Ilab-具身语言研究推荐【53】方法篇
点击蓝字
关注我们
具身语言学研究方法篇之二：神经研究方法
作者 | Connie
Embodiedlinguistics.com
1电生理研究法
1.1定义
语言处理涉及多方面且展开迅速，因此，需要一种以高时间精度的方式揭示多个认知子过程的方法。通过脑电图（EEG）记录大脑活动，在过去几十年中发展迅速，对我们研究语言的理解发挥了关键作用。尤其是在具身语言领域，为具身语言观提供了神经生物学的证据。
1.2研究假设和理论基础
人类脑电图发现于20世纪20年代，Hans Berger记录并放大了头部受伤患者的表层电活动（Millett，2001）。Berger观察到了α波，这是一种每秒约10个周期的波，闭眼时最显著。Berger的研究结果最初遭到质疑，但最终被后续的研究所证实。现在，大量研究均使用脑电图来探究认知的几乎所有方面，包括感知、动作、注意力、记忆和语言。EEG信号是对大脑活动的直接连续测量，其主要优势在于时间精度高（大约为毫秒级）。这种时间精度使其成为解答心理语言学中有关时间点问题的首选方法之一。由于EEG可实现对大脑激活区域的研究，例如，大脑的相同感觉运动区域在人们处理单词及其对象时得到激活这一研究发现表明了语言处理的具身性（Eskenazi，Grosjean，Humphreys和Knoblich，2009），因此，对于具身语言领域的研究具有重要意义。
大多数基于脑电的语言处理研究结果都是从事件相关电位（ERPs）数据中得出的。ERPs从连续的EEG数据中提取，EEG数据来自与事件发生进程有锁时关系（例如，刺激或响应的开始）的脑电。通常，对来自相同或类似事件的多个案例的时段进行对齐并逐点平均，使得EEG信号中的随机波动彼此抵消，得到稳定的事件相关电位。
大多ERP成分的命名根据其极性以及出现最高点的潜伏期或时间进程序列的位置命名。其中，N400是语言研究中最常用的ERP成分。最初由Kutas于1980年发现（Kutas & Hillyard, 1980），目前，一般认为N400与长时记忆的语义信息提取有关，正常的语义预测与语义违背之间的对比能够揭示N400的语义不一致性；但进一步研究发现，N400也有许多句子成分，分别与不同的认知过程有关，有彼此不同的脑内源。
1.3研究工具和手段
脑电图中的电压变化是对神经活动的直接瞬时记录，该信号被认为主要来自由同时激活的大量皮质锥体神经元产生的突触后电位。锥体细胞可能是EEG信号的主要贡献者，因为它们靠近头皮并且朝向相同，使得来自多个神经元的活动得以汇总而非互相抵消。相对较慢的突触后电位是比动作电位更可能发生的信号来源，因为动作电位持续时间短，因此不太可能同步发生（参见Nunez＆Srinivasan，2006）。通过使用固定或保持在面部和头皮附近的银色氯化物或锡电极（例如，紧贴头部的弹性帽），可以以非侵入的方式记录这些电位。有源电极（active electrode）指的是在电极中内置放大器，使其在某些条件下更能减少噪声的影响（有关在不同记录环境中无源和有源电极直接比较，请参阅Laszlo，Ruiz-Blondet，Khalifian，Chu＆Jin，2014）。导电膏用于建立电极和皮肤之间的连接。可以用电阻计衡量电极-头皮连接的有效性；无源电极条件下，电阻通常需要低于有源电极（有关电阻对数据质量的影响，参见Kappenman＆Luck，2010）。
电极数量的选择取决于科学研究问题。语言处理研究通常需要20到32个电极就足够了；另一个重要的选择是参考电极，大多数语言研究根据左乳突上的参考电极进行记录，在此处电极和大脑之间存在较厚的骨结构，分析时还需重新参考左右乳突电极的平均值。
1.4 实验设计和数据分析
在记录EEG时给被试呈现了许多类型的刺激：书面和口头单词、句子、图片、场景、环境声音，甚至视频剪辑（例如，Sitnikova，Kuperberg，＆Holcomb，2003）。这一系列的刺激使语言研究者能够解决在语言理解、产出和习得中的各种问题。然而，EEG技术确实对刺激有所限制。为了避免眼球运动伪迹，大多数研究一次只呈现一个视觉刺激，按比例缩放呈现一定视野范围内。例如，书面句子通常是逐字呈现的（尽管有些研究者已经开发了在自然阅读中记录“注视相关电位”的方法，例如，Baccino＆Manunta，2005），听觉刺激通常与固定的视觉刺激同时呈现，如“+”，以使被试的眼睛保持在屏幕的中心。此外，每种情况都需要有相对大量的刺激：针对较大的目标成分（如N400和P600）的研究需要30-60个，而对于较小成分的研究需要更多（有关讨论，请参阅Luck，2005）。如果难以设计足够多的刺激，或者重点是单个刺激的ERP，则可以通过测试更多的被试来弥补（Laszlo＆Federmeier，2011）。在多层次的分析中，刺激也需要得到很好的控制，因为ERP揭示了从感知、检索、评估和（有时）响应等方面对刺激的反应。实现完全平衡是最佳的，但如果不可能，则可以在相关维度上匹配刺激。
典型的ERP分析涉及滤波、从连续数据中分割时段、基线校正、排除伪迹、平均和统计评估。对所有被试得到平均值进行统计分析，许多ERP工作依赖于相对简单的统计方法，通过复制实验验证。
1.5评价
EEG的一个主要问题就是包含伪迹，需要提取与研究有关的稳定信号，最常见的方法是平均。但是，与其他平均值一样，平均ERP可能无法准确反映每个被试或每项试验的处理模式。为了解决这些问题，ERP研究人员已经开始使用其他的统计方法，这些方法在行为和眼动追踪文献中也得到了普及，例如混合效应回归模型（mixed effects regression models）（例如，Baayen，Davidson，＆ Bates，2008）。混合效应（或分层（hierarchical））模型不对数据进行平均，而是直接对试验（trial-level）的数据建模。此外，平均的另一个缺点是无法捕捉EEG信号的某些特定方面。对于在平均ERP中显示的活动，不仅需要锁时关联到事件，还需要锁相关联（phase-locked）；也就是说，不同的试验（trial）中波形的波峰和波谷需要一致。因此，越来越多的语言处理研究采用时频（time-frequency）分析，此方法就像其他常规应用领域的分析一样，不仅可以锁相活动而且可以看到非锁相活动。时频分析涉及将EEG信号分解成多个频率并且随着时间量化每个频率的功率（power）（振幅平方（amplitude squared））（Haegens，Cousijn，Wallis，Harrison，& Nobre，2014；Klimesch，1999）。
主要参考文献：
Young, L. R., & Sheena, D. (1975). Survey of eye movement recording methods. Behavior Research Methods and Instrumentation, 7(5), 397-429.
Zwaan, R. A. (2014). Embodiment and language comprehension: Reframing the discussion. Trends in Cognitive Sciences, 18, 229-234.
陈昭燃, 张蔚婷, & 韩济生. (2004). 经颅磁刺激：生理、心理、脑成像及其临床应用. 生理科学进展, 35(2), 102-106.
吕浩, 唐劲天. (2006). 经颅磁刺激技术的研究和进展.中国医疗器械信息, 12(5), 28-32.
刘宝根，周兢，& 李菲菲. (2011). 脑功能成像的新方法——功能性近红外光谱技术（fNIRS）. 心理科学, 34(4), 943-949.
邱丽景, 王穗苹, & 关心. (2009). 口语理解的视觉——情境范式研究. 华南师范大学学报：社会科学版, 1, 130-136.
孙白雷, 骆清铭, & 龚辉. (2014). 近红外光谱术用于人脑光神经信号检测的可行性研究.
闫国利, 巫金根, 胡晏雯, 白学军. (2010). 当前阅读的眼动研究范式述评. 心理科学进展, 12, 1966-1976.
往期推荐
扫码关注我们
扫描二维码
关注我们
团队微信平台：语言学习科学
智慧语言具身认知实验室
具身语言教育联盟