中医脏腑概念认知加工的事件相关电位研究

赖 敏 宋秋梦 黄慧雯,2 贾春华 李鹏英 刘丹彤

(1 北京中医药大学中医学院，北京，100029；2 浙江中医药大学基础医学院，杭州，310053)

中医使用源于自然、社会、哲学的概念隐喻地表达人体生理病理现象[1]；西医则借助于自然科学的语言描绘人体在组织、细胞等水平的变化。但二者用相同的语言表示人体脏器概念，对中医理论发展产生了诸多影响。近代中西医论争中，恽铁樵指出“内经之五脏非血肉之五脏，乃四时之五脏”，揭示了藏象学说的奥秘，指出了中西医学的方法论大不相同[2]。藏象理论研究的一个重要内容是厘清脏腑与解剖实体的关系，或认为脏腑概念包含又超越解剖之形[3]，或认为脏腑是在解剖认识的基础上通过隐喻构建[4]，但至今尚未从实证层面揭示中医脏腑概念的认知特点。

双重编码理论将所有概念分为抽象和具体两大类，认为对概念的认知依赖于功能独立但互相联系的语言表征和图像表征系统[5]。具体概念可通过语言和图像2种方式表征；抽象概念则只能通过语言间接地与图像表征建立联系[6]。可成像性是区别具体概念与抽象概念的一个重要因素。解剖图是如实描绘人体各部形态、位置的图像，在解剖器官学习中得到广泛有效地使用，由此形成的器官概念具有图像表征，属于具体概念。脏腑图是古代中医表现五脏六腑形态、位置的图像，但在藏象理论的学习过程中并未使用。脏腑功能、特性及相互关系依靠文本描述，且中医藏象理论强调脏腑不仅是形态学结构的脏器[7]。脏腑概念是否与2种脏器图像建立表征关系，反映了其加工特性。事件相关电位(Event-related Potential，ERP)可用于探索概念、图像的加工特点。因此，本实验通过比较在2种词语任务(脏器概念匹配和脏腑术语整合)的上下文语境中，中医相关专业学生从解剖图与脏腑图中提取相应概念的差异，探究中医脏腑概念加工的特性。

1 资料与方法

1.1 资料

1.1.1 研究对象 北京中医药大学的26名中医相关专业在校学生，其中女生13名，男生13名；本科生15名，研究生11名；年龄19～30岁，平均年龄(23.31±2.90)岁。所有被试者已完成中医基础理论、内经选读、解剖学等课程，没有绘画相关的专业知识；身心健康，且为右利手；均已完成5次以上脏腑图和解剖图识别训练，并通过图片命名测试且正确率在90%以上。实验前都已签署知情同意书。实验获得北京中医药大学伦理委员会批准(伦理审批号：2019BZHYLL0402)。

1.1.2 图像材料 脏腑图来自中医典籍的单个脏腑图像，为黑色线条图。解剖图来自西医解剖学、解剖学图谱等书的彩色或灰黑白图片。请专业绘图人员对所有图片进行重新描画，处理成清晰度、大小一致，500×500像素jpg格式的白底黑色线条图，清除文字和无关的线条。并以五点评分问卷收集了28名被调查者的图片视觉复杂性和表象一致性评分。分别选取脏腑图和解剖图各31幅。表1是图片类别和数量；表2是图片的视觉复杂性和表象一致性评分。为了丰富实验材料和不引起被试者的预期判断，2种图片各有17幅重复出现1次。

表1 图片类别及数量(个)

表2 2类图片的两项特征总平均数分)

1.1.3 文本材料 脏器概念包括肝、心、脾、肺、肾、胃、胆、大肠、小肠、膀胱。脏腑术语选择以脏腑概念为首词的4字中医脏腑术语(如心主神明)，小部分脏腑概念为双字词的有5个字。所选词语均来自《中医基础理论》《中医诊断学》《内经选读》等常用中医学教材；没有经过人为修改。共筛选出154个脏腑术语。在其中加入82个同样结构的西医器官术语(如心肌梗死)以及与中西医无关的四字词语(如心力交瘁)，让被调查者对词语所描述的脏器概念属性进行评定，判断词语描述的是中医、西医、二者都是或二者都不是。收回有效问卷38份，根据问卷剔除了20个脏腑术语，如“肺司呼吸”“心主血脉”“胃脘痞满”“肠虚滑泻”等。对术语的熟悉性用五点评分量表进行评分(从1到5，其中1代表非常生疏，5代表非常熟悉)，收回有效问卷39份。熟悉性平均得分(4.70±0.65)分，说明所选的词语都是中医相关专业学生较为熟悉的，并且熟悉程度相差不大。

1.1.4 图文组合的刺激材料 实验a图文材料：将脏腑图、解剖图与对应的脏器概念配对形成脏腑图文一致组、解剖图文一致组各48个，图片概念错配形成不一致组各48个。见表3。实验b图文材料：依据熟悉度、词语结构、所涉及的脏腑将脏腑术语分成2组。将脏腑概念替换成对应图片，形成如表4的实验材料，得到脏腑图术语正确组和解剖图术语正确组各48个；将匹配顺序错置并检查形成脏腑图和解剖图术语错误组各48个；请2位中医学专业学生对匹配形成的实验材料进行预测试，将匹配所需反应时间较长，难度较大者予以替换。为了进一步减少2组术语差异带来的实验误差，将2组术语与脏腑图、解剖图交换配对形成新的实验材料组，2组实验材料在被试间平衡使用。

表3 实验a刺激材料举例

表4 实验b刺激材料举例

1.1.5 仪器 脑电实验应用Compumedics公司生产的Neuroscan脑电采集系统，使用64导电极帽，采用Curry 7记录脑电数据，使用E-prime 2.0记录行为学数据。

1.2 方法

1.2.1 实验设计与程序 2个实验分别采用图词匹配范式和图词整合范式，设计为2(脏腑图与解剖图)×2(一致与不一致)和2(脏腑图与解剖图)×2(术语正确与术语错误)。在白色背景屏幕的中心呈现黑色字体或线条图片。实验前用非实验材料进行适量练习。实验流程为图片和文本相继呈现。见图1。实验a判断文本与图片所示概念是否一致；实验b判断文本与图片所整合的脏腑术语是否正确。要求被试者在文本呈现后尽可能正确又快速地进行判断并做按键反应；正确按“J”键，不正确按“F”键。实验单个施测，由计算机记录被试者的反应时和正误。单个实验包括192个试次，分成4组，每完成48个试次休息，完成2个实验大约30 min。

图1 实验流程

1.2.2 数据记录与分析

1.2.2.1 行为学数据 采用E-prime 2.0记录被试者的行为学数据，其中包括每一个试次的反应时和反应正误。分别统计实验a脏腑图文一致和解剖图文一致条件，实验b脏腑图术语正常与解剖图术语正确条件下，每个被试者的平均反应时和正确率。

1.2.2.3 脑电数据 数据采集的电极位置及参数设置参考相关文献[9]。数据离线处理流程为转换参考、基线校正、滤波、去伪迹、去除眼电和坏段、分段以及平均，具体操作及参数设置参考相关文献[9]。分析脑电时程均为图片或文本呈现后的-200～2 000 ms。分别对实验a脏腑图、解剖图文一致条件，实验b脏腑图、解剖图术语正确条件下，被试者做出正确反应引起的脑电进行叠加平均。从总平均波形图观察到，在图片刺激呈现后，2个实验的脏腑图和解剖图条件均在前额区、额区、前颞区诱发一个270～470 ms的负波成分。在文本刺激呈现后，2个实验的脏腑图和解剖图条件均在前额、额、额中央及中央区诱发一个700～1 400 ms的晚期正成分(Late Positive Component，LPC)，且实验b诱发的脑电范围更大，还包括中顶区及顶区。分别获取2种图像在图文一致和图术语正确条件下各电极点的平均波幅。

1.3 统计学方法

1.3.1 行为学数据 采用SPSS 23.0统计软件分析，对26个被试者在单个实验2种图片类型条件下的平均反应时和正确率分别进行检验，若数据符合正态分布，则使用配对t检验，否则使用Wilcoxon符号秩检验。实验a的正确率和平均反应时以及实验b的正确率均不符合正态分布，采用Wilcoxon符号秩检验。实验b的平均反应时符合正态分布，采用配对t检验。

1.3.2 脑电数据 采用SPSS 23.0统计软件对选取电极点的平均波幅进行重复测量方差分析，并用Greenhouse-Geisser法校正方差分析的结果。400 ms事件相关电位负波(Negative ERP Component Peak Around 400 ms，N400)：对图片刺激呈现后诱发的270～470 ms负波成分的平均波幅进行2(条件：脏腑图、解剖图)×3(脑区：前额区电极点FP1、FP2；额区电极点F3、F4；前颞区电极点FT7、FT8)×2(半球：左侧电极点FP1、F3、FT7；右侧电极点FP2、F4、FT8)3因素重复测量方差分析。

1.3.3 LPC 对实验a文本刺激呈现后诱发的LPC成分平均波幅进行2(条件：脏腑图、解剖图)×4(脑区：前额区电极点FP1、FPZ、FP2；额区电极点F3、FZ、F4；额中央区电极点FC3、FCZ、FC4；中央区电极点C3、CZ、C4)×3(半球：左侧电极点FP1、F3、FC3、C3；中部电极点FPZ、FZ、FCZ、CZ；右侧电极点FP2、F4、FC4、C4)3因素重复测量方差分析。对实验b文本刺激呈现后的LPC成分平均波幅进行2(条件：脏腑图、解剖图)×6(脑区：前额区电极点FP1、FPZ、FP2；额区电极点F3、FZ、F4；额中央区电极点FC3、FCZ、FC4；中央区电极点C3、CZ、C4；中央顶区电极点CP3、CPZ、CP4；顶区电极点P3、PZ、P4)×3(半球：左侧电极点FP1、F3、FC3、C3、CP3、P3；中部电极点FPZ、FZ、FCZ、CZ、CPZ、PZ；右侧电极点FP2、F4、FC4、C4、CP4、P4)3因素重复测量方差分析。

2 结果

2.1 行为学结果 实验a 2种条件的正确率和平均反应时差异均无统计学意义(Z=-0.60，P=0.56；Z=-0.72，P=0.47)；实验b 2种条件的正确率差异无统计学意义(Z=-0.34，P=0.73)。实验b 2种条件的平均反应时差异无统计学意义(t=-0.26，P=0.80)。见表5。

表5 行为学正确率与平均反应时

2.2 ERP结果

2.2.1 N400成分

图2 图片呈现后诱发的N400平均波形

2.2.2 LPC成分

图3 词语呈现后诱发的LPC平均波形

表6 N400(270～470 ms)和LPC(700～1 400 ms)的3因素重复测量方差分析结果

3 讨论

3.1 实验统计结果分析 在2个实验中，脏腑图和解剖图条件的平均反应时和正确率差异均无统计学意义，这说明2个条件的任务难度相差不大。一方面为了将图片加工与图文整合的过程区分开，实验流程设置为先呈现图片，后呈现文本，给予了被试者充足的时间加工图像信息；另一方面被试者在实验前均较好地完成图片学习，对2种图片都较为熟悉，并且正确率均值在85%以上，也反映2个实验任务比较简单。因此，脏腑图和解剖图的加工差异没有反映于正确率和平均反应时；2种条件下脑电成分的差异应归因于不同的认知过程，而不是实验任务的难度[10]。

对于图片刺激诱发的270～470 ms负波成分，实验a中脏腑图和解剖图条件在前额、额区出现显著差异，脏腑图条件的负波成分波幅更大；实验b中2种图片在前额、额区的差异不显著，而在前颞区出现解剖图的波形更负；并且实验b中图片刺激引起的脑电成分表现出更明显的右半球偏侧化；说明实验任务对图片类型以及加工半球都产生了影响。对于文本刺激呈现后诱发的700～1 400 msLPC，实验a中脏腑图和解剖图条件在左右侧半球均有显著差异，脏腑图条件的波形更正；实验b中2种图片的差异范围明显缩小，仅在左侧、中部的前额区和右侧额区，脏腑图条件的波形更正，在右侧顶区，则出现解剖图条件更正；并且实验b的右半球偏侧化现象比实验a更明显，这些都表现了图片概念匹配与图片术语整合的后期加工差异。

3.2 N400：提取2种脏器图像的语义表征 图像的语义信息加工过程分为：由感知构建对象的知觉表征、将知觉表征与存储的物体相匹配以及检索对象的语义信息；且这些过程不是线性独立而是交织发生的[11]。N400是一个与语义加工相关的ERPs负成分，在头皮各区广泛分布，可以由各种有意义的刺激材料(文本、图片、声音、面部表情等)引起[12]。对图形材料更精细的语义加工比词语材料引起的N400更靠前部脑区[13]。语义异常和语义启动是引起N400的常用实验范式，在这些实验任务中，语义不一致、不相关比一致、相关条件引起的N400波幅更负[14]。N400被认为反映了上下文诱导的语义预激活或是词语整合到上下文的难易[15]。Lau等[14，16]通过比较N400在语义启动和语义整合任务的响应情况和地形分布，认为N400波幅高低反映了访问存储的语义表征，而不是进行语义整合的难易；将语义访问和语义整合过程分离的实验结果也支持N400反映了语义信息检索而不是整合过程[17]。

本研究中，2个任务的流程相同，都是在形成图像表征的基础上提取语义表征，与之后的文本进行匹配或整合。图像的加工过程一致，并且不受到决策或反应的影响。但受到实验任务的影响，实验a是在脏器概念匹配任务下提取语义信息，实验b是在中医脏腑术语的上下文语境中提取语义信息，2种图片的N400波幅差异从前额、额区脏腑图更负到右侧前颞区解剖图更负。从实验a到实验b，脏腑图在前额、额区的波幅变小更多，解剖图在前颞区的波幅增大更明显。在识别记忆任务中，额叶N400被认为是由基于熟悉度的特定加工过程引起[18]，也有研究认为其和标准N400一样反映了概念的语义加工，额叶N400与N400重复效应或概念启动类似，重复刺激提高了概念处理的流畅性，表现为波幅减少[13，19-20]；而前颞叶和下颞叶是语义处理的关键区域，对物体的成功识别依赖于前颞叶区域进行的语义处理[11,22]。右侧前颞区的N400或许反映了实验任务对语义加工的影响，实验b中图片加工的右半球偏侧化现象证实了这种自上而下的影响存在。2种图片的加工差异变化，一方面是实验进行过程中，2种图片的重复出现促进了大脑加工，图像表征变得更容易，表现为前额、额区的波形变小，其中脏腑图因为更不熟悉，所以变化更为明显；另一方面，在中医脏腑术语的语境下，从2种图片中提取脏器概念的难度都有增加，表现为右侧前颞叶分布的负波成分波幅更大，而解剖图变化更显著。或是解剖图与脏腑概念之间的相关性降低，不再具有表征相应概念的优势，或是解剖图所激活的语义网络与脏腑术语的上下文语境存在冲突，导致解剖图的语义表征提取需要耗费的认知资源增加。这说明脏腑概念与2种图像，尤其是解剖图没有形成对应表征关系，大脑对脏腑概念的加工更类似于抽象概念。

3.3 LPC：图文脏器概念匹配与脏腑术语整合的后期加工 图片与文本的整合被认为是一个先分后总的加工过程，即在图片和文本的感知基础上分别形成的图像表征和语义表征，通过共同的语义网络，最终与先验知识整合形成连贯的心理表征[10,22]。图片和单词的语义加工激活不同的大脑区域，但以相似的方式整合到上下文中，共享一个语义网络[23-25]。LPC是在晚期诱发的一个复合正成分，潜伏期跨度较大，可以从非常早到非常晚，最初由句法异常引起，反映了句法分析的难度[17,26]。对语义错觉效应的解释，以及分离语义整合和句法再分析过程的实验结果，均支持LPC不仅仅表现了句法的再加工，而是一般的整合过程[17,27]，反映了形成连贯心理表征所进行的构建、修改或更新等整合过程[25,28]。

图像与文字的特征差异主要影响早期的ERPs成分[29]。在一项文本与文本、图片与文本分别整合的对比实验中，引起的LPC分布相似、平均振幅没有差异，说明图文与文文的整合共享一个语义网络[10]。但在实验a中，2种图片提取的语义信息相同，匹配的文本语义也一致，却出现了显著的差异，2种图片的图像表征应当也参与了后期整合。这或许是由不同的实验任务导致，文文和图文整合任务是形成连贯的语句，而实验a是图像与语义的匹配。因此实验a中脏腑图与解剖图条件引起的LPC波形差异，应由不同的脏器图像表征与对应概念匹配所致。解剖图更符合脏器概念的心理表征，匹配时所需的额外加工更少，投入的认知资源更少，LPC波幅更小；脏腑图则更不典型且缺乏真实性，成功完成图文匹配需要进一步分析加工，引起的LPC波幅更正。2种图像的表象一致性评分也说明，脏腑图评分更低，更不符合相应脏器概念的心理图像，与脏器概念的关联性更弱。相对于图文语义匹配，在实验b图术语整合任务中，提取的语义信息需要整合到更为复杂的结构化表征中，因此引起的LPC波幅更大、范围更广。并且与既往的研究一致，脏腑术语加工呈现出显著的右半球偏侧化，抽象名词和动词的组合结构促使了中医术语经由隐喻理解加工[9]。同样是形成相同的连贯语句，实验b在前额、额区及右侧额、顶区存在小范围差异，这一点较难解释，可能与脏腑术语加工的自上而下影响有关。

本研究存在的不足是仅选取了脏器的线条图，没有将真实的解剖图像纳入脏腑概念加工的考察中。其次是研究的被试群体均为中医专业医学生，不能反映中医医生群体对脏腑概念的加工特点。

4 小结

本研究通过比较在不同语境下，中医相关专业学生从脏腑图和解剖图中提取语义信息的差异，探究中医脏腑概念的加工特点。实验结果发现不同实验任务的语境对图片的语义提取产生了明显影响。在脏器概念匹配的语境中，解剖图比脏腑图更接近真实脏器，具有整合相应概念的优势。在脏腑术语的上下文语境中，2种图片提取语义表征的难度均增加，且解剖图更明显，说明脏腑概念与解剖图像并未形成对应表征关系；中医脏腑术语表现出右侧半球加工优势，与中医术语的隐喻理解加工有关。因此，尽管中医脏腑与解剖器官用相同的文本表示，但中医相关专业学生在长时记忆中没有形成脏腑概念的相应图像表征，其对脏腑概念的加工更类似于抽象概念。