、概念加工對(duì)反應(yīng)執(zhí)行的影響。有證據(jù)表明，動(dòng)作詞，尤其是動(dòng)詞，可以以軀體化的方式激活運(yùn)動(dòng)皮層，指向跨多個(gè)神經(jīng)集合的分布式和交互式意義表征。語(yǔ)義加工的神經(jīng)科學(xué)模型始終認(rèn)為，概念知識(shí)包括多模態(tài)感覺運(yùn)動(dòng)信息，這些信息被整合在超模態(tài)中樞內(nèi)或收斂區(qū)。
 

盡管語(yǔ)義驅(qū)動(dòng)的感覺運(yùn)動(dòng)加工對(duì)運(yùn)動(dòng)行為的反應(yīng)仍存在爭(zhēng)議，但有證據(jù)表明，動(dòng)作語(yǔ)義的加工可以在反應(yīng)通道中反映出來。對(duì)明確區(qū)分決策和運(yùn)動(dòng)階段的假設(shè)提出挑戰(zhàn)的實(shí)證研究大多集中在涉及知覺和感覺決策的感覺運(yùn)動(dòng)任務(wù)上。然而，依賴于語(yǔ)言刺激的決策提供了在基于符號(hào)輸入的高階處理環(huán)境中評(píng)估從決策到行動(dòng)的過渡的可能性。為在語(yǔ)言刺激、單詞和假單詞的雙選擇強(qiáng)迫選擇任務(wù)中考察這一框架，于是本研究通過評(píng)估語(yǔ)言變量對(duì)腦電運(yùn)動(dòng)反應(yīng)激活指標(biāo)的影響，探討了詞匯決策任務(wù)中從認(rèn)知決策階段到運(yùn)動(dòng)反應(yīng)執(zhí)行的離散和連續(xù)加工過程。設(shè)計(jì)了兩個(gè)詞匯決策實(shí)驗(yàn)，一個(gè)比較高頻率詞和低頻率詞，另一個(gè)比較手-動(dòng)作動(dòng)詞和心理狀態(tài)動(dòng)詞。
 

02

研究方法
 

2.1、實(shí)驗(yàn)被試

30名意大利母語(yǔ)被試（18名女性，M=24.47，SD=4.95），右利手，視力或矯正視力正常，無神經(jīng)問題或?qū)W習(xí)障礙史，簽署實(shí)驗(yàn)知情同意書，實(shí)驗(yàn)結(jié)束后給予被試學(xué)分或金錢獎(jiǎng)勵(lì)。
 

2.2、實(shí)驗(yàn)材料

選取50個(gè)高頻名詞（如，“month-月”和“church-教堂”，意大利語(yǔ)翻譯）和50低頻名詞(如“breeze-微風(fēng)”和“cork-軟木”意大利語(yǔ)翻譯)，創(chuàng)造了100個(gè)假詞，假詞符合意大利語(yǔ)中的語(yǔ)音規(guī)則，假詞的長(zhǎng)度與真詞的長(zhǎng)度相當(dāng)。
 

選取54個(gè)專注于手-動(dòng)作語(yǔ)義的動(dòng)詞（如，to caress, to clap），54個(gè)專注于心理-狀態(tài)（如，to think, to ignore）的動(dòng)詞。動(dòng)詞由23名被試進(jìn)行7分制評(píng)估，兩種詞語(yǔ)之間存在差異。創(chuàng)造108個(gè)動(dòng)作假詞（如，-are,-ere,-ire）。假詞的長(zhǎng)度與真詞的長(zhǎng)度相當(dāng)。
 

詞語(yǔ)來自頻率類別的單詞數(shù)據(jù)庫(kù)，在心理語(yǔ)言變量上具有可比性。
 

表1 兩個(gè)實(shí)驗(yàn)中不同刺激類型的心理語(yǔ)言變量

2.3、實(shí)驗(yàn)流程

首先要求被試完成一份收集人口統(tǒng)計(jì)信息的問卷。然后，在佩戴腦電圖帽之后，按照被試間平衡的順序，依次進(jìn)行兩個(gè)詞匯決策實(shí)驗(yàn)。這兩個(gè)實(shí)驗(yàn)程序相同，并且只根據(jù)刺激因素而改變。
 

刺激呈現(xiàn)通過E-Prime 2.0軟件進(jìn)行實(shí)現(xiàn)。被試坐在電腦屏幕前的扶手椅上，距離電腦屏幕約40CM，要求被試將字母串分類為單詞或偽單詞，用右手或左手按壓反應(yīng)手柄上的拇指按鈕。每個(gè)實(shí)驗(yàn)被分成兩個(gè)部分。刺激類型(單詞和假單詞)和反應(yīng)手(左手和右手)之間的映射在兩個(gè)組塊上被逆轉(zhuǎn)，每個(gè)被試對(duì)每一類刺激都有相同數(shù)量的左手和右手反應(yīng)。兩種刺激反應(yīng)的手映射順序是平衡的。在每個(gè)組塊之前，進(jìn)行8個(gè)試次的練習(xí)。在每個(gè)組塊內(nèi)，被試根據(jù)自己的節(jié)奏進(jìn)行休息。整個(gè)實(shí)驗(yàn)過程(包括兩個(gè)實(shí)驗(yàn))持續(xù)約40分鐘，刺激字號(hào)和字體分別設(shè)置為大寫14點(diǎn)Courier New在黑色背景下的白色呈現(xiàn)。實(shí)驗(yàn)開始時(shí)，先出現(xiàn)“+” 800ms，然后目標(biāo)字符串在屏幕上持續(xù)1500ms或直到作出反應(yīng)。緊接著，屏幕上顯示一個(gè)閃爍刺激，2500ms，告知被試盡可能只在這段時(shí)間內(nèi)眨眼。試次間被一個(gè)持續(xù)300ms的空白屏幕隔開。
 

2.4、數(shù)據(jù)采集和處理

使用ANT Neuro的eego sports 系統(tǒng)記錄大腦信號(hào)，采用64導(dǎo)聯(lián)采集，并根據(jù)國(guó)際10-10系統(tǒng)放置，在線參考電極為CPz，采樣率為1000Hz（直流濾波為260Hz），記錄左眼水平眼電信號(hào)，所有阻抗降到20KΩ以下。在雙手際隆起處放置相對(duì)相距約2cm的雙極電極，記錄短拇指屈肌的肌電活動(dòng)。
 

EMG數(shù)據(jù)為高通(10Hz)和陷波(50Hz)濾波，提取刺激鎖定周期(-600-1500ms)。肌電開始采用自動(dòng)算法檢（通過計(jì)算Hilbert變換平滑實(shí)現(xiàn)）。結(jié)果被轉(zhuǎn)換成z 分?jǐn)?shù)，基于整段時(shí)期活動(dòng)的平均值和標(biāo)準(zhǔn)差。該算法價(jià)將z>1的至少50個(gè)樣本中的第一個(gè)標(biāo)記為肌電活動(dòng)的開始。在原始EMG數(shù)據(jù)上目測(cè)檢查起跳，以及算法檢測(cè)明顯失敗的起跳，部分錯(cuò)誤的起跳(最終正確反應(yīng)之前，錯(cuò)誤反應(yīng)手的隱性激活)，或者錯(cuò)誤的開始(在最終反應(yīng)之前，正確反應(yīng)手的多次隱性激活)都被標(biāo)記為拒絕(5.06%的試次)。
 

EEG經(jīng)過帶通(0.1-70Hz)和陷波(50Hz)濾波,提取目標(biāo)出現(xiàn)前800ms到目標(biāo)出現(xiàn)后1850ms的時(shí)期。為了獲得更長(zhǎng)的時(shí)段，對(duì)感興趣的時(shí)間窗進(jìn)行適當(dāng)?shù)臅r(shí)間頻率分解。噪聲通道通過球面插值法進(jìn)行插值，所得數(shù)據(jù)進(jìn)行全腦平均來轉(zhuǎn)換參考（不包括EOG、M1和M2）。先去除過度噪聲的偽跡，然后進(jìn)行獨(dú)立成分分析，并去掉blink對(duì)應(yīng)的成分，然后再去除剩余噪聲時(shí)段。此外，剔除行為反應(yīng)不正確的時(shí)段和在肌電起跳檢測(cè)中標(biāo)記的時(shí)段。平均而言，在兩個(gè)實(shí)驗(yàn)中，13.51%的時(shí)段被去除，每個(gè)實(shí)驗(yàn)條件平均留下45.54個(gè)時(shí)段(高頻：M=48, SD=4.33；低頻:M=47, SD=4.89；手動(dòng)動(dòng)詞：M=45, SD=4.03；心理狀態(tài)動(dòng)詞M=43, SD=3.52)。用減法計(jì)算刺激前基線(目標(biāo)出現(xiàn)前200-0ms)。最后，提取響應(yīng)鎖定時(shí)間(以肌電開始為中心的-1000 - 350ms)
 

ERP分析：為了分離對(duì)側(cè)負(fù)電位和同側(cè)正電位，將左半球電極記錄的右側(cè)反應(yīng)活動(dòng)與右側(cè)電極記錄的左側(cè)反應(yīng)活動(dòng)進(jìn)行平均。對(duì)稱地，在左側(cè)電極記錄的活動(dòng)與右側(cè)電極記錄的活動(dòng)在右側(cè)電極記錄的活動(dòng)進(jìn)行平均。LRP計(jì)算方法是將同側(cè)活性從對(duì)側(cè)活性中減去。根據(jù)以往研究，時(shí)域分析僅限于C3和C4電極記錄的活動(dòng)。
 

時(shí)頻分析：計(jì)算單試次時(shí)頻表征，頻率步長(zhǎng)為2 Hz(從2-34 Hz)，時(shí)間步長(zhǎng)為10 ms，并使用500 ms Hanning窗。分別對(duì)反應(yīng)手和同側(cè)和對(duì)側(cè)點(diǎn)的振蕩功率進(jìn)行平均，在每個(gè)被試和每種條件下，通過用對(duì)側(cè)減去同側(cè)并標(biāo)準(zhǔn)化來計(jì)算振蕩功率的側(cè)化。
 

所有EEG信號(hào)和EMG信號(hào)基于MATLAB中ERPLAB和FieldTrip工具箱進(jìn)行。
 

統(tǒng)計(jì)分析：

①使用線性混合效應(yīng)模型對(duì)時(shí)間進(jìn)行分析，使用廣義混合模型對(duì)反應(yīng)正確率進(jìn)行行為分析（在R中用Ime4）。肌電開始和反應(yīng)時(shí)分析只包括成功探測(cè)到的正確反應(yīng)。準(zhǔn)確性分析(正確vs錯(cuò)誤)包括所有的反應(yīng)，而不管他們的神經(jīng)生理特征。所有模型都包含了由被試和由項(xiàng)目(即每個(gè)單詞刺激)隨機(jī)截取的信息。使用對(duì)數(shù)似然檢驗(yàn)來評(píng)估固定效應(yīng)的顯著性，以比較具有被檢查固定項(xiàng)的模型與僅具有隨機(jī)效應(yīng)結(jié)構(gòu)的零模型。
 

②腦電信號(hào)分析采用聚類排列試次，即分析時(shí)域LRP的振幅和運(yùn)動(dòng)反應(yīng)準(zhǔn)備的側(cè)化電位 (高頻率詞vs低頻率詞；在肌電信號(hào)出現(xiàn)-200-100ms之間，對(duì)每個(gè)樣本進(jìn)行了一系列配對(duì)t檢驗(yàn)，對(duì)手-動(dòng)作和心理-狀態(tài)動(dòng)詞進(jìn)行了比較。超過預(yù)定義閾值的t值(p< .05)，并將其作為時(shí)間鄰近關(guān)系的函數(shù)聚合成簇。然后，通過對(duì)已識(shí)別的聚類中包含的所有t值進(jìn)行求和來計(jì)算聚類統(tǒng)計(jì)。聚類p值最終是在t值零分布的基礎(chǔ)上通過排列(n=1500)獲得的。
 

03

實(shí)驗(yàn)結(jié)果
 

行為結(jié)果：

圖1 .行為結(jié)果：不同詞頻和不同詞類型的平均EMG開始時(shí)間、反應(yīng)時(shí)間、正確反應(yīng)比例

（圖1解釋：黑點(diǎn)表示平均分?jǐn)?shù)，誤差條表示個(gè)體間的95%置信區(qū)間。較小的灰色點(diǎn)代表個(gè)體平均值，用線連接來自同一被試的觀察結(jié)果。HF：高頻；LF：低頻；prop：比例）
 

與只包含隨機(jī)效應(yīng)的零模型相比，一個(gè)詞頻的固定效應(yīng)顯著。高頻相對(duì)于低頻，反應(yīng)開始更快，正確率更高。
 

動(dòng)作詞義的固定效應(yīng)不顯著，動(dòng)作詞與心理-狀態(tài)詞沒有顯著的效應(yīng)。
 

EEG數(shù)據(jù)：

圖2 根據(jù)C3/C4電極的Laplacian變換數(shù)據(jù)計(jì)算反應(yīng)鎖定的ERPs

（圖解：第一列，反應(yīng)鎖定LRP；第二列，與運(yùn)動(dòng)反應(yīng)準(zhǔn)備相關(guān)的側(cè)化ERP。I：反應(yīng)手的同側(cè)(虛線)；C：反應(yīng)手的對(duì)側(cè)(實(shí)線)。HF：高頻，LF：低頻）
 

結(jié)果顯示：EMG鎖定的LRPs顯示，高頻詞和低頻詞之間沒有顯著差異，手-動(dòng)作詞和心理-狀態(tài)詞之間沒有顯著差異。EMG-鎖定的ERPs結(jié)果顯示，高頻詞和低頻詞之間沒有顯著差異，手-動(dòng)作詞和心理-狀態(tài)詞之間沒有顯著差異。

圖3 來自于左和右反應(yīng)的對(duì)比

（圖解：(A)左、右反應(yīng)的時(shí)間頻率表征(功率)，以肌電開始為中心，用它們的總和歸一化(0；虛線)。輪廓區(qū)域突出時(shí)間樣本和頻率，確定為重要的聚類。(B)活動(dòng)在10-22Hz之間，在-200-100ms的肌電鎖定時(shí)間窗內(nèi)，左和右反應(yīng)之間的差異(由總和標(biāo)準(zhǔn)化)的地形圖）
 

EMG鎖定的beta功率偏側(cè)化結(jié)果顯示，與左右反應(yīng)相關(guān)的活動(dòng)，有顯著。與同側(cè)電極相比，反應(yīng)手的對(duì)側(cè)電極顯示出更低的振蕩功率。

圖4. 不同詞頻和不同詞類型條件下的時(shí)頻分布

（圖解：(A)側(cè)化是通過從對(duì)應(yīng)的對(duì)側(cè)電極上記錄的振蕩活動(dòng)減去反應(yīng)手的同側(cè)電極上記錄的振蕩活動(dòng)，然后通過它們的總和歸一化來計(jì)算的。輪廓區(qū)域表示聚類中p < .025的樣本。虛線表示肌電信號(hào)開始的時(shí)間。C3/C4和CP3/CP4通道的側(cè)化指標(biāo)(分別為第1、3行和第2、4行)。C-I：對(duì)側(cè)-同側(cè)；HF：高頻；LF：低頻。(B)相對(duì)于整個(gè)肌電鎖定時(shí)期(-700-100ms)的平均活動(dòng)，在整個(gè)頻率范圍(12-30Hz)和選擇的電極(C3/C4和CP3/CP4)的活動(dòng)記錄同側(cè)(紅色)和對(duì)側(cè)(藍(lán)色)。陰影區(qū)域代表SEM，Prop：表示比例。）
 

上圖說明：高頻詞和低頻詞之間存在顯著的差異。在EMG開始時(shí)，這些條件在振蕩功率側(cè)化方面的差異最大。在beta范圍(18-22 Hz)的頻率響應(yīng)(大約從−80ms直到時(shí)段結(jié)束)。手-動(dòng)作動(dòng)詞與心理-狀態(tài)的比較沒有顯著差異。在兩個(gè)實(shí)驗(yàn)中，除了高頻詞以外，所有類別的詞刺激似乎都出現(xiàn)了相當(dāng)明顯的偏側(cè)化，而同側(cè)和對(duì)側(cè)之間的beta功率振蕩在預(yù)備反應(yīng)中降低。
 

04

實(shí)驗(yàn)結(jié)論

①?gòu)脑~匯證據(jù)的積累到與反應(yīng)相關(guān)的運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)，加工流具有連續(xù)性。而手-動(dòng)作語(yǔ)義的概念加工對(duì)效應(yīng)者選擇性運(yùn)動(dòng)激活的LRP和ERP指標(biāo)沒有影響，但是LRP和beta偏側(cè)化之間的分離為更好地定義頻率效應(yīng)的功能位點(diǎn)提供了可能性。
 

②詞匯頻率效應(yīng)在效應(yīng)者選擇性偏側(cè)化頻率功率方面顯著，同側(cè)的beta功率隨著詞匯頻率的增加而降低，高頻詞較強(qiáng)的同側(cè)抑制可能反映了錯(cuò)誤反應(yīng)的依賴抑制。
 

③在由語(yǔ)言刺激驅(qū)動(dòng)的決策過程中，以詞語(yǔ)出現(xiàn)頻率為指標(biāo)的詞匯將其影響傳到高級(jí)效應(yīng)者選擇動(dòng)作準(zhǔn)備的實(shí)施上。
 

05

文獻(xiàn)名稱及DOI號(hào)

 

Scaltritti, M., Job, R., Alario, F.X., & Sulpizio, S.. (2020). On the Boundaries between Decision and Action: Effector-Selective Lateralization of Beta-Frequency Power is Modulated by the Lexical Frequency of Printed Words. Journal of Cognitive Neuroscience.

DOI：10.1162/jocn_a_01606