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      科研進(jìn)展

      大腦是一臺預測機器?心理所研究揭示語(yǔ)言理解中的語(yǔ)音預測

      發(fā)布時(shí)間:2023-06-19 作者:中國科學(xué)院行為科學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗室 李興珊研究組

        614日,中國科學(xué)院心理研究所青年特聘研究員屈青青等在Cerebral Cortex期刊發(fā)表題為Predicting phonological information in language comprehension: evidence from ERP representational similarity analysis and Chinese idioms的研究論文。該研究聚焦于大腦在語(yǔ)言理解中如何進(jìn)行預測加工,采用腦電神經(jīng)表征相似性分析,揭示了語(yǔ)言理解中的語(yǔ)音預測(phonological prediction)及其時(shí)空表征機制。 

        當前,關(guān)于語(yǔ)言預測的一個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題是預測加工的表征內容,即人們通常預測哪些語(yǔ)言表征信息。已有研究揭示,在語(yǔ)言理解中,人們對即將出現的句法、語(yǔ)義信息進(jìn)行預測。但關(guān)于較低層級的語(yǔ)音特征能否被預測,研究較少且爭議較大。如果存在語(yǔ)音預測,那么,語(yǔ)音預測的時(shí)間與神經(jīng)表征又是怎樣的?

        為了回答上述問(wèn)題,研究者使用具有漢語(yǔ)特色且高限定性的漢語(yǔ)成語(yǔ)作為實(shí)驗材料,通過(guò)ERP表征相似度分析(RSA)方法對神經(jīng)活動(dòng)的時(shí)間及空間表征模式進(jìn)行分析,考察語(yǔ)言理解中語(yǔ)音預測的時(shí)間與神經(jīng)表征。研究通過(guò)操縱漢語(yǔ)四字成語(yǔ)對之間第三個(gè)字的讀音,使其在成語(yǔ)對之間共享同一個(gè)音節(within-pair,例如:聲東擊(ji)西、面黃?。╦i)瘦)或不共享同一個(gè)音節(between-pair)。具體而言,實(shí)驗材料為10組常用的四字成語(yǔ),每組內所有成語(yǔ)的第三個(gè)字具有相同的發(fā)音,例如:聲東擊(ji)西、面黃?。╦i)瘦,因此每個(gè)組內部成語(yǔ)對之間為within-pair組(即語(yǔ)音相關(guān)組)??缃M別成語(yǔ)對之間語(yǔ)音不同,因此為between-pair組(即語(yǔ)音不相關(guān)組,見(jiàn)圖A)。

        實(shí)驗中,成語(yǔ)的前半部分(“聲東”)與后半部分(“擊西”)分屏呈現,并實(shí)時(shí)記錄被試的腦電信號?;诮M內的第三個(gè)字共享相同的語(yǔ)音特征(圖B),研究者預期within-pair組(如:“聲東擊ji西”,“面黃肌ji瘦”)引發(fā)的神經(jīng)活動(dòng)模式相似度將高于between-pair組 (如:“聲東擊ji西”,“年事已yi高”)。通過(guò)分析空間神經(jīng)活動(dòng)相似度驗證了上述研究預期,表現為與between-pair組相比,共享語(yǔ)音的within-pair成語(yǔ)對之間的空間神經(jīng)活動(dòng)相似度更高。更重要的是,這種神經(jīng)表征相似性效應在相同語(yǔ)音(即成語(yǔ)后半部分)呈現之前已開(kāi)始出現(約200 ms,圖C),為語(yǔ)音預測及其時(shí)間進(jìn)程提供了神經(jīng)證據。另外,研究者進(jìn)一步分析了上述語(yǔ)音預測效應在不同腦區的表征模式。結果發(fā)現,在兩種條件下,最大的神經(jīng)表征相似度均出現在后部腦區,語(yǔ)音預測的神經(jīng)表征相似效應出現在左側中后部腦區(圖D)。

      A. 實(shí)驗設計;B.成語(yǔ)第三個(gè)字的語(yǔ)音相似性矩陣;C.空間表征相似性分析顯示語(yǔ)音相似呈現前200毫秒開(kāi)始出現語(yǔ)音相似的神經(jīng)表征相似度效應;D.語(yǔ)音預測的神經(jīng)表征相似度效應主要集中在大腦左側的中后部

        綜上,該研究表明,在語(yǔ)言理解中,大腦根據當前情境和上文信息,對將要出現的信息進(jìn)行主動(dòng)的預測;在高限定的語(yǔ)境下可以預測到未來(lái)詞匯的語(yǔ)音信息。在漢語(yǔ)成語(yǔ)的理解加工中,語(yǔ)音預測發(fā)生在高預測詞匯呈現之前的數百毫秒,集中在大腦左側中后部。該研究為語(yǔ)音預測加工提供了證據,并初步揭示了其時(shí)空表征,加深了語(yǔ)言預測的理解;另外,該研究為語(yǔ)言預測加工提供了研究思路與技術(shù)路線(xiàn)的新視角。

        該文章第一作者為心理所與國科大中丹學(xué)院聯(lián)合培養研究生魏巍,通訊作者為屈青青。黃紫睿、馮臣為該研究做出了貢獻。該研究獲得國家自然科學(xué)基金面上項目、國際(地區)合作與交流項目、北京市科技新星項目、中國科協(xié)青年人才托舉項目、中科院心理所“揭榜掛帥”項目的資助。

        論文信息:Wei Wei, Zirui Huang, Chen Feng, Qingqing Qu* (2023). Predicting phonological information in language comprehension: evidence from ERP representational similarity analysis and Chinese idioms, Cerebral Cortex, bhad209, https://doi.org/10.1093/cercor/bhad209

        相關(guān)論文信息:

        Zirui Huang, Chen Feng, Qingqing Qu* (2023). Predicting coarse-grained semantic features in language comprehension: evidence from ERP representational similarity analysis and Chinese classifier, Cerebral Cortex, bhad116, https://doi.org/10.1093/cercor/bhad116

        Xinjing Li, Xingshan Li, Qingqing Qu* (2022). Predicting phonology in language comprehension: Evidence from the visual world eye-tracking task in Mandarin Chinese. Journal of Experimental Psychology: Human Perception and Performance, 48(5), 531–547. https://doi.org/10.1037/xhp0000999


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