语义干扰效应发生阶段的ERP研究

方燕红，张积家

（1.井冈山大学教育学院，江西 吉安 3430092.中国人民大学理学院，北京 100873）

语义干扰效应发生阶段的ERP研究

方燕红1，张积家2

（1.井冈山大学教育学院，江西 吉安 3430092.中国人民大学理学院，北京 100873）

采用延时命名任务，运用事件相关电位（ERP）技术考察了图-词干扰范式下语义干扰效应的发生阶段。在屏幕上呈现图片（如“狗”）及其干扰词800ms后，要求被试忽略干扰词命名图片。干扰条件有三：语义关联干扰（如“猫”）、语义无关干扰（如“树”）和无刺激干扰。结果发现，从图片呈现大约180ms-700ms的时窗内，语义关联干扰和语义无关干扰引起的脑电波与无刺激干扰引起的脑电波均有显著差异。表明语义干扰效应发生在言语产生中的多个阶段。

语义干扰效应；图-词干扰范式；事件相关电位

一、问题提出

近年来，随着言语产生研究的兴起，图-词干扰范式（picture-word interference paradigm）成为言语产生研究中使用的经典范式［1］（P120-124）［2］（P781-787）。在该范式中，研究者给被试呈现目标图片和干扰词，干扰词镶嵌在图片上，要求被试忽略干扰词，尽量快而准地命名图片，以此考察干扰词对图片命名的影响，探讨语音、语义激活的时间进程，揭示言语产生的词汇提取机制，提出或验证言语产生的模型［3］（P712-718）［4］（P286-298）［5］（P519-528）。图-词干扰范式研究的一个共同发现是语义干扰效应（semantic interference effect）。具体表现为，当干扰词（如“猫”）与图片（如“狗”）来自同一语义类别，两者存在语义关联时，图片的平均命名时间长；干扰词（如“床”）与图片来自不同的语义类别，两者语义上无关联时，图片的平均命名时间短。相比语义无关联的干扰词，语义关联的干扰词干扰图片的命名，产生语义干扰效应［6］（P523-537）［7］（P482-495）［8］（P61-69）［9］（P1-17）［10］（P149-161）

语义干扰效应一经发现，便引起了研究者的极大关注和热烈探讨。当前关注的核心问题是语义干扰效应的发生机制如何？发生在言语产生中的哪个阶段？对此，不同研究者有不同观点。词汇选择竞争假设（Lexical Selection by Competition）认为，语义干扰效应是由干扰词与目标词的竞争所致［11］（P749-760）［12］（P713-734），发生在言语产生中的词汇化阶段（lexical-level）。概念选择模型（Conceptual Selection Model）则认为，语义干扰效应是干扰词与目标词的语义表征相互竞争的结果，发生在前词汇(pre-lexical)的语义阶段(semantic-level)［13］（P307-323）。反应排除假设（Response Exclusion Hypothesis）反对上两种假设的竞争观点，认为语义干扰效应是非目标反应先于目标反应占据语音输出通道，排除需要时间造成，发生在后词汇阶段(postlexical level)［14］（P205-233）［15］（P249-256）［16］（P503-535）。三种理论均获得行为实验的支持证据，同时也均有各自难以解释的实验结果。

近年来，事件相关电位（Event-Related Potential,ERP）技术和功能核磁共振（fMRI）技术开始运用于言语产生研究过程。结合ERP，采用词-图干扰范式，Hirschfeld等考察了语义效应

出现的时间点。结果发现，与无关条件相比，从属语义关联条件在早期的时间窗口（120-220ms）有明显的负波，但未发现范畴类别关联条件下的语义干扰效应［17］（P1227-1230）。采用图-图干扰范式，Costa等人发现，图片命名中的语义干扰效应开始在图片呈现后208-288ms之间［18］（P21442-21446），这正处于词条选择的时间窗口之内，支持了语义干扰效应发生在词汇化阶段的观点。Aristei等人则采用图-词干扰范式与语义组块相结合的方式，探讨了语义干扰效应和语义促进效应的时间进程。结果显示，图-词干扰范式下的语义干扰效应在图片呈现后大约200ms（200ms-500ms）发生，而语义组块范式中的语义促进效应在图片呈现后大约250ms（250ms-400ms）发生，均处在词条选择阶段的时间窗口［19］（P1567-1586）。fMRI技术主要用来探讨语义干扰效应的神经基础。有研究表明，语义干扰效应发生在颞中回和左额下回［20］（P1113-1124），这两个脑区被认为与言语产生中的词汇通达和选择有关。也有研究发现，语义促进效应发生在角回与额下回等脑区［21］（P1414-1432），这是语义加工的脑区，支持了概念选择模型。而de Zubicaray等采用fMRI技术，要求被试自然地出声命名图片，结果发现了左侧颞中回部的激活，以及左侧颞上回后部的激活。这是一个与音韵编码有关的脑区。因此，de Zubicaray等认为，言语产生中，语义效应可能发生在语义表征与音韵表征的匹配阶段［22］（P482-495）。

尽管研究取得了丰富的成果，但人们还不清楚图-词干扰范式下的语义干扰效应发生在言语产生中的哪个阶段。Dell［23］（P283-321）的言语产生模型认为，言语产生过程包含概念化、词汇化和发声三个阶段。在三个阶段之间，存在着双向的激活扩散。因此，在任一阶段，都可能发生语义效应。例如，“猫”在语义表征水平上可能起正向促进作用，激活“狗”的语义表征，促进“狗”的命名，但在词汇选择水平上和反应选择水平上可能起反向干扰作用，抑制“狗”的词汇节点的选择或者反应的选择。另外，根据注意的多阶段选择理论，语义干扰效应既有可能出现在早期的语义水平，也有可能出现在词汇选择水平或晚期的后词汇水平。而当前的语义效应理论主要关注其中的某一个阶段，对语义效应的看法可能就存在片面。现有的ERP研究也存在一些问题，例如，采用词-图干扰、图-图干扰等非标准的图-词干扰范式，从这些范式中得到的结果未必能推广到图-词干扰范式中；采用即时命名（图片呈现后立即命名），命名过程中发音器官或面部肌肉也会产生运动，这些运动产生的电位会将有效的成分淹没，污染实验结果。为克服现有研究的不足，本研究利用ERP技术，采用延迟命名范式，考察图片从呈现到命名整个过程中脑电波的变化情况，揭示语义效应的发生阶段。根据以往研究，图片命名时间约在500～700ms左

右完成［24］（P1-8）［25］（P480-488）［26］（P81-88），本研究采用延迟800ms（国外行为研究延迟1000ms［15］（P249-256），图名早已完成激活，干扰词将不能干扰图片命名），这样就能够考察出图片呈现后0～800ms间的大脑活动方式，观察图片命名在各个阶段引起的波形，以分析波形冲突的位置，确定语义干扰效应的发生阶段。同时，延迟命名任务还能避免肌电对脑电数据的淹没，保留言语产生过程中的有效成分。

二、方法

1.被试。15名研究生，男8名，女7名，年龄20～25岁。视力正常或矫正视力正常，无脑外伤及神经系统疾病。

2.设计与材料。采用单因素3水平（干扰条件：语义关联干扰、语义无关干扰、无刺激干扰）的重复测量设计。实验材料包括60幅图片和60个干扰词。除个别图片外，绝大多数图片选自舒华等人的标准化图片［27］（P389-396）。图片来自动物、水果、蔬菜、家电、器官、家具等11个类别。60个干扰词既是某些图片的语义关联的干扰词，又是另一些图片的语义无关的干扰词，这样语义关联的和语义无关的干扰词的熟悉性、典型性、具体性和平均笔画数得到完全的匹配。实验材料还包括4幅练习图片及其干扰词，他们均不出现在正式实验中。实验材料举例见表1。

表1 ERP实验材料举例

3.实验仪器。采用E-Prime编程。实验仪器包括PET-SRTOX反应盒、麦克风、计算机和脑电系统。实验材料用19英寸、分辨率为1024×768、刷新率为60Hz/秒的显示器显示。屏幕亮度值为100cd/m2，对比度值为80:1。图片和干扰词呈现在计算机屏幕上，干扰词位于图片的中央（个别情况下，为了不让干扰词遮蔽图片的关键特征，干扰词的位置作了调整）。实验材料的呈现、计时及被试反应时的收集由计算机控制。计时单位为ms，误差为±1ms。被试的反应通过PSTSR-BOX连接的麦克风记录。

4.程序。实验在一个安静的实验室中完成，共包括学习图片、练习和正式实验3个阶段。学习阶段，在屏幕中央依次呈现每幅图片以及图片对应的名称，共有64幅，其中60幅为正式实验图片，4幅为练习图片。告诉被试这些图片将在正式的实验中出现，要求被试记住图片对应的名称。如果被试对某幅图片的命名出现了错误，就进行纠正，并强调要记住图片的名称。正式实验中，每幅图片共出现3次，一次是图片上没有任何干扰刺激、一次为图片上镶嵌语义关联的干扰词、另一次图片上镶嵌语义无关的干扰词。实验的具体程序是，先呈现注视点500ms，空屏500ms，然后屏幕中间呈现图片及其干扰词，800ms后，图片消失，出现命名提示符，要求被试对着麦克风小声命名图片。被试一旦作出命名，提示符就消失，屏幕上出现“稍作休息”的字样，供被试休息、眨眼、轻微的活动。休息时间由被试自己控制，按空格键即可进入下一个测试（流程见图1）。指导语提示被试不要提前命名，必须等到提示符出现以后再命名，指导语还强调只能在休息阶段眨眼，其他阶段尽量控制不眨眼，身体保持不动。练习程序与正式实验相同，让被试熟悉实验程序。电脑屏幕与被试距离约60cm。

图1 ERP实验流程图

三、结果与分析

1.行为数据分析

被试的反应时间从命名提示符出现开始计算，直到作出命名反应，计算停止。如果被试的反应时超过1500ms就被计算机自动记为错误。错误反应和反应时在M±2.5SD之外的数据不参与统计分析。各种条件下的错误率均很低，故未作统计分析。实验结果见表2。

对被试的反应时间进行单因素3水平的被试分析（F1）和项目分析（F2），结果表明，干扰条件的主效应被试分析显著，F1（2,28）=4.01，p＜0.05，项目分析边缘显著，F2（2,118）=2.61，p= 0.078。图片的平均命名时间在语义关联干扰条件下最长，在无刺激干扰条件下最短。多重比较显示，语义关联干扰条件下图片的命名时间长于语义无关干扰和无刺激干扰条件下，语义无关干扰条件下图片的命名时间与无干扰刺激条件下差异不显著。表明语义关联的干扰词对图片的命名引发了语义干扰效应。

表2 被试命名各种干扰条件下图片的平均反应时（ms）与标准差

2.脑电记录和数据分析

使用德国BP公司型号为BrainAmpMR Plus的64导脑电系统记录EEG。以两耳乳突的平均活动为参考，同时记录水平眼电(HEOG)和垂直眼电(VEOG)。每个电极处的头皮电阻保持在5kΩ以下。滤波带通为DC-100Hz，采用频率为500Hz/导。将连续记录的原始脑电数据离线进行30Hz的低通滤波。分析时程为图片出现后的800ms，基线为图片出现前的100ms，数据分析时滤波带通为0.1-20Hz。采用回归方法自动删除眼电、肌电等伪迹，波幅大于±100μν的记录在叠加中被自动删除。对EEG分类叠加，共得到语义关联干扰、语义无关干扰和无刺激干扰3类ERP，见图2。对语义关联干扰与无刺激干扰条件下引起的脑电波相减以获得N400效应，对语义无关干扰与无刺激干扰条件下引起的脑电波也进行相减以获得N400效应（见图3）。

图2 不同干扰刺激引起的ERP

图3 语义关联干扰、语义无关干扰和无刺激干扰引起的ERP的差异波

由图2可以看出，三种条件下的图片命名均

诱发了N100、P180、N300和LPC成分（late positive compoment，晚正成分）。在刺激呈现后的180ms～250ms时段内，语义关联干扰和语义无关干扰均比无刺激干扰引起了更为正向的脑电波；在刺激呈现后的250ms～700ms时段内，语义关联干扰和语义无关干扰均比无刺激干扰引起了更为负向的脑电波。语义关联干扰与无刺激干扰相减得到了一个较大的N400效应，语义无关干扰与无刺激干扰相减也得到了一个较大的N400效应（见图3）。

根据相关的文献和本实验ERP的结果，P180、N300、N400和LPC成分主要在额叶、顶叶及中部电极处。因此，分析时选取Cz，Pz，CPz，Fz，FPz，FCz，POz等7个记录电极。对各个ERP成分的电极进行3（干扰条件）×7（电极点）方差分析。方差分析的p值均用Greenhouse-Geisser法矫正。在150～250ms内分析P180的波幅。结果显示，干扰条件的主效应显著，F（6，84）=3.91，p＜0.05，其他效应不显著，p＞0.05。多重比较表明，语义关联干扰条件下引起的波幅大于语义无关干扰和无刺激干扰条件下，语义无关干扰条件下引起的波幅与无刺激干扰条件下差异不显著，p＞0.05。在250～300ms内分析N300的波幅。结果显示，干扰条件的主效应显著，F（2，28）=5.14，p＜0.05。多重比较表明，语义无关干扰条件下引起的波幅显著大于无刺激干扰条件下，p＜0.05；但与语义关联干扰条件下无显著差异，p＞0.05；语义关联干扰条件引起的波幅与无刺激干扰条件下差异边缘显著，p=0.075。电极点的主效应显著，F（6，84)=4.13，p＜0.05；电极点与干扰条件的交互作用不显著，F（12，168）=1.916，p＞0.05。LPC成分上，干扰条件的主效应显著，F（2，28）=5.14，p＜0.05；电极点的主效应显著，F（6，84）=4.13，p＜0.05；电极点与干扰条件的交互作用不显著，F（12，168）=1.916，p＞0.05。在350ms～550ms内分析N400的波幅。结果表明，干扰条件的主效应非常显著，F(2，28)= 33.19，p＜0.001；语义无关干扰条件引起的波幅大于语义关联干扰条件下，p＜0.001，也大于无刺激干扰条件下，p＜0.001；语义关联干扰条件下引起的波幅大于无刺激干扰条件下，p＜0.001。在550ms～700ms内分析LPC的波幅。结果显示，干扰条件的主效应非常显著，F（2，28）=10.89，p＜ 0.001；语义关联干扰条件引起的波幅大于无刺激干扰条件下，p＜0.05，与语义无关干扰条件下的差异边缘显著，p=0.081；语义关联干扰条件下引起的波幅大于无干扰条件下，p＜0.001。

四、讨论

本研究的行为数据表明，干扰词对图-词干扰范式下的图片命名产生干扰作用。相比语义无关的干扰词，语义相关的干扰词带来的语义干扰效应更为强大。结果与当前已有研究相似。

脑电数据显示，从图片呈现后的大约180ms至700ms的时窗内，语义关联干扰和语义无关干扰引起的脑波形与无刺激干扰引起的脑波形均存在显著差异，表明语义干扰效应在图片呈现不久就已发生，并延续到图片命名动作发生前。周晓林等人表明，图片的语义信息可以在非常短（100ms）的时间内完成［3］（P712-718）。Hirschfeld等也发现，语言的干扰刺激引起了早期的事件相关电位（120-220ms）［17］，这是词的语义初步激活阶段。图片从呈现到命名的时间大概在600ms左右，其中概念激活的时间约在图片呈现后的150ms左右，词条选择时间大约从200ms开始，至350ms或400ms之间的某个时间点结束，最后是语音编码及发音［24］（P1-8）［25］（P480-481）。本研究中，从图-词呈现的早期（大约180ms），认知加工机制即能觉察到刺激的不同，并已觉察出语义无关与语义有关的信息，导致语义关联干扰条件引发的脑波幅更大。在250ms-300ms及350-550ms的时窗内，不仅语义关联干扰引起的波幅与无刺激干扰引起的波幅存在显著差异，语义无关干扰引起的波幅与无刺激干扰引起的波幅也存在显著差异。这就表明，语义干扰效应不仅发生在概念激活阶段，还发生在词条选择阶段。在400～550ms时窗内，图片与干扰词的语义冲突最强。在N400成分上，语义无关的干扰词与图片的语义冲突引起的波幅大于语义关联的干扰词，原因是语义无关的干扰词的语义违反比语义关联的干扰词更大。语义无关的干扰词和目标图片不仅有类别违反，即干扰词与图片表征的事物不属于同一语义类别，还存在着语义违反，即干扰词和目标词不是同一个事物；而语义关联的干扰词只存在着语义违反，不存在类别违反，因为语义关联的干扰词与目标图片属于同一类别

的事物。在500ms至700ms时窗内，语义关联的干扰词引发的波幅比语义无关的干扰词引发的波幅更大。在500ms至700ms之间，语义加工已经完成，开始转向语音编码及反应选择。在这一阶段，语义关联干扰词引发的波幅仍比语义无关词引发的波幅更大，表明语义关联的干扰词在语音编码和反应阶段也同目标词汇产生了激烈的竞争，干扰了目标图片的命名。

虽然本ERP研究不能区分出言语产生过程中语义提取、词汇选择和语音编码的确切时段（或时窗），但根据已有相关研究，可以认为，干扰词引发的语义干扰效应发生在多个阶段，包括早期的语义提取阶段、中期的词条选择阶段和晚期的反应输出阶段。当前的词汇选择竞争假设、概念选择模型和反应选择假设只揭示了语义效应的部分事实，未能揭示语义效应实质的全部。语义干扰效应多阶段发生的情况，与注意的多阶段选择模型相似。在选择性注意的理论发展中，也出现过早期选择模型、中期选择模型和晚期选择模型的对立。之后，研究者在几种模型的基础上提出注意的多阶段选择模型，认为注意选择是个灵活的过程，在不同的加工阶段上都可以发生。多阶段注意选择模型综合了早期、中期和晚期选择模型，能够更好地说明选择性注意发生的实质［28］（P81-88）。因此，未来研究需要综合当前已有的几种语义效应理论，提出语义效应的综合模型，以揭示图-词干扰范式下语义效应的发生实质。

五、结论

图-词干扰范式下的语义干扰效应具有多阶段发生特点，既发生在言语产生中的语义水平，也发生在词汇通达水平，还发生在语音反应水平。未来研究需要结合当前已有的几种理论，提出语义效应的综合模型，以揭示语义效应的发生实质。

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An ERP Research of the Occurrence Stages of the Semantic Interference Effects

FANG Yan-hong,ZHang Ji-Jia
（1.School of Education,Jinggangshan University,Ji'an 343009,China; 2.School of Natural Sciences,Renmin University of China,Beijing,100872,China）

The occurrence stage of semantic interference effect under picture-word interference paradigm was surveyed through delayed naming task and event-related potential(ERP)technique.In the test, 800ms after the presentation on screen of a picture(eg."dog")and its interference word,the subjectwas required to neglect the word and name the picture.The interference falls into three categories:semanticrelated interference(eg."cat"),non-semantic-related interference(eg."tree")and non-stimulus interference.The results show that within the time window of 180ms to 700ms of picture presentation continuance,subject's brain waves aroused from semantic-related interference and non-semantic-related interference are remarkably different to that aroused by non-stimulus interference.It is indicator that semantic interference effects occur in various stages of verbal production.

semantic interference effect;picture-word interference paradigm;event-related potential

B842

A

10.3969／j.issn.1674－8107.2014.06.014

1674－8107（2014）06－0085－07

（责任编辑：曾琼芳）

2014-09-26

国家自科基金项目“言语产生中语义效应的发生机制：行为与事件相关电位研究”（项目编号：61463023）。

1.方燕红（1971-），女，江西万安人，副教授，博士，主要从事基础心理学研究。2.张积家（1955-），男，山东蓬莱人，教授，博士生导师，主要从事语言认知心理研究。