1.6.2 ERP研究方法

1.6.2 ERP研究方法

随着神经认知科学的发展,能够更加直观地观测大脑活动的研究手段被运用于探测神经过程。例如,功能核磁共振(FMRI,Functional Magnetic Resonance Imaging)技术具有高空间分辨率,能够有效地定位某神经活动中被激活的大脑区域,而ERP技术具有以毫秒计的高时间敏感度,能够即时连续地探测某神经活动的整个过程。

神经元通过错综复杂的电生理信号来建立连接。ERP方法通过从头皮上记录大脑电位(脑电)来连贯地探测大脑皮层中神经元突触的活动。大脑对于一个刺激或事件的脑电反应就叫作“事件相关脑电位”(ERP)。然而,单一的脑电信号极为微弱,难以观测,因此要用多个同类事件刺激多位被试,将多位被试由多个同类事件诱发的ERP数据经过一系列的处理,得到可观察的与特别事件相关的总平均ERP波形(Luck,2005)。当刺激事件以一个变量为基准分为两个或多个事件类型时,脑电的变化就反映了这一变量的不同水平对事件的影响(Harris,Wexler & Holcomb,2000)。对不同事件类型的脑电分别进行叠加平均,就得到与此事件相关的ERP总平均波形图。

ERPs可以被描述为不同系列的ERP成分。ERP技术的早期研究和运用者发现了一些经典的ERP成分,这些成分起始的时间(潜伏期)和正负极性都不相同。早期研究者所运用的研究方法对后人的研究有很大的指导意义。在研究中,通常通过极性、波幅、潜伏期、脑区分布、对刺激类型的敏感度等指标来识别和衡量ERP成分。例如,一个波峰出现在刺激后约300毫秒左右,(通常)分布在后脑区,其波幅与加工某刺激过程中所耗费的注意资源成正相关的正性波(Strayer & Kramer,1990),通常被识别为P300成分。一个ERP成分的波幅通常反映大脑活动的强度或大脑被激活的程度;ERP成分的潜伏期通常反映某神经过程的速度及其时间演化;通常,每个成分都有其诱发机制,对某种(类)刺激特别敏感,分布于相对固定的脑区。

一些ERP成分被证明与特定的认知过程或刺激类型相关,通过这些ERP指标(成分)我们可以具体地观测某些神经认知过程。根据起始时间的不同,ERP成分被分为两类:第一类成分与外源性感知或感知觉相关,发生在刺激后200毫秒以内,通常受刺激的物理属性(如强度、类别、频率等)的影响,这类成分包括如N100(N1)、P100(P1)和N170等;第二类成分与内源性感知相关,发生在刺激200毫秒以后,反映深层的认知过程,如决策和记忆更新,这类成分包括P300、N400和P600等。内源性成分既可以由(被试在完成外显任务时的)主动心理活动诱发,也可以由自动加工诱发(Coles,Gratton & Fabiani,1990)。

由于其以毫秒计的高时间分辨率,ERP方法尤其适合用来探测高速而连续的语言加工过程,而且,ERP方法可以直接记录大脑皮层活动,而不依赖外部实验任务,因此能够探测语言的自动加工。在与语言相关的ERP研究中,被讨论最多的成分便是N400和P600。N400是一个波峰出现在刺激后约300到500毫秒的中央顶部负波,被认为是反映了将一个词语整合进一个语义或语篇表征的难度,是语义加工机制的ERP指标(Kutas & Hillyard,1980;Van Petten & Kutas,1990),其波幅与语义整合难度成正比。P600也被称作句法正漂移(SPS,syntactic positive shift),是一个潜伏期在500到1 200毫秒的后脑区正波,其与广泛的句法违反(如短语结构违反、次范畴化违反、语法一致的违反)和句法整合难度(如花园路径句和歧义句法结构)相关,被认为是句法加工机制的ERP指标(Nevill et al.,1991;Osterhout & Holcomb,1992;Friederici,Hahne & Saddy,2002;Hagoort,2003),其波幅与句法整合难度成正比。此外,语言加工中注意资源的调配通常表现为P300成分的变化(Donchin & Colse,1998;Polich,2007),P300是一个波峰大约出现在刺激后300毫秒的正波。例如,Heine等(2006)的研究发现回指低频先行词的回指语比回指高频先行词的回指语诱发了更大的P300,被认为是凸显的语篇成分调用了更多的注意资源。Li & Zhou(2010)在对动词语义操纵下的“自己”回指ERP研究中,发现回指长距离先行词的“自己”比回指短距离先行词的“自己”诱发了更大的P300,研究者认为这说明长距离“自己”回指比短距离回指调用了更多的注意加工资源。

其他与语言加工相关的ERP成分还包括LPN(lexical processing negativity,词汇加工负波,也被称作frequency-sensitive negativity/词频负波,其波幅大小与词频相关),LAN(left anterior negativity,左前负波,与词类违反和形态句法违反相关),CEN(clause-ending negativity,句尾负波,指出现在句尾的负性慢电位),等等。