中醫臟腑概念認知加工的事件相關電位研究

賴 敏 宋秋夢 黃慧雯,2 賈春華 李鵬英 劉丹彤

(1 北京中醫藥大學中醫學院，北京，100029；2 浙江中醫藥大學基礎醫學院，杭州，310053)

中醫使用源于自然、社會、哲學的概念隱喻地表達人體生理病理現象[1]；西醫則借助于自然科學的語言描繪人體在組織、細胞等水平的變化。但二者用相同的語言表示人體臟器概念，對中醫理論發展產生了諸多影響。近代中西醫論爭中，惲鐵樵指出“內經之五臟非血肉之五臟，乃四時之五臟”，揭示了藏象學說的奧秘，指出了中西醫學的方法論大不相同[2]。藏象理論研究的一個重要內容是厘清臟腑與解剖實體的關系，或認為臟腑概念包含又超越解剖之形[3]，或認為臟腑是在解剖認識的基礎上通過隱喻構建[4]，但至今尚未從實證層面揭示中醫臟腑概念的認知特點。

雙重編碼理論將所有概念分為抽象和具體兩大類，認為對概念的認知依賴于功能獨立但互相聯系的語言表征和圖像表征系統[5]。具體概念可通過語言和圖像2種方式表征；抽象概念則只能通過語言間接地與圖像表征建立聯系[6]。可成像性是區別具體概念與抽象概念的一個重要因素。解剖圖是如實描繪人體各部形態、位置的圖像，在解剖器官學習中得到廣泛有效地使用，由此形成的器官概念具有圖像表征，屬于具體概念。臟腑圖是古代中醫表現五臟六腑形態、位置的圖像，但在藏象理論的學習過程中并未使用。臟腑功能、特性及相互關系依靠文本描述，且中醫藏象理論強調臟腑不僅是形態學結構的臟器[7]。臟腑概念是否與2種臟器圖像建立表征關系，反映了其加工特性。事件相關電位(Event-related Potential，ERP)可用于探索概念、圖像的加工特點。因此，本實驗通過比較在2種詞語任務(臟器概念匹配和臟腑術語整合)的上下文語境中，中醫相關專業學生從解剖圖與臟腑圖中提取相應概念的差異，探究中醫臟腑概念加工的特性。

1 資料與方法

1.1 資料

1.1.1 研究對象 北京中醫藥大學的26名中醫相關專業在校學生，其中女生13名，男生13名；本科生15名，研究生11名；年齡19～30歲，平均年齡(23.31±2.90)歲。所有被試者已完成中醫基礎理論、內經選讀、解剖學等課程，沒有繪畫相關的專業知識；身心健康，且為右利手；均已完成5次以上臟腑圖和解剖圖識別訓練，并通過圖片命名測試且正確率在90%以上。實驗前都已簽署知情同意書。實驗獲得北京中醫藥大學倫理委員會批準(倫理審批號：2019BZHYLL0402)。

1.1.2 圖像材料 臟腑圖來自中醫典籍的單個臟腑圖像，為黑色線條圖。解剖圖來自西醫解剖學、解剖學圖譜等書的彩色或灰黑白圖片。請專業繪圖人員對所有圖片進行重新描畫，處理成清晰度、大小一致，500×500像素jpg格式的白底黑色線條圖，清除文字和無關的線條。并以五點評分問卷收集了28名被調查者的圖片視覺復雜性和表象一致性評分。分別選取臟腑圖和解剖圖各31幅。表1是圖片類別和數量；表2是圖片的視覺復雜性和表象一致性評分。為了豐富實驗材料和不引起被試者的預期判斷，2種圖片各有17幅重復出現1次。

表1 圖片類別及數量(個)

表2 2類圖片的兩項特征總平均數分)

1.1.3 文本材料 臟器概念包括肝、心、脾、肺、腎、胃、膽、大腸、小腸、膀胱。臟腑術語選擇以臟腑概念為首詞的4字中醫臟腑術語(如心主神明)，小部分臟腑概念為雙字詞的有5個字。所選詞語均來自《中醫基礎理論》《中醫診斷學》《內經選讀》等常用中醫學教材；沒有經過人為修改。共篩選出154個臟腑術語。在其中加入82個同樣結構的西醫器官術語(如心肌梗死)以及與中西醫無關的四字詞語(如心力交瘁)，讓被調查者對詞語所描述的臟器概念屬性進行評定，判斷詞語描述的是中醫、西醫、二者都是或二者都不是。收回有效問卷38份，根據問卷剔除了20個臟腑術語，如“肺司呼吸”“心主血脈”“胃脘痞滿”“腸虛滑瀉”等。對術語的熟悉性用五點評分量表進行評分(從1到5，其中1代表非常生疏，5代表非常熟悉)，收回有效問卷39份。熟悉性平均得分(4.70±0.65)分，說明所選的詞語都是中醫相關專業學生較為熟悉的，并且熟悉程度相差不大。

1.1.4 圖文組合的刺激材料 實驗a圖文材料：將臟腑圖、解剖圖與對應的臟器概念配對形成臟腑圖文一致組、解剖圖文一致組各48個，圖片概念錯配形成不一致組各48個。見表3。實驗b圖文材料：依據熟悉度、詞語結構、所涉及的臟腑將臟腑術語分成2組。將臟腑概念替換成對應圖片，形成如表4的實驗材料，得到臟腑圖術語正確組和解剖圖術語正確組各48個；將匹配順序錯置并檢查形成臟腑圖和解剖圖術語錯誤組各48個；請2位中醫學專業學生對匹配形成的實驗材料進行預測試，將匹配所需反應時間較長，難度較大者予以替換。為了進一步減少2組術語差異帶來的實驗誤差，將2組術語與臟腑圖、解剖圖交換配對形成新的實驗材料組，2組實驗材料在被試間平衡使用。

表3 實驗a刺激材料舉例

表4 實驗b刺激材料舉例

1.1.5 儀器 腦電實驗應用Compumedics公司生產的Neuroscan腦電采集系統，使用64導電極帽，采用Curry 7記錄腦電數據，使用E-prime 2.0記錄行為學數據。

1.2 方法

1.2.1 實驗設計與程序 2個實驗分別采用圖詞匹配范式和圖詞整合范式，設計為2(臟腑圖與解剖圖)×2(一致與不一致)和2(臟腑圖與解剖圖)×2(術語正確與術語錯誤)。在白色背景屏幕的中心呈現黑色字體或線條圖片。實驗前用非實驗材料進行適量練習。實驗流程為圖片和文本相繼呈現。見圖1。實驗a判斷文本與圖片所示概念是否一致；實驗b判斷文本與圖片所整合的臟腑術語是否正確。要求被試者在文本呈現后盡可能正確又快速地進行判斷并做按鍵反應；正確按“J”鍵，不正確按“F”鍵。實驗單個施測，由計算機記錄被試者的反應時和正誤。單個實驗包括192個試次，分成4組，每完成48個試次休息，完成2個實驗大約30 min。

圖1 實驗流程

1.2.2 數據記錄與分析

1.2.2.1 行為學數據 采用E-prime 2.0記錄被試者的行為學數據，其中包括每一個試次的反應時和反應正誤。分別統計實驗a臟腑圖文一致和解剖圖文一致條件，實驗b臟腑圖術語正常與解剖圖術語正確條件下，每個被試者的平均反應時和正確率。

1.2.2.3 腦電數據 數據采集的電極位置及參數設置參考相關文獻[9]。數據離線處理流程為轉換參考、基線校正、濾波、去偽跡、去除眼電和壞段、分段以及平均，具體操作及參數設置參考相關文獻[9]。分析腦電時程均為圖片或文本呈現后的-200～2 000 ms。分別對實驗a臟腑圖、解剖圖文一致條件，實驗b臟腑圖、解剖圖術語正確條件下，被試者做出正確反應引起的腦電進行疊加平均。從總平均波形圖觀察到，在圖片刺激呈現后，2個實驗的臟腑圖和解剖圖條件均在前額區、額區、前顳區誘發一個270～470 ms的負波成分。在文本刺激呈現后，2個實驗的臟腑圖和解剖圖條件均在前額、額、額中央及中央區誘發一個700～1 400 ms的晚期正成分(Late Positive Component，LPC)，且實驗b誘發的腦電范圍更大，還包括中頂區及頂區。分別獲取2種圖像在圖文一致和圖術語正確條件下各電極點的平均波幅。

1.3 統計學方法

1.3.1 行為學數據 采用SPSS 23.0統計軟件分析，對26個被試者在單個實驗2種圖片類型條件下的平均反應時和正確率分別進行檢驗，若數據符合正態分布，則使用配對t檢驗，否則使用Wilcoxon符號秩檢驗。實驗a的正確率和平均反應時以及實驗b的正確率均不符合正態分布，采用Wilcoxon符號秩檢驗。實驗b的平均反應時符合正態分布，采用配對t檢驗。

1.3.2 腦電數據 采用SPSS 23.0統計軟件對選取電極點的平均波幅進行重復測量方差分析，并用Greenhouse-Geisser法校正方差分析的結果。400 ms事件相關電位負波(Negative ERP Component Peak Around 400 ms，N400)：對圖片刺激呈現后誘發的270～470 ms負波成分的平均波幅進行2(條件：臟腑圖、解剖圖)×3(腦區：前額區電極點FP1、FP2；額區電極點F3、F4；前顳區電極點FT7、FT8)×2(半球：左側電極點FP1、F3、FT7；右側電極點FP2、F4、FT8)3因素重復測量方差分析。

1.3.3 LPC 對實驗a文本刺激呈現后誘發的LPC成分平均波幅進行2(條件：臟腑圖、解剖圖)×4(腦區：前額區電極點FP1、FPZ、FP2；額區電極點F3、FZ、F4；額中央區電極點FC3、FCZ、FC4；中央區電極點C3、CZ、C4)×3(半球：左側電極點FP1、F3、FC3、C3；中部電極點FPZ、FZ、FCZ、CZ；右側電極點FP2、F4、FC4、C4)3因素重復測量方差分析。對實驗b文本刺激呈現后的LPC成分平均波幅進行2(條件：臟腑圖、解剖圖)×6(腦區：前額區電極點FP1、FPZ、FP2；額區電極點F3、FZ、F4；額中央區電極點FC3、FCZ、FC4；中央區電極點C3、CZ、C4；中央頂區電極點CP3、CPZ、CP4；頂區電極點P3、PZ、P4)×3(半球：左側電極點FP1、F3、FC3、C3、CP3、P3；中部電極點FPZ、FZ、FCZ、CZ、CPZ、PZ；右側電極點FP2、F4、FC4、C4、CP4、P4)3因素重復測量方差分析。

2 結果

2.1 行為學結果 實驗a 2種條件的正確率和平均反應時差異均無統計學意義(Z=-0.60，P=0.56；Z=-0.72，P=0.47)；實驗b 2種條件的正確率差異無統計學意義(Z=-0.34，P=0.73)。實驗b 2種條件的平均反應時差異無統計學意義(t=-0.26，P=0.80)。見表5。

表5 行為學正確率與平均反應時

2.2 ERP結果

2.2.1 N400成分

圖2 圖片呈現后誘發的N400平均波形

2.2.2 LPC成分

圖3 詞語呈現后誘發的LPC平均波形

表6 N400(270～470 ms)和LPC(700～1 400 ms)的3因素重復測量方差分析結果

3 討論

3.1 實驗統計結果分析 在2個實驗中，臟腑圖和解剖圖條件的平均反應時和正確率差異均無統計學意義，這說明2個條件的任務難度相差不大。一方面為了將圖片加工與圖文整合的過程區分開，實驗流程設置為先呈現圖片，后呈現文本，給予了被試者充足的時間加工圖像信息；另一方面被試者在實驗前均較好地完成圖片學習，對2種圖片都較為熟悉，并且正確率均值在85%以上，也反映2個實驗任務比較簡單。因此，臟腑圖和解剖圖的加工差異沒有反映于正確率和平均反應時；2種條件下腦電成分的差異應歸因于不同的認知過程，而不是實驗任務的難度[10]。

對于圖片刺激誘發的270～470 ms負波成分，實驗a中臟腑圖和解剖圖條件在前額、額區出現顯著差異，臟腑圖條件的負波成分波幅更大；實驗b中2種圖片在前額、額區的差異不顯著，而在前顳區出現解剖圖的波形更負；并且實驗b中圖片刺激引起的腦電成分表現出更明顯的右半球偏側化；說明實驗任務對圖片類型以及加工半球都產生了影響。對于文本刺激呈現后誘發的700～1 400 msLPC，實驗a中臟腑圖和解剖圖條件在左右側半球均有顯著差異，臟腑圖條件的波形更正；實驗b中2種圖片的差異范圍明顯縮小，僅在左側、中部的前額區和右側額區，臟腑圖條件的波形更正，在右側頂區，則出現解剖圖條件更正；并且實驗b的右半球偏側化現象比實驗a更明顯，這些都表現了圖片概念匹配與圖片術語整合的后期加工差異。

3.2 N400：提取2種臟器圖像的語義表征 圖像的語義信息加工過程分為：由感知構建對象的知覺表征、將知覺表征與存儲的物體相匹配以及檢索對象的語義信息；且這些過程不是線性獨立而是交織發生的[11]。N400是一個與語義加工相關的ERPs負成分，在頭皮各區廣泛分布，可以由各種有意義的刺激材料(文本、圖片、聲音、面部表情等)引起[12]。對圖形材料更精細的語義加工比詞語材料引起的N400更靠前部腦區[13]。語義異常和語義啟動是引起N400的常用實驗范式，在這些實驗任務中，語義不一致、不相關比一致、相關條件引起的N400波幅更負[14]。N400被認為反映了上下文誘導的語義預激活或是詞語整合到上下文的難易[15]。Lau等[14，16]通過比較N400在語義啟動和語義整合任務的響應情況和地形分布，認為N400波幅高低反映了訪問存儲的語義表征，而不是進行語義整合的難易；將語義訪問和語義整合過程分離的實驗結果也支持N400反映了語義信息檢索而不是整合過程[17]。

本研究中，2個任務的流程相同，都是在形成圖像表征的基礎上提取語義表征，與之后的文本進行匹配或整合。圖像的加工過程一致，并且不受到決策或反應的影響。但受到實驗任務的影響，實驗a是在臟器概念匹配任務下提取語義信息，實驗b是在中醫臟腑術語的上下文語境中提取語義信息，2種圖片的N400波幅差異從前額、額區臟腑圖更負到右側前顳區解剖圖更負。從實驗a到實驗b，臟腑圖在前額、額區的波幅變小更多，解剖圖在前顳區的波幅增大更明顯。在識別記憶任務中，額葉N400被認為是由基于熟悉度的特定加工過程引起[18]，也有研究認為其和標準N400一樣反映了概念的語義加工，額葉N400與N400重復效應或概念啟動類似，重復刺激提高了概念處理的流暢性，表現為波幅減少[13，19-20]；而前顳葉和下顳葉是語義處理的關鍵區域，對物體的成功識別依賴于前顳葉區域進行的語義處理[11,22]。右側前顳區的N400或許反映了實驗任務對語義加工的影響，實驗b中圖片加工的右半球偏側化現象證實了這種自上而下的影響存在。2種圖片的加工差異變化，一方面是實驗進行過程中，2種圖片的重復出現促進了大腦加工，圖像表征變得更容易，表現為前額、額區的波形變小，其中臟腑圖因為更不熟悉，所以變化更為明顯；另一方面，在中醫臟腑術語的語境下，從2種圖片中提取臟器概念的難度都有增加，表現為右側前顳葉分布的負波成分波幅更大，而解剖圖變化更顯著。或是解剖圖與臟腑概念之間的相關性降低，不再具有表征相應概念的優勢，或是解剖圖所激活的語義網絡與臟腑術語的上下文語境存在沖突，導致解剖圖的語義表征提取需要耗費的認知資源增加。這說明臟腑概念與2種圖像，尤其是解剖圖沒有形成對應表征關系，大腦對臟腑概念的加工更類似于抽象概念。

3.3 LPC：圖文臟器概念匹配與臟腑術語整合的后期加工 圖片與文本的整合被認為是一個先分后總的加工過程，即在圖片和文本的感知基礎上分別形成的圖像表征和語義表征，通過共同的語義網絡，最終與先驗知識整合形成連貫的心理表征[10,22]。圖片和單詞的語義加工激活不同的大腦區域，但以相似的方式整合到上下文中，共享一個語義網絡[23-25]。LPC是在晚期誘發的一個復合正成分，潛伏期跨度較大，可以從非常早到非常晚，最初由句法異常引起，反映了句法分析的難度[17,26]。對語義錯覺效應的解釋，以及分離語義整合和句法再分析過程的實驗結果，均支持LPC不僅僅表現了句法的再加工，而是一般的整合過程[17,27]，反映了形成連貫心理表征所進行的構建、修改或更新等整合過程[25,28]。

圖像與文字的特征差異主要影響早期的ERPs成分[29]。在一項文本與文本、圖片與文本分別整合的對比實驗中，引起的LPC分布相似、平均振幅沒有差異，說明圖文與文文的整合共享一個語義網絡[10]。但在實驗a中，2種圖片提取的語義信息相同，匹配的文本語義也一致，卻出現了顯著的差異，2種圖片的圖像表征應當也參與了后期整合。這或許是由不同的實驗任務導致，文文和圖文整合任務是形成連貫的語句，而實驗a是圖像與語義的匹配。因此實驗a中臟腑圖與解剖圖條件引起的LPC波形差異，應由不同的臟器圖像表征與對應概念匹配所致。解剖圖更符合臟器概念的心理表征，匹配時所需的額外加工更少，投入的認知資源更少，LPC波幅更小；臟腑圖則更不典型且缺乏真實性，成功完成圖文匹配需要進一步分析加工，引起的LPC波幅更正。2種圖像的表象一致性評分也說明，臟腑圖評分更低，更不符合相應臟器概念的心理圖像，與臟器概念的關聯性更弱。相對于圖文語義匹配，在實驗b圖術語整合任務中，提取的語義信息需要整合到更為復雜的結構化表征中，因此引起的LPC波幅更大、范圍更廣。并且與既往的研究一致，臟腑術語加工呈現出顯著的右半球偏側化，抽象名詞和動詞的組合結構促使了中醫術語經由隱喻理解加工[9]。同樣是形成相同的連貫語句，實驗b在前額、額區及右側額、頂區存在小范圍差異，這一點較難解釋，可能與臟腑術語加工的自上而下影響有關。

本研究存在的不足是僅選取了臟器的線條圖，沒有將真實的解剖圖像納入臟腑概念加工的考察中。其次是研究的被試群體均為中醫專業醫學生，不能反映中醫醫生群體對臟腑概念的加工特點。

4 小結

本研究通過比較在不同語境下，中醫相關專業學生從臟腑圖和解剖圖中提取語義信息的差異，探究中醫臟腑概念的加工特點。實驗結果發現不同實驗任務的語境對圖片的語義提取產生了明顯影響。在臟器概念匹配的語境中，解剖圖比臟腑圖更接近真實臟器，具有整合相應概念的優勢。在臟腑術語的上下文語境中，2種圖片提取語義表征的難度均增加，且解剖圖更明顯，說明臟腑概念與解剖圖像并未形成對應表征關系；中醫臟腑術語表現出右側半球加工優勢，與中醫術語的隱喻理解加工有關。因此，盡管中醫臟腑與解剖器官用相同的文本表示，但中醫相關專業學生在長時記憶中沒有形成臟腑概念的相應圖像表征，其對臟腑概念的加工更類似于抽象概念。