Rapid Neural Sensitivity for Print in Reading and Dyslexia

[中國香港]烏爾斯·毛雷爾（Urs Maurer）^[1]

[中國]李甦（Su Li）^[2]

事件相關電位具有高時間分辨率，能夠捕獲由神經激活而產生的頭皮電場毫秒級的變化。事件相關電位的N1成分發生在刺激呈現后的150～200 ms，它已被證明對視覺詞匯的正字法屬性很敏感。本文綜述了發生在成年成熟閱讀者身上的文字的粗略及精細神經調制及其在學習閱讀的兒童身上的發展以及在閱讀障礙群體中的損傷。我們還進一步討論了這些結果如何用正字法加工的神經模型來解釋，以及如何將拼音文字的發現與閱讀中文聯系起來。

焦點閱讀

·視覺—正字法加工作為閱讀和學習閱讀的第一步是非常重要的。那么正字法加工的神經機制是什么？視覺—正字法加工時間進程如何？不同閱讀經驗兒童視覺—正字法快速加工的神經活動是否表現出不同的特點？視覺—正字法快速加工的神經活動是否會受到不同文字系統的影響？本章基于近期文字加工神經機制的研究，特別是兒童腦電研究，對上述問題做出回答。

關鍵詞

視覺—正字法加工，粗略神經調制，精細神經調制，腦電圖，閱讀障礙，發展

引言

成年人的閱讀活動是由大腦不同腦區之間形成的一個網絡的協同激活來支持的。這一網絡中的一些腦區也會參與口語加工的過程。因此，當兒童學習閱讀時，他們已經發展出了處理口語中發音信息（語音）和意義信息（語義）的腦區之間的網絡。兒童學習閱讀的任務就是發展出加工視覺形式詞匯的視覺專家化（visual expertise）技能，并將視覺信息與已經存在的口語加工網絡聯系起來。因此，視覺—正字法加工作為閱讀和學習閱讀的第一步是非常特殊的。由此也就產生了一個核心研究問題：視覺—正字法加工這一最初的加工過程在多大程度上會受到來自更高水平的語言網絡，即語音及語義信息的影響。

本章的開始部分將簡要介紹有關正字法加工神經機制的兩個最有影響力的模型。這兩個模型提出了兩種不同的觀點（Dehaene et al.，2005；Price & Devlin，2011）。由于這兩個模型的提出主要是基于腦功能成像的研究，所以本章還將梳理一些采用時間敏感性比較好的事件相關腦電技術進行的研究。這些研究將會為讀者提供更多對視覺—正字法加工時間進程的認識。本章介紹的視覺—正字法加工的不同方面或許都可以用兩個模型進行不同程度的解釋。這些視覺—正字法加工的不同方面包括對文字的粗略神經調制（coarse neural tuning）、對文字的精細神經調制（fine neural tuning）以及詞匯熟悉性（lexical familiarity）對神經調制的影響。本章對粗略神經調制的綜述會更詳細一些，因為大量研究已經表明，這一方面的視覺—正字法加工在學習閱讀的早期階段以及閱讀障礙的發展中都具有重要作用。綜述首先集中在拼音文字的研究上。拼音文字和中文在視覺—正字法加工不同方面的相似性及差異性將在本章的后面部分進行討論。

正字法加工的神經模型

功能磁共振成像研究一致發現，加工書面文字會激活大腦左側的枕顳區（e.g.，Martin et al.，2015）。正是由于這一區域對書面文字的敏感性，此區域已被命名為視覺詞形成系統（visual word form system，VWFS），而梭狀回中部的中心則被稱為視覺詞形區（visual word from area，VWFA） （Cohen et al.，2000），這一區域不僅僅在閱讀時被激活，在其他類型的加工如物體加工中也會被激活。因此，另外一些研究者更傾向于稱其為左腹側枕顳區（left ventral occipito-temporal cortex region，left VOT）（Price & Devlin，2011）。這種名稱上的差異其實也反映出了兩個最有影響力的正字法加工神經機制模型之間的差異。VWFA 這一術語是由斯坦尼斯拉斯·迪昂（Stanislas Dehaene）及其同事在局部組合探測器模型（local combination detector model）中使用的（Dehaene et al.，2005）。很早就有研究發現，視覺系統基本加工區內的細胞都擁有各自的感受野，這使它們對一些基本的視覺特征（如一個長條的方向）很敏感（Hubel & Wiesel，1967）。迪昂及其同事認為，這些已經建立好的感受野機制在支持視覺文字加工時是按照層級來組織的，通過“回收”由進化發展來的物體加工機制來支持由文化所發明的閱讀技能的獲得（Dehaene et al.，2005，Dehaene & Cohen，2007）。從這個意義上說，視覺系統中探測器的局部組合會對越來越復雜的視覺模式變得越來越敏感。最初是對點、條及組成字母不同部分的線條敏感，逐漸會對完整的字母、兩個字母的組合敏感，甚至是對更多的字母組合以及完整的詞形敏感（Dehaene et al.，2005）。這種層級系統的調制屬性被定位在大腦腹側的枕顳皮層（Vinckier et al.，2007），是通過閱讀技能獲得過程中的知覺學習來建立的（Dehaene et al.，2005）。從這個意義上說，正字法加工是一個自下而上的過程，由視覺詞匯的視覺屬性所驅動，而加工這些視覺屬性的神經元也已變得適合加工這些視覺特征。在這種由自下而上的屬性所驅動的加工之上，VWFA的活動可能還會卷入由實驗任務所引起的自上而下的效應（Dehaene & Cohen，2011）。這種文字加工大腦功能專門化的觀點與另一個模型的觀點形成了對照。另一個正字法加工神經機制模型是由凱茜·普賴斯（Cathy Price）和約瑟夫·德夫林（Joseph Devlin）在2011年提出的，被稱為閱讀過程腹側枕顳區功能交互作用說（interactive account of VOT function in reading）。根據這一模型的觀點，腹側枕顳區是由存在于以物體為中心的參照框架之中，具有多重維度調制功能的神經元組成的。也就是說，這些神經元對由基本形狀所構成的特定組合很敏感。不管這些組合的位置怎樣，也不會受到構成組合的字母或者單詞的約束。例如，一個神經元可能會對“J”這個形狀敏感而在閱讀時被激活，但是在加工大象鼻子或者雨傘手柄這些具有類似形狀的物體時，它也會被激活（Price & Devlin，2011）。而且，腹側枕顳區的激活被看成一個具有預測性的編碼框架（predictive coding framework）。在這個框架之中，來自高水平區域的反向連接會自動預測來自于低水平的前饋輸入。在閱讀領域中，來自高水平語言領域的語音和語義預期被認為會調控腹側枕顳區的加工。根據這個模型，學習閱讀首先需要將視覺輸入與自上而下的預期建立聯系，隨后通過改善預期來使預期的錯誤降到最少（Price & Devlin，2011）。這個模型當中很重要的一點是，在閱讀過程中，自下而上的加工在很早的階段就與自動化的、來自語言網絡的自上而下的加工發生交互作用。這一點與之前提出的模型的不同在于，迪昂等人強調的是自下而上的刺激的加工。除了自動化的（非策略性的）自上而下的影響，普賴斯等人的模型還假定有另外的來自任務的效應，也會對腹側枕顳區激活進行調控，這被稱為策略性的自上而下的影響（strategic top-down influence）。

因此，兩個模型都預測不同的任務會在正字法加工中影響腹側枕顳區的激活。但是，它們對非任務依賴的早期正字法加工的機制有著不同的假設。由于任務效應在刺激加工的晚期階段會更加明顯，采用時間敏感度高的技術，如腦電圖（electroencephalogram，EEG）技術和腦磁圖（magnetoencephalography，MEG）技術，可以為我們提供深入探討這個問題的可能。因為采用這種技術可以使研究者更加關注視覺詞匯加工中很重要的早期階段。考慮到有些讀者可能不很熟悉腦電研究中事件相關電位的研究方法，而又有很多研究都采用這種方法，所以下面將介紹這一種技術。

事件相關腦電位

腦自發電位（EEG）是指隨時間而變動的電位差異。電位的差異可以通過將兩個電極安放在頭皮表面來測量。兩個電極中的一個作為參考電極，可以人為地將其值設置為0（Nunez & Srinivasan，2006）。現代的腦電系統采用更多的電極（128個或者256個電極），所有的電極都通過與相同的參考電極進行比較而得以測量，并在高時間采樣率（500 Hz或者1000 Hz）的條件下進行數字化。因此，EEG可以提供毫秒級的對大腦活動的測量。

大腦的激活包括兩種不同類型的電活動：動作電位與突觸后電位。只有后者被認為是對EEG有貢獻的。為了能在頭皮表面安放電極來記錄大腦的電活動，由一組神經元產生的電位需要足夠大才能穿過大腦組織、大腦內部的液體、大腦膜皮、頭骨以及頭皮。電位的獲得需要將具有一定長度形式的、平行排列且同步激活的大量神經元之間的活動疊加在一起。在滿足以上這些條件的情況下，我們才能在頭皮表面記錄到電位活動（Brandeis et al.，2009）。

在頭皮測量到的EEG包括了任何滿足這些條件的，在任何時刻所發生的大腦活動。這就意味著EEG測量的是來自于不同源的正在進行的大腦活動。事實上，EEG中的信號與研究者感興趣的特定刺激有關，如呈現在屏幕上的一個單詞。但是，這種信號的強度通常比正在進行的大腦背景活動要弱得多（Luck，2005）。為了測量特異于刺激的反應，同類型的刺激通常需要呈現許多次。通過將不同試次的反應進行平均，刺激呈現時引起隨機的背景信號的變動就會減小，而與刺激相關的信號就會保持不變。這種平均就被稱為事件相關電位（event-related potential，ERP）。當呈現一個電極的波形時，可以看到事件相關電位是由一系列的波峰和波谷組成的。波峰被稱為成分（component），用字母P（正向）或N（負向）來表示。字母后面的數字代表成分的順序（N1：第一個正成分）或者波峰出現的時間（N170：負波，在170 ms時出現波峰）。

由于容積傳導的原因，大腦中一個源所產生的電位是通過所有頭皮電極來獲得的。因此，我們不能得出一個信號測量時的電極位置就是其附近腦活動的源的結論。這就是EEG被認為空間分辨率很低的原因。由于頭皮電場的地形分布依賴于激活的源，所以有研究者嘗試用一些數學程序去估計特定ERP成分的源（Pascual-Marqui et al.，2009）。盡管這一領域有一定的優勢，但是分析的結果是源于數學模型的。這些數學模型所帶有的假設可能是對的也可能是錯的。因此，源定位可以提供額外的有趣信息，但是應慎重對待。

除了經典的ERP波幅分析，研究也證明ERP的地形圖分析是很有用的。鑒于EEG的時空結構，ERPs既可以呈現出各個電極上的波形，也可以呈現出一系列隨時間變化的大腦地形圖（topographic map）（Koenig & Gianotti，2009）。因為地形圖的分布依賴于大腦的神經元發生器，地形圖信息就可以進一步用來提取腦活動中的信息。同樣地，地形圖分析可以用來檢驗兩種分布是相同的還是不同的。不同的分布可以解釋為大腦中產生的源是不同的（Michel et al.，2004）。這種信息是很重要的，即使源的準確定位并不清楚，但如果兩種分布是相同的，那么它們可能就是由相同的源導致的。而且，ERP波幅的差異也可以解釋為是激活強度的差異。

文字的粗略神經調制

正如眼動研究所揭示的結果，熟練閱讀者可以非常快速地閱讀書面文本（Rayner，1998）。熟練閱讀者注視一個單詞的平均時間為200～250 ms（Dimigen et al.，2011）。這一段很短的時間代表著一個單詞最核心的信息得到加工，且眼睛已開始移到下一個單詞的最長時間。這種高速的閱讀需要大腦快速的活動，從而保證閱讀者能夠識別單詞。

使用ERP技術進行研究發現，N1成分對文字很敏感。通常，與視覺特征匹配的控制刺激如符號串（symbol string）相比，視覺詞匯引起的N1要更大（Bentin et al.，1999；Maurer et al.，2005b）。在這些ERP研究中，研究者請被試注視文字及符號串等刺激，在看到前后呈現的兩個刺激是一樣的時就按鍵做出反應。在這種任務條件下，視覺詞匯誘發的N1比符號串誘發的N1更大（Brem et al.，2005；Maurer et al.，2005a；Maurer et al.，2005b；Brem et al.，2006；Eberhard-Moscicka et al.，2014）。在成人被試中，這類刺激所誘發的N1成分發生在枕顳部電極，在刺激呈現后的130～230 ms出現，并在150～180 ms時達到高峰（Maurer et al.，2005b；Maurer et al.，2008b；Eberhard-Moscicka et al.，submitted）。在一些研究中，N1成分也被稱為N170，因為N1成分的波幅在刺激呈現后的170 ms達到最高。但是，這種形式的命名在發展研究中是有問題的。一項研究選取了101名一年級末期（7.5歲）的兒童，測查了兒童在重復探測任務中的文字粗略調制效應及詞匯效應。研究發現，由于成熟的影響，兒童N1峰值的潛伏期是比較長的（圖2-1）。N1 的地形圖分布不僅包括枕顳部電極所表現出的負波，還包括前部中線電極所表現出的相應的正波（Maurer et al.，2005b）。N1對文字（與符號串相比）的敏感性主要反映了對文字的粗略調制（Maurer et al.，2005b），正如當偽詞與符號相比也能觀察到同樣的N1敏感性一樣。同樣，真詞與偽詞所誘發的N1的差異是很小的。而且在內隱閱讀任務中，真詞與偽詞的N1差異是非常不穩定的。進一步說，如果視覺控制刺激與真詞的匹配程度非常接近，如用線條或者筆畫組成字母或漢字，那么真詞與偽詞的N1差異就變得很小了（Schendan et al.，1998；Xue et al.，2008）。最近一項研究采用與文字匹配很好的非字符號（false-font）作為控制條件，發現在N1成分的早期就可以探測到非常強的文字調制效應（文字大于非字符號），而在N1成分的后期，非字符號的反應要強于文字（Eberhard-Moscicka et al.，submitted）。與成人不同的是，兒童的文字調制效應非常清晰，看起來并不那么依賴于視覺控制條件的選擇（圖2-1）。

來自跨文化的不同文字系統的研究表明，文字N1與控制刺激N1之間的差異反映的是閱讀經驗帶來的影響，而不僅僅是不同刺激的屬性所導致的。正是如此，與偽字/詞相比，中英雙語被試對于熟悉的英文詞和漢字表現出更強的N1，而英語單語被試只對英文表現出更強的N1，而不熟悉的漢字及偽詞刺激的N1則減弱（Wong et al.，2005）。類似地，與母語為英語的單語被試相比，日語—英語的雙語被試對于熟悉的日文字母和日文漢字表現出更強的左側化N1（Maurer et al.，2008b）。這些結果可以用物體及面孔加工領域發展出的視覺專家化的理論框架來解釋。

圖2-1 兒童在重復探測任務中的文字粗略調制效應及詞匯效應

研究也表明，N1成分對面孔及熟悉的物體也有類似的敏感性。與打亂的面孔刺激相比，真實面孔的N1更強（Bentin et al.，1996）。與此類似，研究鳥類的專家在注視鳥類及狗類的圖片刺激時，鳥類圖片引發的N1會大于狗類圖片引發的N1，而研究狗的專家則表現出相反的模式（Tanaka & Curran，2001）。這些效應都被解釋為視覺專家化效應，即通過學習，視覺系統會與特定的視覺信息協調起來（Tanaka & Curran，2001）。在這個意義上說，閱讀可以看成兒童在學習閱讀過程中獲得的視覺專家化的一種形式（McCandliss et al.，2003）。

但很重要的一點是，對面孔和物體的典型N1反應是右側化的，而對于視覺文字的N1反應通常是左側化的（Rossion et al.，2003；Maurer et al.，2008a）。研究者提出兩種假設來解釋閱讀早期視覺加工的左側化現象。根據語音匹配假設（phonological mapping hypothesis），視覺詞匯加工的左側化是由在學習過程中來自高水平的、左側化的、參與語音加工的語言區的自上而下的影響來驅動的（Maurer & McCandliss，2007）。另外一種假設認為，偏側化的差異可能是對應于文字與面孔刺激視覺屬性上表現出的差異（Mercure et al.，2008；Hsiao & Lam，2013）。文字包含大量的高空間頻率的視覺信息，這些信息可能偏向于在大腦的左半球得到加工。相反，面孔包含了一些可能偏向于在右半球加工的低空間分辨率信息。目前，視覺詞匯N1左側化的原因仍然是不清楚的，對這一問題的回答可能會與上文提到的正字法加工的模型有關。

由于腦電圖技術低空間分辨率的局限，我們還很難知道文字N1敏感性的確切腦定位，但是已有一些證據表明N1成分與VWFA的激活存在著對應關系。這樣的結果也得到了MEG研究的證實。腦磁圖研究具有像腦電研究一樣的高時間分辨率，同時由于其減少了信號遠距離源的扭曲，就允許有更可靠的腦定位估計（Banaschewski & Brandeis，2007； Babiloni et al.，2009）。研究已表明，在200ms內對文字粗略調制的 MEG 源同樣位于枕顳區的下部（Tarkiainen et al.，1999）。另外一些證據來自于安放顱內電極的神經生理學研究。正常人類被試的腦電只能在頭皮表面得到記錄，但在患有不能矯治的癲癇病人手術前（這種情況很少有），是可以從其顱內皮層記錄到腦電活動的。在這樣的病人身上，文字敏感性的神經激活發生在大約200ms時的腹側枕顳皮層（Allison et al.，1994）。另外一些來自于腦電數據的溯源分析以及腦電與功能成像聯合研究的數據也發現了一致的證據。這些研究中對事件相關電位的源估計發現，N1的源位于大腦后部及枕顳區下部（Maurer et al.，2005b；Brem et al.，2006；Brem et al.，2009），這一區域與相同被試fMRI 的激活位置是對應的（Brem et al.，2006；Brem et al.，2009）。

文字粗略神經調制的發展

既然成熟閱讀者表現出了與特定文字經驗相關的文字粗略神經調制，那么很自然就會產生一個問題：這種神經活動敏感性在學習閱讀的兒童群體身上是如何發展的？這種發展是非常快的，還是比較慢的？是以一種增量的方式向前發展的嗎？針對兒童的發展研究為回答這些問題提供了答案。

在一項縱向追蹤瑞士蘇黎世兒童學習閱讀的研究中，幼兒園的兒童在學習閱讀前進行第一次測試，1.8年之后對這些進入小學二年級中期的兒童進行第二次測試（Maurer et al.，2005b）。在瑞士，兒童從小學才開始學習閱讀，幼兒園兒童是不學習閱讀的，而且這項研究也排除了那些早期已經會讀的兒童。在記錄兒童的腦電活動時，他們要完成重復探測任務。實驗材料是詞和符號串。兒童只要看到前后呈現的兩個刺激是一樣的（不論是詞還是符號串），就要馬上按鍵做出反應。結果表明，幼兒園兒童在N1成分上還沒有表現出文字的調制效應（Maurer et al.，2005b）。但是，在這些孩子到了二年級的時候，他們已經發展出非常強的文字N1調制效應（Maurer et al.，2006）。正如圖2-1所示，近期的一項研究結果表明，文字N1的調制效應在一年級末期（在學校中進行了一年的閱讀訓練）就已經很明顯了。來自這項縱向研究的結果還發現，即使隨年齡增長文字N1的波幅在減小，但與成人相比，兒童文字N1的調制效應更大（Maurer et al.，2006）。這說明，文字粗略神經調制的發展呈現出倒U形的趨勢。

這種倒U形的趨勢可以在視覺專家化的框架中進行解釋。初學閱讀者表現出非常泛化的調制感受野，而專家則具有更精細的調制感受野（Palmeri & Gauthier，2004）。但是，粗略神經調制倒U形的趨勢與正字法加工交互作用模型的解釋也是一致的。在初學閱讀時，預測錯誤會很多——引起了更強的激活，隨著學習不斷加深，預測錯誤減少——激活就減弱（Price & Devlin，2011）。

上述縱向研究的結果發現，兒童在小學學習一年半之后（較長的一段時間）會出現更強的文字敏感性，而訓練研究則發現，N1的調制效應能夠在很短的時間內出現。在布雷姆等人（Brem et al.，2010）的一項研究中，研究者請兒童玩一個叫“GraphoGame”的電腦游戲。通過玩這個游戲兩個月，兒童來學習字母—發音的匹配。這項研究再一次發現，訓練前兒童的文字N1敏感性沒有出現，但是通過形音匹配訓練，文字N1敏感性發展了，而控制條件的數字訓練則沒有導致這樣的效應（Brem et al.，2010）。

在成人學習人工文字正字法的研究中，我們也可以在單一時段中觀察到大范圍的N1的增強活動（Maurer et al.，2010）。與成人表現出典型的左側化N1不同，訓練研究中的成人表現出非常強的人工文字的右側化N1。這一結果預示著，在學習過程中可能存在N1從右側化向左側化的過渡（Maurer et al.，2010）。

上述結果與發展研究中的發現是一致的。盡管在上文提到的幼兒園兒童的縱向研究中，從整組來看并沒有發現N1文字敏感性，但是具有高字母知識的兒童在學習閱讀之前卻表現出了右側化的文字N1，這可能是出現文字敏感性的一個預兆（Maurer et al.，2005b）。一些處于閱讀障礙高危狀態的幼兒園兒童也表現出更明顯的右側化的N1，這與布雷姆等人的觀點一致。右側化的文字N1反映的是閱讀獲得過程中的一個不成熟的階段（Brem et al.，2013）。

在一年半的在校閱讀訓練之后，兒童發展出明顯的文字N1效應，并表現出雙側分布的特征（Maurer et al.，2006）。這種雙側化的分布經過小學直到成年期，會逐漸發展成為更加左側化的分布（Maurer et al.，2006；Eberhard-Moscicka et al.，submitted）。

整體來看，文字快速加工的神經活動敏感性經歷了非常大的變化，可能是從最初的萌發狀態到后期隨著閱讀經驗增長而逐漸精細化的過程。文字N1敏感性遵循著倒U形的發展趨勢。最初的增長幅度很大，增長的速度也很快。隨后，速度會在漫長的發展過程中逐漸變慢，增長的幅度也降低。N1敏感性在發展的最早期還不很成熟的時候是右側化的，隨后變成雙側化并達到N1的高峰，在隨后的幾年中變得更加左側化。除了這兩點變化之外，N1在時間窗口上也是有變化的。如果以與文字非常相似的非字符號作為控制條件，小學一年級和三年級兒童的N1涵蓋了N1的整個時間窗口，只有在成人被試中才能探測到N1的早期成分（Eberhard-Moscicka et al.，submitted）。

閱讀障礙群體的文字粗略神經調制降低

文字的粗略神經調制不僅在閱讀獲得的最初階段就開始發展，而且在學習有困難的兒童身上表現出了降低的特點。

在蘇黎世兒童的縱向研究中，與閱讀正常的兒童相比，那些在小學二年級時成為閱讀障礙的兒童表現出調制效應降低的特點（Maurer et al.，2007）。有趣的是，與正常兒童相比，閱讀障礙兒童降低的調制效應不僅表現為文字N1的降低，而且還表現出符號串的N1更強的特點。這與視覺專家化的理論是一致的。神經活動的專家化不僅使大腦對優勢刺激類別的激活增強，也會使其對非優勢類別刺激的激活減弱（Cantlon et al.，2011）。因此，調制模型和正字法加工交互作用模型都能解釋閱讀障礙兒童為什么會表現出較弱的文字N1反應。閱讀障礙兒童對非優勢刺激的激活更強可能用調制模式來解釋比較好，因為來自高水平加工語言區的預測作用在視覺控制條件下是不應存在的。但是，我們仍然不能排除符號串誘發了閱讀障礙兒童更多來自高水平加工語言區的預測，這則是與交互作用模型相一致的解釋。

當蘇黎世縱向研究中的兒童在入學三年之后再次進行測查時，閱讀障礙兒童的文字神經調制障礙已經減少了，只是和五年級的狀態有邊緣顯著的差異（Maurer et al.，2011）。這可能意味著，文字神經調制在閱讀障礙兒童最初學習閱讀的頭幾年是特別重要的。但是，另外一些研究也報告年齡更大一些的青春前期的閱讀障礙兒童（Araujo et al.，2012）及有閱讀障礙的成人（Helenius et al.，1999；Mahe et al.，2012；Araujo et al.，2015）的文字調制效應也是有損傷的。這就說明文字調制的神經損傷會持續影響到更大的年齡，造成閱讀困難。另外，對于更大年齡人群文字調制效應損傷的探測也會受到閱讀障礙的程度以及任務熟悉性的影響。

閱讀障礙兒童在閱讀技能獲得幾年之后，視覺—正字法加工的持續損傷也得到了fMRI研究的支持。因為語音加工困難被認為是閱讀障礙的核心缺陷，一些功能成像研究使用語音任務，揭示出這種缺陷的神經基礎是在顳—頂區（Temple et al.，2001；Hoeft et al.，2006）。但是，對采用視覺字母或單詞作為實驗材料的閱讀障礙研究的元分析表明，閱讀障礙最穩定的缺陷出現在VWFA附近的枕—顳區下部（Maisog et al.，2008；Richlan et al.，2009）。VWFA的調制損傷的重要性得到了一項100多人的多中心fMRI 研究的證實。閱讀能力較低的被試的文字調制效應減少最強的區域就是VWFA（Maurer et al.，submitted）。有趣的是，閱讀流暢性和文字調制效應之間的聯系不是由文字條件驅動的，而是由符號條件驅動的。這一結果又與視覺專家化的解釋一致。視覺專家化不僅表現出對優勢視覺類別激活的增強，也表現出對非優勢類別激活的減弱（Cantlon et al.，2011）。但是，正如前所述，這一結果也與閱讀障礙被試對非優勢刺激不適宜的預測是一致的。

文字的精細神經調制

文字與符號之間的對比反映的是文字視覺調制的一種粗略形式。除此之外，還存在一種更為精細的調制形式。精細文字調制反映的是對字母串中字母組合模式規則的敏感性（Posner & McCandliss，2000；Maurer et al.，2006；Zhao et al.，2014）。所以，真詞比偽詞或者輔音字母串更規則，偽詞比輔音字母串更規則。偽詞與輔音字母串的對比可以更好地代表精細調制效應，因為真詞與偽詞的對比也會受到字母熟悉性差異帶來的影響（Zhao et al.，2014）。

一些研究已經報道，輔音字母串的N1比真詞的N1更強（Compton et al.，1991；McCandliss et al.，1997；Bentin et al.，1999）。但是，這一效應在不同的任務下存在差異。這種效應只在被動任務或者視覺搜索任務下才會出現，但僅在一項英文的詞匯判斷任務中出現（Compton et al.，1991）。與此完全相反的是，在一項法語研究中，這一效應僅在詞匯判斷和語義任務中出現，而在視覺大小探測和語音任務中卻沒有出現（Bentin et al.，1999）。因此，雖然看起來在這個效應的方向上表現出了共同的模式，但這一效應是否以及如何受到實驗任務的調控仍然是不清楚的。

詞形中雙字母組（bigram）的頻率差異也可以反映文字的精細調制。一項研究比較了典型與非典型正字法詞形［用雙字母組的位置及三字母組（trigram）的頻率來定義］的詞匯，發現典型詞匯的N1比非典型詞匯的N1要強，但這一效應對偽詞來說則是反轉的（Hauk et al.，2006b）。

因此，有關視覺文字加工精細調制效應的結果是非常不一致的。這可能是不同研究采用的實驗任務及實驗參數的差異造成的。這種實驗任務的影響說明，字母串的加工會受到自上而下效應的影響。這與調制模型及正字法加工交互作用模型的觀點是一致的。但是，任務效應的存在使得我們很難去找到支持或反對任一模型的證據，因為兩個模型會預測出非任務依賴的不同效應。調制模型預測更規則的字母串會誘發更大的N1，因為感受野的敏感性在增強；而交互作用模型則預測越不規則的字母串會誘發越高的N1，因為預期的錯誤增加了。

在初學閱讀的兒童身上也是有可能發現對文字的精細調制效應的。近期的一項研究發現，閱讀水平高的兒童的真詞N1比輔音字母串N1更強，而閱讀水平低的兒童則沒有表現出這樣的差異（Zhao et al.，2014）。研究者在這一研究中還發現，低閱讀水平兒童和高閱讀水平兒童的文字粗略調制效應是沒有差異的。這說明，文字的精細調制效應可能對初學閱讀的正常群體兒童的閱讀能力差異更敏感。

詞匯熟悉性的影響

將真詞與偽詞進行對比，也是可以發現文字的精細調制效應的。因為真詞比偽詞具有更規則的字母串。但是，這種精細的文字調制效應會受到由詞匯熟悉性差異所帶來的混淆，特別是實驗采用外顯語言任務時更是如此。這也反映在N1有關詞匯差異的結果模式上。

在一些成人研究中，真詞的N1比偽詞的N1更強（Maurer et al.，2005a；Eberhard-Moscicka et al.，submitted）。但是，這一結果并不總是一致的（Maurer et al.，2005b），一些研究甚至發現了相反的效應，即偽詞的N1比真詞的N1更強（Hauk et al.，2006a；Hauk et al.，2006b）。

這些不一致的結果可能是由于不同研究采用的任務不同。在只需要內隱閱讀的任務條件下，如one-back重復探測任務，主要發現真詞的N1成分比偽詞的更大（Maurer et al.，2005a；Eberhard-Moscicka et al.，submitted）。而在外顯閱讀任務下，如詞匯判斷的條件，偽詞的N1比真詞的更大（Hauk et al.，2006a；Hauk et al.，2006b；Simon et al.，2007）。

偽詞的N1成分比真詞的大這一結果與在詞匯判斷任務（Sereno et al.，1998；Hauk & Pulvermuller，2004）或詞匯探測任務（Assadollahi & Pulvermuller，2003）中所報告的低頻詞N1強于高頻詞N1也是一致的。但是，N1的詞頻效應看起來也是依賴于任務的。因為在聲音探測任務中是沒有發現這種效應的（Proverbio et al.，2004），而且在詞匯判斷任務（研究者通過大量重復呈現詞匯從而可能改變了詞匯判斷任務的性質）中甚至表現出了相反的模式（Simon et al.，2007）。這種非常強的由任務要求帶來的對詞匯效應的調控，既可以由局部探測器聯合模型來解釋，也可以由正字法加工交互作用模型來解釋（Price & Devlin，2011），因為兩個模型都承認存在自上而下的任務效應。任務效應的存在表明，它們是與自下而上或自動化的交互作用效應相重疊的，從而使研究者很難找到支持或反對兩個模型的證據。

而且，由詞匯熟悉性引起的差別化加工與文字的粗略調制可能具有不同的時間進程。近期的一項研究表明，詞匯效應發生在N1成分的晚期，而文字的粗略調制效應主要發生在N1成分的早期（Eberhard-Moscicka et al.，submitted）。但是，這種序列式的加工可能也依賴于實驗的任務。另外一項研究表明，實驗任務可以進一步加速詞匯的加工，正如任務對詞頻效應的調控一樣（Strijkers et al.，2015）。

從整個發展進程來看，實驗任務的要求對詞匯N1效應的影響在增加。這一結果來自使用內隱或外顯語言任務的發展研究。使用重復探測任務的研究發現，平均來看，真詞的N1都大于偽詞的N1，但是這種差異只是邊緣顯著（Maurer et al.，2006；Eberhard-Moscicka et al.，2014）或者僅僅在某一個能力組的兒童中達到顯著（Zhao et al.，2014）。與此類似，在一項使用詞匯判斷任務的研究中，偽詞的N1大于真詞的N1，但僅僅是在與閱讀障礙組進行對比時的交互作用上達到顯著水平（Kast et al.，2010）。將這些研究結果與非常穩定的文字粗略調制效應的結果整合在一起，我們就會發現，在初學閱讀時，視覺詞匯的加工是由自下而上的刺激屬性的加工所主導的，同時發展出適宜的調制敏感性或者自動化的交互作用。而這些過程中以任務為中介的自上而下調控的靈活性還很弱，需要通過今后的閱讀實踐來繼續發展。

對中文的快速視覺—正字法加工

本章的前面部分是從拼音文字的角度來討論視覺—正字法加工的。第一個主題包括文字的粗略神經調制、其發展以及其在閱讀障礙中的損傷。第二個主題包括文字的精細神經調制（更為精細細致的不同類型字母串之間的差異）及詞匯熟悉性效應。在這一部分中，我們將在中文的背景下討論這些主題，以此來強調中文對于拼音文字來說的共同點及差異。

fMRI研究已經為揭示閱讀中文及拼音文字表現出的共同點及差異提供了很多證據。兩項功能磁共振研究的元分析文章揭示出中文與拼音文字在整體上相同的閱讀網絡，包括枕顳區下部、顳頂區以及額區（Bolger et al.，2005；Tan et al.，2005）。盡管這些元分析沒有在文字系統之間進行直接的統計比較，但各種文字系統內部的分化模式預示著一些不同：閱讀中文看上去很少激活左半球顳葉區的上部，但會更多激活左側額中區以及右側枕顳區。在本章所關注的視覺—正字法加工這一問題的背景下，與拼音文字相比，中文在枕顳區出現的差異顯得格外有趣。這就引發了一個問題：與拼音文字所誘發的典型的左側化N1相比，我們是否能發現右側化的，至少是雙側化的漢字N1反應。由于漢字的基本形狀、構成及元素數量與拼音文字不同，我們可能會預期漢字的視覺專家化與拼音文字的專家化會有所不同。

已有一些研究探查了漢字的粗略神經調制。研究發現，漢字的N1要強于控制刺激的N1（Wong et al.，2005；Xue et al.，2008；Cao et al.，2011；Lin et al.，2011；Zhao et al.，2012）。但如果用和漢字相同的、帶有一些筆畫元素和筆畫結構的韓文作為控制條件，調制效應就不是很穩定，會更容易受到實驗參數的影響，如刺激呈現時間和字符長度（Xue et al.，2008）。與功能磁共振研究的元分析結果不同，漢字的粗略調制反應也是左側化的（Wong et al.，2005；Cao et al.，2011；Lin et al.，2011；Zhao et al.，2012）。這種與神經成像研究結果的不一致是顯著的，說明fMRI研究中右半球枕顳皮層的額外激活可能反映的是發生在N1成分之后的折返性激活（Dale et al.，2000）。

對漢字的粗略調制不僅在偏側化上與拼音文字是相同的，其在兒童群體中的發展也表現出拼音文字研究所發現的倒U形的時間進程。對漢字的粗略調制效應在小學一年級的兒童身上表現非常強，隨后開始減弱（Cao et al.，2011）。

因此，這些研究結果表明，漢字粗略神經調制的出現、偏側化以及發展與拼音文字是非常相似的。但是，以往的研究中都沒有包括學習拼音文字的被試，沒有直接進行跨語言的比較。所以，不同文字系統的神經調制可能還是可以探測到細微差異的。

對文字的粗略調制被認為是書面文字與視覺控制刺激之間的對比，對文字的精細調制代表了對書寫系統（字母、部件）組合成更大單元（單詞、漢字）的規則的調制。既然中文與拼音文字在結構上是存在差異的，那么對漢字的精細調制就不能在與拼音文字相同的條件下進行研究。但是，還有一些條件是可以用來進行對比的。

在拼音文字的研究中，研究者使用真詞、偽詞、輔音字母串及非字符號串作為實驗材料。一項對漢字的研究采用類似的方式，使用真字、偽字、非字及筆畫隨機組合作為ERP實驗材料（Lin et al.，2011）。偽字由位置正確的部件構成，非字由位置不正確的部件構成。研究者采用淺層語言加工任務（顏色探測），發現與非字和筆畫組合的N1相比，真字與偽字的N1更強（Lin et al.，2011）。這一結果與同樣采用淺層語言加工任務，對拼音文字精細調制效應進行的研究的結果是一致的。盡管文字精細調制的任務依賴性并不總是一致的（Compton et al.，1991），但拼音文字的研究也發現了更有規則的字母串的N1反應會更強（Zhao et al.，2014），而在外顯任務中，越不規則的字母串的N1越大（Bentin et al.，1999）。

在拼音文字中，詞匯效應是通過比較真詞與偽詞（可以發音的字母串但不是詞）來研究的。在中文中，創造出等價的偽字是不可能的。由處在正確位置的聲旁和形旁構成的偽字貌似真字，但卻是不能發音的。因此，在中文中探查詞匯效應更具可比性的方法是將高頻字和低頻字進行對比。

一項中文研究在延遲命名任務中操控了漢字的頻率，發現在刺激呈現后的250 ms左右低頻字引發了更大的負波（Liu & Perfetti，2003）。但在這項研究中，中英雙語被試在加工英語時，在相同的時間窗口中表現出相反的頻率效應。這說明詞頻效應在雙語學習者身上的表現是不同的。而且，中文中的詞頻效應在中文被試中可能被限制在N1成分的晚期。一些研究者已經證明了這一點，他們的研究沒有在N1成分的早期發現詞頻效應（Hsu et al.，2011；Zhang et al.，2012）。

既然漢字的聲旁與整字的發音不是完全匹配的（Yang et al.，2009），那么文字與發音的一致性在中文閱讀中就起著更重要的作用。如此，與發音一致性高的漢字相比，發音一致性低的漢字會引發大腦后部更強的N1負波（Lee et al.，2007）及更強的前部的正波（Lee et al.，2007；Hsu et al.，2011）。這些效應的大體方向與拼音文字中的頻率效應是相同的，但是這些效應并不總能在漢字研究中被探測到（Hsu et al.，2011）。

總之，與拼音文字類似，與文字粗略神經調制相關的效應在漢字中也是非常一致的。其他與更為精細調制有關的效應則由于受到更強的任務要求及加工目標的影響而不是很一致。因此，與拼音文字一樣，任務效應的出現使得研究者很難在漢字研究中去發現非任務依賴的效應，從而很難對正字法加工的兩個模型做出評價。

總結與展望

快速的視覺—正字法加工對于流暢閱讀是很重要的，而且可能受到兩種不同的機制（調制機制與任務效應調控）的影響。

這兩種機制似乎遵循著不同的發展軌跡。對文字的粗略調制在初學閱讀時非常凸顯，其發生在內隱的閱讀任務中，而且真詞和偽詞都會有類似的反應。粗略調制的這種發展模式可以推廣到其他的文字系統中，正如在中文研究中所發現的結果。文字粗略調制的發展模式可以用兩種不同的模型來解釋。一種是局部特征探測器所引起的自下而上的加工，一種是通過自動化的自上而下的預期所引發的交互式加工。但是，兩個模型對于文字的精細調制有著不同的預測。局部探測器模型預測越規則的字母串的激活越強，而交互作用說預測越不規則的字母串的激活越強。但是，對結果的解釋因實驗任務效應的存在而變得復雜起來。盡管ERP具有很高的時間分辨率，可以允許研究者去探查視覺—正字法加工的早期階段，但是有研究發現ERP的早期階段就已存在任務效應。任務效應與文字精細調制效應的重疊使得解釋支持或反對兩個模型的結果變得很困難。未來的研究需要找到更好的方式來控制實驗任務帶來的效應。

如果不考慮在正字法加工神經模型的背景下去解釋那些效應，ERP測量已被證明是捕獲正常及閱讀障礙人群初學閱讀時的重要神經活動的有用工具。本章介紹的這些成果正是未來研究的出發點。未來研究需要繼續探索正字法加工的神經機制以及這些加工機制在兒童學習閱讀過程中的發展模式。

摘要 Abstract

Event-related potentials (ERPs) of the EEG have a high temporal resolution and are able to capture millisecond-to-millisecond changes of the electric fields on the scalp that are generated by neural activation.The N1 component of the ERP that occurs between about 150 and 200 ms after stimulus presentation has been shown to be sensitive to orthographic properties of visual words.Here we review how coarse and fine tuning for print occurs in adult skilled readers, how it develops in children who learn to read, and how it is impaired in dyslexia.We further discuss how these findings can be interpreted in neural models of orthographic processing, and how the findings from alphabetic languages relate to reading in Chinese.

Keywords

visual-orthographic processing, coarse neural tuning, fine neural tuning, electroencephalogram, dyslexia, development

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[1] 香港中文大學心理學系

[2] 中國科學院心理研究所