識別電位認(rèn)知功能探析

摘要：識別電位(Recognition Potential，RP)是被試看到可識別視覺刺激時，在200-250ms內(nèi)達(dá)到峰值的腦電反應(yīng)。識別電位的研究正處于理論探討階段，有兩種主要觀點用于解釋RP。一種觀點強(qiáng)調(diào)RP反映了視知覺分析成分；另一種觀點強(qiáng)調(diào)RP反映了語義或概念加工成分。兩種觀點至今未達(dá)成一致。最近，針對兩種觀點質(zhì)疑，研究者們提出了類別特征加工的觀點，這一新觀點在理論上符合大腦經(jīng)濟(jì)性的原則，具有一定的優(yōu)越性，但尚需要更多的實證研究的支持。未來的RP研究應(yīng)從實驗材料的多樣化、多研究方法結(jié)合、類別特征加工能力的習(xí)得機(jī)制等方面展開。

關(guān)鍵詞：識別電位；視覺信息加工；語義加工；類別特征加工

分類號：B842；B845

識別電位(Recognition Potential，RP)，是被試看到可識別視覺刺激(如詞或圖片)時，在約200-250ms內(nèi)達(dá)到峰值的腦電反應(yīng)，它由美國紐約州立大學(xué)布魯克林醫(yī)學(xué)中心的Rudell教授于1991年首次描述(Rudell，1991)。

陳興時、張明島和Davis于1995年介紹了RP的研究，他們對Rudell實驗室誘發(fā)識別電位所用的刺激特點、實驗方法等做了細(xì)致的介紹。近年來這一電位的研究有了值得注意的新發(fā)展，研究者們對這一電位的功能展開了理論探討，出現(xiàn)了兩種不同的觀點。本文先簡要介紹識別電位的研究范式，然后主要討論目前存在的兩種觀點的爭論，并在此基礎(chǔ)上提出一種可以融合兩種觀點的新觀點。最后討論這一新觀點的未來研究方向。

1 識別電位的研究范式

目前，RP的研究一般沿用Rudell于1992年發(fā)展的快速流刺激(Rapid Stream Stimulation，RSS)范式。這一范式是將可識別刺激(詞或圖片)與不可識別刺激(背景刺激)以很快的速率交替呈現(xiàn)(刺激呈現(xiàn)時間為200-300 ms)。背景刺激沒有特定的結(jié)構(gòu)或意義但與可識別圖像有相同的物理屬性(如，亮度、大小、飽和度等)。被試看到的大部分是背景刺激，目標(biāo)刺激在間隔2-7個背景刺激之后隨機(jī)出現(xiàn)。

RSS范式得以發(fā)展有兩個原因(Iglesias et al.，2004)：一方面?？焖俪尸F(xiàn)刺激可以減少被試對無關(guān)變量的加工進(jìn)而提高電生理信號：背景刺激的引入能減少視覺相關(guān)成分對RP的影響。如N1-P2復(fù)合體的潛伏期易與RP的潛伏期重疊，且可以抑制晚成分對RP的影響。另一方面，可識別刺激隨機(jī)出現(xiàn)在2-7個背景刺激之后，可以防止前一個可識別刺激誘發(fā)的晚期負(fù)成分與新的可識別刺激出現(xiàn)的時窗重疊而使RP波形受到污染。背景刺激的作用是避免被試形成反應(yīng)定勢或提前反應(yīng)，并緩解被試保持高度注意引起的疲勞。

Iglesias等人(2004)檢驗了RSS范式的效度，他們系統(tǒng)地改變背景刺激出現(xiàn)的概率，結(jié)果顯示，在沒有背景刺激的正常語言刺激中(如句子)，同樣可以獲得RP，只是成分不是很清晰，有些彎曲，波峰無法確定，而使用RSS范式可增加RP的可視性(visuability)。因此，RSS范式是一種很好的提高信噪比的方法(Martin-Loeches，2007)。盡管如此。使用RSS范式可能存在一定的風(fēng)險。如，Dien(2009)指出，RSS可能改變了RP正常的激活時程。

RSS范式并不是獲得RP的唯一方法。Dien，F(xiàn)rishkof￡Cerbone和Tucker(2003)使用主成分分析(Temporal Principal Component Analysis，tPCA)方法也獲得了RP。他們只呈現(xiàn)可識別的詞，用這些詞構(gòu)成可讀的句子，使句子中的最后一個詞與前面的語境一致或不相關(guān)。然后對大量被試樣本的腦電記錄進(jìn)行主成分分析(tPCA)使RP分離出來。Mari-Beffa。Valdes，Cullen.Catena和Houghton(2005)用不同于RSS和啟動任務(wù)的范式(沒有背景刺激，只是延長刺激呈現(xiàn)時間，使啟動刺激與探測刺激在時間上分割開來)，用傳統(tǒng)的平均值檢驗法，也觀察到了類似RP的負(fù)成分。2識別電位的兩種理論解釋

目前，對RP的功能解釋存在兩種主要的觀點。一種觀點認(rèn)為，RP是視知覺信息加工的反映；另一種觀點認(rèn)為，RP是語義或概念早期加工的反映。兩種解釋都得到了相應(yīng)的支持?jǐn)?shù)據(jù)。

2.1視覺信息加工的解釋

RP的發(fā)現(xiàn)者Rudell起初認(rèn)為，RP可能反映了視覺刺激的知覺分析加工。他們的研究主要集中于描述影響RP的視覺的或“格式塔”的特征，通過加入不同知覺變量探討可能影響RP的因素。結(jié)果表明：一些因素可以增加RP的潛伏期，如降低圖像的質(zhì)量(Rudell＆Hua，1995)、在可識別刺激和背景刺激中添加隨機(jī)點(RudellHua，1996a)、加大刺激在視網(wǎng)膜上的刺激區(qū)域(RudellHu，1999)、對刺激進(jìn)行翻轉(zhuǎn)(Rudell，Hu，Prasad，Andersons，2000)。

Rudell等(2000)認(rèn)為，RP反映了個體對刺激模式的知覺經(jīng)驗。相似形狀的視覺模式傾向于組成一個整體，特別是當(dāng)模式間距離較小時，這種現(xiàn)象更明顯。包含相似元素的區(qū)域傾向于被看作一個整體而從各不同的元素背景中突顯出來，格式塔的這一原則是后天識別經(jīng)驗所導(dǎo)致的而并非先天具體的，因此，對模式的熟悉性可能在相似元素組成整體的過程中起著關(guān)鍵作用。如，在Rudell(1999)的研究中，詞語被分為高頻和低頻兩類，呈現(xiàn)速率均為200 ms/個，詞語間的時間間隔為800ms，在兩詞語間加入隨機(jī)字符串。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，高頻詞與低頻詞誘發(fā)RP的平均潛伏期間存在顯著差異，前者比后者短26ms。Rudell因此認(rèn)為RP的潛伏期反映了詞語快速呈現(xiàn)時的詞頻效應(yīng)。

RP是對視覺刺激的格式塔特征的反映而非語義加工的反映(Rudell et a1.，2000)。Rudell和Hu(1999)假設(shè)，如果大的、復(fù)雜的目標(biāo)由于其刺激更大的視網(wǎng)膜區(qū)域而被看作是強(qiáng)度更大的目標(biāo)，那么它誘發(fā)的反應(yīng)將比小目標(biāo)表現(xiàn)出更大的波幅和更短的潛伏期，反之亦然。研究者通過改變5*5矩陣中字母行數(shù)的變化來控制目標(biāo)的大小。例如，如果矩陣中的五行都為字母O，此為大目標(biāo)刺激；如果矩陣中間的一行為字母Of而其余四排為非字母)，則為小目標(biāo)刺激。他們的研究結(jié)果表明(如圖1)，識別刺激的面積大小決定了參與識別過程的神經(jīng)組織數(shù)量，從而導(dǎo)致RP波幅的變化。此外，可識別刺激特征上的復(fù)雜性(如，O與G)也會導(dǎo)致RP波幅的變化。

從上文可以看到，RP的視覺信息加工解釋，僅僅強(qiáng)調(diào)刺激的物理屬性對RP的潛伏期和波幅的影響，并沒有研究RP和語義早期加工的關(guān)系。

2.2語義早期加工的解釋

Rudell和Hua(1997)曾經(jīng)提到，RP也可能是對刺激的語義早期加工的反映，因為他們的研究只比較了真詞與不可識讀的字母串，不能排除RP與正字法加工的相關(guān)性。但是他們并沒有進(jìn)一步檢驗RP代表了正字法加工的可能性。隨后，Martin-Loeches，Hinojosa，Gomez-Jarabo和Rubia(1999)認(rèn)為Rudell等人所有先前的研究都沒有考慮正字法的不同水平。因此，他們在實驗中使用了4類反映不同語言加工水平的刺激材料：非詞、無意義的不符合正字法規(guī)則的隨機(jī)字母串、符合正字法規(guī)則無意義的假詞、真詞，讓被試在快速刺激流中完成語義判斷任務(wù)。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，四種水平的刺激都能誘發(fā)RP，且所誘發(fā)的RP波幅有顯著差異，RP的波幅隨刺激接近真詞而逐漸增加，真詞的RP波幅最大。這項研究可作為說明RP對語義刺激敏感的最直接的證據(jù)，同時，研究指出，RP不是全或無的現(xiàn)象，而是對閱讀不同分析水平的漸進(jìn)反應(yīng)。

Martin-Loeches等人其后的一系列研究發(fā)現(xiàn)：動物詞比非動物詞誘發(fā)更大的RP波幅值(Martin-Loeches，Hinojosa，Gomez-Jarabo，Rubia，2001a)；具體詞比抽象詞誘發(fā)更大波幅的RP(Martin-Loeches，Hinojosa，F(xiàn)ernandez-Frias，Rubia，2001b)；開音節(jié)詞(open-class words)比閉音節(jié)詞(closed-class words)誘發(fā)的RP波幅值更大(Hinojosa et a1.，2001)。總之，RP波幅隨詞匯特征的不同而不同，這些詞匯特征只有通過適當(dāng)?shù)恼Z義加工才能識別(Martin-Loeches，2007)，因此，RP波幅反映了詞匯的早期語義加工。

Martin-Loeches，Hinojosa，Casado，Munoz和Fernandez-Frias(2004)采用RSS實驗范式與獲得N400的經(jīng)典實驗范式相結(jié)合。即在RSS中加入句子，使句子中的詞與無意義的背景刺激交替出現(xiàn)，句中最后一個詞與前后句子的關(guān)系分為一致與不一致兩類。結(jié)果表明.與上下文一致的詞在264ms記錄到RP，與上下文不一致的詞在頂枕部記錄到N400。這一結(jié)果使RP語義加工的觀點更為明確，即RP反映的是更早的語義加工過程，其本質(zhì)是自動化的。

3 識別電位兩種解釋的質(zhì)疑

到目前為止，有關(guān)RP的解釋仍然沒有達(dá)成共識，它究竟反映了大腦對視覺刺激的知覺分析過程，還是反映了受到自上而下加工調(diào)節(jié)的語義加工呢?

似乎視覺加工的觀點和語義早期加工的觀點都有解釋不了的實驗數(shù)據(jù)。例如，視覺加工的解釋不能解釋為什么詞匯類別(動物詞與非動物詞，具體詞與抽象詞等)以及上下文效應(yīng)導(dǎo)致RP波幅上的變化，也不能解釋為什么詞語啟動(Rudell＆Hua，1996a)、預(yù)先的提示信號(Rudell＆Hu，2001)都會影響RP的潛伏期；RP的語義加工觀點不能解釋為什么降低圖像的質(zhì)量、添加隨機(jī)點、加大刺激在視網(wǎng)膜上的刺激區(qū)域，會影響RP的波幅或潛伏期。

近來，Pu，Peng，Demaree，Song，Wei和Xu(2005)針對RP的語義解釋提出了質(zhì)疑，他們用假字、非漢字作為背景刺激，讓被試在不同的背景(假字或非漢字背景)中探測真字。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，在不同的背景條件下，真字誘發(fā)的RP在波幅和潛伏期上均不同。他們推斷，這一結(jié)果可能是由真字與背景字(假字或非字)在物理特征上的差異檢測導(dǎo)致的。

Hinojosa，Martin-Loeches，Munoz，Casado和Pozo(2004)讓兩組被試分別完成兩類任務(wù)：字母大小寫區(qū)分判斷任務(wù)和動物名字檢測任務(wù)。研究者認(rèn)為在兩類任務(wù)中被試對刺激加工的深度是不同的，前者屬于淺加工，后者屬于深加工。但結(jié)果表明，兩類任務(wù)中誘發(fā)的RP并無差異。這一研究結(jié)果是視覺加工理論和語義早期加工理論都無法解釋的。

另一些研究也發(fā)現(xiàn)類似的結(jié)果，例如，Dien等人(2003)用主成分分析法分析RP，發(fā)現(xiàn)源于左半球梭狀回的RP對詞語與上下文的符合程度敏感，而起源于右半球的RP則對非語義的維度敏感。這一研究結(jié)果也是視覺加工理論和語義早期加工理論都無法解釋的。

Martin-Loeches(2007)重新詮釋了RP的功能解釋，并否定了他先前提出的語義加工的觀點，轉(zhuǎn)而認(rèn)為RP可能反映了詞形分析階段的加工。這一加工過程與面孔加工模型(Bruce＆Young，1986)、物體加工模型(EllisYoung，1996)、人名視覺加工模型(BlackBehrmann，1994)類似。RP溯源可能在視覺詞形區(qū)(Visual Word Form Area，VWFA)，詞形分析是一個受到自上而下與自下而上信息加工雙重調(diào)節(jié)的階段，它接合了視知覺分析與語義加工提供的信息(Martin-Loeches，2007)。Dien(2009)持類似的觀點，認(rèn)為在250ms這一時段內(nèi)，不同通路的信息被快速激活以達(dá)到對語言的初步加工.此時刺激并末被真正的識別。

這一解釋強(qiáng)調(diào)RP反映了詞形分析階段的加工，實際上與Rudell的解釋相似，即RP反映了視知覺分析，因此也不能解釋為什么詞匯類別(動物詞與非動物詞，具體詞與抽象詞等)以及上下文效應(yīng)導(dǎo)致RP波幅上的變化。雖然這一解釋也認(rèn)為詞形分析是一個受到自上而下與自下而上信息加工雙重調(diào)節(jié)的階段，整合了視知覺分析與語義加工提供的信息，但是很難解釋視知覺分析與語義加工提供的信息是如何整合的。

因此，RP需要一個新的解釋，能夠解釋語義加工的觀點和視覺加工的觀點所不能夠解釋的實驗結(jié)果。

4 類別特征加工的新觀點

4.1類別特征加工解釋的基本觀點

新觀點認(rèn)為(zhang，Liu，Zhang，2009；Manuscript)，RP可能反映了視覺刺激的早期類別自動分揀機(jī)制，這一分揀機(jī)制是憑借類別特征的加工而實現(xiàn)的。這里所說的類別特征既可以是視覺的類別特征，也可以是語義的類別特征。兩類特征的加工誰主誰輔、誰強(qiáng)誰弱，取決于實驗任務(wù)，大腦具有高度的靈活性。類別特征加工能力是經(jīng)驗的結(jié)果，受學(xué)習(xí)的影響。

這一新觀點既承認(rèn)RP與視覺刺激的類別特征有關(guān)，例如，視覺刺激的物理特征發(fā)生變化的時候(如鏡像漢字與正像漢字、正立的漢字與旋轉(zhuǎn)之后的漢字、圖像質(zhì)量的高與低)，其類別特征發(fā)生了變化，所以會影響RP的潛伏期或波幅。

這一新觀點也承認(rèn)與自上而下的語義類別加工有關(guān)，主要體現(xiàn)為實驗任務(wù)的影響，例如。指導(dǎo)語要求被試識別漢字的時候，可識別的圖形和漢字的RP會有顯著的差別；指導(dǎo)語要求被試識別動物詞的時候，非動物詞和動物詞的RP會有顯著的差別。

4.2類別特征加工解釋的實驗證據(jù)

類別特征加工的觀點承認(rèn)RP與視覺類別特征有關(guān)，這已經(jīng)得到實證研究的支持。例如，可識別的真字和不可識別的假字的RP差異主要表現(xiàn)在潛伏期上，而不在波幅上fzhang et a1-2009)。這一研究結(jié)果說明，真、假字由于具有相同的類別特征(看上去像漢字)而無法在早期成分RP上分離開，二者的區(qū)分應(yīng)該發(fā)生在視覺刺激經(jīng)過類別分揀并輸送到漢字識別加工區(qū)之后的精細(xì)識別。張燁等的新近研究(zhang et a1.，Manuscript)結(jié)果進(jìn)一步證實類別分揀的存在.真、假字的分離出現(xiàn)在晚期成分上(如P300)。其次，類別分揀機(jī)制是以類別特征(如，漢字的特征)加工為基礎(chǔ)，這一假設(shè)也得到相應(yīng)的實驗證據(jù)(zhang，Yuan，Bao，Zhang，2008)。正常情況下的漢字識別的RP波幅總體偏高；但是在非正常的情況下(如鏡像漢字的識別)RP波幅因此會有不同程度地降低(zhang et a1.，2008)。Zhang等(2009)的研究結(jié)果顯示，正像漢字比鏡像漢字誘發(fā)的RP波幅更大。Zhang，Qiu，Huang，Bao和Zhang(in press)也指出，250ms左右出現(xiàn)類似RP的N2可能與詞形特征加工有關(guān)。

類別特征加工的觀點承認(rèn)RP與語義類別特征的加工有關(guān)，這也有實證研究的支持。Mari.Beffa等(2005)報告了一個與RP的潛伏期和地形圖分布極其相似的負(fù)成分，研究者認(rèn)為這一負(fù)成分對刺激的語義分類(如有生命與無生命的詞匯)敏感。又例如，Rudell和Hua(1996b)的研究讓漢一英雙語者按任務(wù)要求檢測不同類型的目標(biāo)詞(重疊的白色英語單詞、重疊的藍(lán)色漢字、或重疊的白色英文單詞與藍(lán)色漢詞)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，RP受任務(wù)指示的影響，隨目標(biāo)刺激類型的變化而變化。這可能是由于研究中使用了不同的顏色來標(biāo)示詞類，如白色的英文單詞和藍(lán)色的漢字，每一特定的顏色代表特定刺激類別，因此類別特征是RP在此研究中產(chǎn)生的主要原因。類似地，非字母格式塔模式(RudellHu，2000)和被試不認(rèn)識漢字(Hinojosa et a1.，2000)也可被看作是具有特殊類別特征的刺激，從而引起RP反應(yīng)。

類別特征加工的觀點認(rèn)為類別特征的加工能力是學(xué)習(xí)的結(jié)果，這也有實驗證據(jù)的支持。Rudell和Hua(1996a)認(rèn)為，知識經(jīng)驗是誘發(fā)RP的前提條件。也有研究發(fā)現(xiàn)(胡平，陳文峰，焦書蘭，2001，)，視覺系統(tǒng)內(nèi)的特異化區(qū)域的形成不是先天具有的，而是通過學(xué)習(xí)使特定特征組合形成的。再以Martin-Loeches等(1999)的發(fā)現(xiàn)為例。他們發(fā)現(xiàn)，越符合真字字形特征的刺激，誘發(fā)的RP越大。被試在完成檢測任務(wù)的過程中已建立起對每類刺激一般特征的印象。這樣，假詞誘發(fā)的RP與真字RP相似，而詞語碎片由于特征和特征間的組合關(guān)系與真詞相差甚遠(yuǎn)而沒有誘發(fā)RP反應(yīng)。

類別特征加工的觀點在理論上，符合大腦經(jīng)濟(jì)性的原則，具有一定的優(yōu)越性。對于不同類別的視覺刺激(例如漢字、英文、圖片等)，大腦是用不同的特異化區(qū)域進(jìn)行加工的，在這之前，腦憑借“類別分揀”機(jī)制將不同類別視覺刺激輸送到不同的特異化區(qū)域?qū)ζ溥M(jìn)行精細(xì)識別。從認(rèn)知經(jīng)濟(jì)的角度來看，類別特征加工的觀點具有一定的優(yōu)勢：人腦先對刺激的類別特征進(jìn)行加工，再將其輸送到相應(yīng)的“特異化區(qū)域”進(jìn)行加工，這樣可以防止相關(guān)的多個“特異化區(qū)域”之間的無序競爭，大大節(jié)省認(rèn)知資源。

5 識別電位研究展望

類別特征加工的觀點在某種程度上是對先前兩類主要解釋的繼承和拓展，但這一新觀點仍需要更多實證研究結(jié)果的支持和進(jìn)一步發(fā)展。未來的研究應(yīng)從以下幾個方面著手：

首先，類別特征加工的觀點承認(rèn)RP與視覺刺激的類別特征有關(guān)，也與語義類別特征有關(guān)，那么這兩類特征的加工是一種機(jī)制在不同條件下的不同表現(xiàn).還是它們本身就具有不同的機(jī)制?如果是不同的機(jī)制，那么什么時候自動啟動什么機(jī)制?語義類別特征是什么，視覺類別特征的關(guān)系是什么?兩種特征加工之間的關(guān)系是并行不悖的還是相互競爭、相互抑制的?這有待更深入的研究。

其次，從類別特征學(xué)習(xí)過程的角度揭示RP的本質(zhì)。因此，可以預(yù)言，類別特征的早期加工能力也是學(xué)習(xí)的結(jié)果，類別特征的假設(shè)表現(xiàn)出強(qiáng)烈的學(xué)習(xí)色彩。因此，進(jìn)一步研究可以考慮引入新穎刺激的學(xué)習(xí)過程，探討RP在不同學(xué)習(xí)階段上的特征，以進(jìn)一步揭示RP所代表的類別特征加工的習(xí)得機(jī)制。

再次，誘發(fā)RP的刺激材料應(yīng)多樣化。RP雖被界定為“識別電位”，但在Rudell和Martin-Leeches等人的研究中使用最多的刺激材料是詞匯，這容易導(dǎo)致將RP看作是語言的特異成分。類別特征加工觀點的相關(guān)研究仍是以詞匯為主要刺激，未來研究需要采用詞匯以外的多種多樣的刺激，以進(jìn)一步探討RP代表類別特征加工的普遍性。

最后，RP的研究應(yīng)結(jié)合多種數(shù)據(jù)記錄手段和分析方法。Dien等人(2003)開創(chuàng)性地使用了參數(shù)主成分分析法探討RP。這一結(jié)果也啟發(fā)了Martin-Leeches(2007)，他在文章中討論到VWFA與RP間的相關(guān)性。二者是否存在功能性聯(lián)系需要功能核磁共振技術(shù)(Functional Magnetic ResonanceImaging，fMRI)的介入。將fMRI與ERP結(jié)合使用來記錄RP激活過程及參與這一過程的相關(guān)腦區(qū)，能更好地檢驗RP與VWFA之間的關(guān)聯(lián)性。