物體的顏色知識和運動知識的獨立性表征

陳靜,柳妍,劉方松,宋魯平,韓在柱,畢彥超

語義記憶(semantic memory)是指大腦對一般知識和規律的記憶,它與特殊的地點、時間無關。關于語義記憶在大腦中的組織方式,目前一個比較流行的理論是Allport提出的分布式語義表征,它認為語義記憶是按照功能和腦區不同的特征通道來組織的,這些通道包括視覺屬性通道(顏色、運動信息、大小和形狀),非視覺屬性通道(功能、操作和動作、聲音、嗅覺、味覺和觸覺)[1]。

分布式語義表征在臨床研究和腦功能成像實驗研究中得到了支持。例如,人們發現物體的操作知識和功能知識是相對分離的：Buxbaum采用圖片和詞匯任務分別考察失用癥和非失用癥的腦卒中患者操作知識和功能知識,發現失用癥患者表現出操作知識顯著差于功能知識;非失用癥患者功能知識差于操作知識[2]。Boronat通過f MRI實驗也證明功能知識和操作知識的分離,功能知識特異性加工的腦區在頂內溝邊界的左頂下小葉[3]。顏色和形狀、功能知識的相對分離：Miceli對某腦損傷患者進行一系列的行為測驗,發現患者的顏色知識受損,而形狀知識和功能知識相對完好,表現出了顏色知識和形狀知識、功能知識的單分離[4]。大小知識和其他視覺知識的相對分離：一些研究發現視覺層面的大小知識與形狀,顏色的分離[5-8]。運動知識和其他知識的相對分離：對顏色、形狀、運動的知識的研究發現,顳葉的腹部主要加工顏色和形狀知識,顳葉的外側主要加工運動知識[9-10]。聲音知識與其他知識的相對分離：通過對比聲音知識和形狀知識、抽象知識激活的腦區,發現在顳極前側的上部對聲音知識的激活大于其他知識[11]。通過對比聲音知識和動作知識等的激活情況,發現了聲音知識和動作知識有不同的敏感腦區[12-13]。

臨床研究中發現的不同特征知識分離現象,以及在腦功能成像實驗研究中發現的某一特征的知識相對于其他知識在腦區上具有更強的激活(甚至是特異性激活),表明不同特征知識在功能和腦區上可能是相對獨立的。但是以往的研究也存在一些局限：①臨床研究上發現的分離一般都是單分離或者小樣本上發現的個案分離,任務難度或者個案患病前的情況都可能導致這種分離現象,因此它并不能很好說明兩種認知成分是真正的分離;②由于功能影像研究結果不能說明因果關系,因此不同特征知識激活腦區的差異并不能很好證明不同的特征知識在功能上是分離的。本研究采用大樣本的腦損傷患者為被試,探討被試在物體顏色知識和運動知識上是否存在雙分離,避免了單分離中可能存在的任務難度影響和個案解釋力度不夠的問題。

1 對象與方法

1.1 研究對象 隨機選取2009年8月～2010年3月在中國康復研究中心住院和門診治療的腦損傷患者39例。入組標準：①年齡在20歲以上,受教育年限≥6年;②各種類型的腦損傷患者;③首次腦損傷;④穩定期患者：從腦損傷到測驗至少1個月;⑤沒有其他神經、精神問題,如酗酒、嚴重抑郁等;⑥聽力正常,能完成簡單的認知任務,能理解簡單的指導語。其中男性34例,女性5例,年齡(45±11.69)歲;受教育年限(14±3.4)年。

正常對照組：與腦損傷患者年齡、教育年限匹配(P＞0.05)的正常成人39例。其中男性23例,女性16例,年齡(49±9.69)歲;受教育年限(14±4.02)年。

1.2 方法

1.2.1 測驗工具 顏色知識屬性判斷測驗(N=30)：考察被試在加工物體顏色知識時的損傷情況。在觸摸屏上方呈現一個問題(如黑白相間的動物是),觸摸屏下方將呈現兩個選項(如大熊貓和青蛙),讓被試判斷下方的兩個選項中哪一個選項最合適。為了排除詞匯識別的影響,在實驗過程中,同時給被試呈現聽覺通道的實驗材料。

運動知識屬性判斷測驗(N=30)：考察被試在加工物體運動知識時的損傷情況。在觸摸屏上方呈現一個問題(如跑得比較慢的是),觸摸屏下方將呈現兩個選項(如企鵝和鴕鳥),讓被試判斷下方的兩個選項中哪一個選項最合適。為了排除詞匯識別的影響,在實驗過程中,同時給被試呈現聽覺通道的實驗材料。

1.2.2 實施方法 采集腦損傷患者的一般情況和病史。由合格的主試給出指導語,待被試明白要求之后進行測驗,讓被試用手指點擊要選的答案,通過電腦記錄被試反應。

1.3 統計學方法 為了控制兩個任務的任務難度,根據正常對照組在這兩個任務上正確率的平均數和標準差,得到腦損傷患者在這兩個任務上正確率的 Z分數,將所得 Z分數進行群組分析和個體分析。

群組分析：對患者在兩個任務上正確率的 Z分數進行Pearson相關分析。

個體分析：采用 Crawford和 Garthwaite 2007年開發的分離軟件考察患者在兩個任務上是否存在經典分離或強分離[14]。經典分離是指被試在某個任務上的成績正常,在另一個任務上的成績顯著低于正常人;強分離式指被試兩個任務上都低于正常人,同時某個任務上的成績顯著低于另一個任務的成績。

2 結果

在群組水平,患者兩個任務上的成績呈正相關(r=0.813,P＜0.05)。在個體水平,Crawford和 Garthwaite分離軟件分析,發現39例腦損傷患者中10例在兩個任務上表現出分離：其中4例患者在顏色知識屬性判斷任務上成績與正常對照組沒有顯著性差異,而在運動屬性判斷任務上顯著差于正常人。1例患者在運動知識屬性判斷任務上與正常對照組沒有顯著性差異,顏色屬性判斷顯著差于正常對照組。兩組行為模式表現出經典的雙分離。此外,5例患者在顏色知識屬性判斷和運動知識屬性判斷上都顯著差于正常對照組,但是其中1例運動知識顯著差于顏色知識,4例顏色知識顯著差于運動知識,表現出強雙分離。

3 討論

本研究顯示,腦損傷患者在顏色知識屬性判斷和運動知識屬性判斷上的正確率正相關,說明這兩個任務在一定程度上考察相同的認知過程,或者在完成這兩個任務中應用相同的認知加工模塊。在這兩個任務中,材料都是以詞匯的形式呈現,完成這個任務涉及詞匯加工的過程;同時材料中使用句子,任務也涉及句子理解的加工過程。由于本研究中的大部分腦損傷患者是腦卒中患者和腦外傷患者,以往大量研究表明腦損傷會導致語義損傷和詞匯理解問題[15-16],因此本研究中的高相關也可能是由于患者的整體概念損傷和詞匯理解困難,或者患者腦損傷的面積過大,導致負責顏色加工的腦區和負責運動知識加工的腦區同時損傷。進一步的行為-病灶對應分析有助于解釋群組分析上的高相關。

雙分離現象經常用于研究兩個認知過程在大腦中相對獨立表征關系。如果兩個認知過程在被試間表現出雙分離現象,說明這兩個認知過程在大腦中是相對獨立表征的,即一個認知過程不受另外一個認知過程的影響,可以獨立損傷。在本研究中,患者在顏色知識屬性判斷和運動知識屬性判斷任務上表現出雙分離現象,說明顏色知識和運動知識在大腦中是相對獨立表征的,這一結果與以往的功能影像研究和腦損傷研究一致。PET和功能核磁研究發現,當被試命名物體的典型顏色或者核證物體的顏色知識時,顳葉腹側皮層有更強的激活[17-22]。腦損傷臨床研究發現,顳葉腹側皮層的損傷會導致顏色失認癥[4,23-24]。而運動知識更強地激活顳葉外側顳中回后部和顳上溝后部[9,25-27]。損傷研究發現,顳上回后部、前運動皮層的損傷會導致患者的生物運動知識受損[28-30]。加工顏色和運動知識引起不同腦區的激活,以及不同腦區損傷導致顏色或運動知識的受損,表明顏色和運動知識的相對獨立性。本研究中顏色知識和運動知識的雙分離現象表明物體顏色知識和運動知識在大腦中是相對獨立表征的,與語義概念分布式表征理論一致。

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