本文描述了一种语义启动事件相关电位(ERP)任务,该任务使用模态内配对的图片和词语,以研究自闭症谱系障碍(ASD)个体的语义加工过程。
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本文描述了一种语义启动事件相关电位(ERP)任务,该任务使用模态内配对的图片和词语,以研究自闭症谱系障碍(ASD)个体的语义加工过程。
自闭症谱系障碍(ASD)个体在理解语言意义(即语义加工)方面存在典型缺陷。然而,一些证据表明,ASD个体对非语言刺激的语义加工能力是完整的,提示语义缺陷可能仅限于语言领域。为了准确刻画ASD个体的语义加工缺陷,有必要对同一感觉通道内的语言刺激(例如,书面词汇)和非语言刺激(例如,图片)进行比较。本文介绍了一种在同步记录脑电图(EEG)数据期间采用语义启动范式的实验方法。EEG能够动态测量大脑活动,非常适合检测在行为水平上难以观察到的语义加工细微差异。语义启动范式首先呈现一个启动图片或词语(例如,狗),随后呈现一个与启动项相关(例如,猫)或不相关(例如,铅笔)的目标图片或词语。因此,该范式可用于评估不同模态下的语义加工,并比较ASD个体与典型发育(TD)个体在词汇-语义和视觉-语义加工能力上的差异。本文详细讨论了刺激材料制作、EEG测试实施以及EEG数据处理的具体步骤。代表性结果展示了事件相关电位(ERP)中的N400成分在语义相关启动-目标配对条件下的波幅较语义不相关条件有所减小。通过对不同条件、不同模态及不同群体间的N400成分进行比较,可以评估语义加工的成功程度,从而用于刻画ASD个体或其他临床人群中的语义加工缺陷。
认知心理学领域的研究人员长期以来一直关注人们如何理解语言的意义。语言加工涉及一系列复杂性逐步增加的步骤,从字母和单词识别,到语义加工,再到句法分析。语义加工指的是获取刺激材料的意义,这种刺激可以是词语、图片或声音。在完成最初的词语识别步骤之后,获取词语意义(即语义)是语言加工过程中的关键环节。语义整合是指将不同刺激的意义进行整合以理解它们之间关系的过程,对句子理解等高级语言加工至关重要。理解句子意义不仅需要获取句中每个词语的含义,还需要将各个词语的意义整合起来,形成对句子整体意义的连贯理解,即"要旨"。
自闭症谱系障碍(ASD)个体通常在语言理解方面存在显著缺陷1。一些证据表明,这些困难源于语义加工和整合方面的缺陷2,3,4。然而,其他研究提示,当材料以非语言形式(例如,视觉或听觉)呈现时,ASD个体并未表现出语义加工缺陷3,5,6。这些发现表明,ASD中的语义加工缺陷可能仅限于语言形式(即,书面或口头语言)。因此,对比不同模态的研究方法有助于揭示语义加工缺陷是特定于语言领域的,还是反映了一种普遍存在的信息加工方式。本文旨在介绍一种在同步进行电生理记录的同时,利用语义启动任务比较不同模态下语义加工的方法学。
语义启动范式在研究语义加工如何影响低层次词汇识别方面具有悠久的历史7,8。在传统的语义启动任务中,首先呈现一个启动词(例如,cat),随后呈现一个目标词,该目标词与启动词在语义上可能是相关的(例如,dog)或不相关的(例如,book)。此类任务通常在词汇判断任务的背景下进行,即要求参与者判断目标词是否为真实存在的词。其他范式可能要求参与者对目标词进行语义分类,或判断两个刺激之间是否存在关联。无论具体任务形式如何,数十年的研究证据一致表明,与启动词语义相关的目标词的反应时(RTs)比不相关的目标词更短。
这种"语义启动效应"在理论解释中被认为由多种机制引起7,8。其一为语义网络中的自动扩散激活机制,即启动词意义的提取会激活其他语义相关词(包括目标词)的意义,从而减少目标词语义激活所需的时间。第二种理论机制是预期机制,认为当被试看到启动词时,会产生一组预期的可能目标词;若目标词属于该预期集合,则会被更快识别。此外,还有研究者提出了词汇后语义匹配机制,该机制用于判断启动词与目标词之间是否存在语义关联。无论具体机制如何,语义启动均可作为语义加工与整合的有效指标。该范式不仅限于词汇刺激,还可用于研究非语言刺激(如图片)的语义启动9,以及跨模态语义启动(例如,词语与图片之间)3。
语义启动效应在心理语言学文献中已被广泛研究,相关研究涉及启动词与目标词之间的关系类型、启动词和目标词呈现的时间安排,以及许多其他实验操控8。该效应的电生理相关指标也已得到充分表征10。脑电图(EEG)是一种通过记录头皮表面电活动变化来测量神经活动的方法。在语义启动范式中,EEG是一种理想的方法选择,因为它具有极佳的时间分辨率(毫秒级,ms),因此即使在缺乏行为效应或行为反应的情况下,也能揭示不同条件或组别之间语义加工的细微差异。
事件相关电位(ERPs)是指脑电图(EEG)在特定刺激或行为发生后出现的与时间锁定的变化。根据反应的时间和极性不同,ERP 的不同成分反映了认知加工的不同方面。N400 成分是语义加工和语义整合的可靠指标11,12(尽管也存在其他多种解释10,13)。当语义整合较为容易时(例如在语义启动范式中,启动词与目标词在语义上相关),N400 的波幅会减小;而当语义整合较为困难时(例如两个词语之间无语义关联),N400 波幅则较大。重要的是,相关与不相关条件之间的波幅差异(即 "N400 效应")并不仅限于语言领域。N400 效应在非语言模态中同样可以观察到,例如对语义相关与不相关的图片对或环境声音的反应中14,15,16,17。因此,N400 成分对于当前范式而言是一个有用的 ERP 指标,因为它可作为跨模态的语义加工与整合能力的评估手段。
自闭症谱系障碍(ASD)个体在面对语言刺激时表现出减弱或缺失的语义启动效应和N400效应2,3,4,提示其语义加工能力存在障碍。此类效应在视觉-语义和听觉-语义刺激下均被观察到3,5,6,支持了语义加工障碍在语言刺激中具有选择性的观点。然而,以往大多数比较不同感觉通道的研究采用了跨通道启动范式,即启动-目标刺激对中包含词汇刺激。鉴于ASD个体可能存在语言刺激语义加工缺陷,这类跨通道刺激可能影响实验结果。为了真正探究ASD个体的语言语义加工是否具有选择性损伤,必须采用通道内词汇与非词汇刺激对进行研究。在最近的一项研究中,Coderre et al.6首次直接比较了通道内词语与图片的语义启动效应,以考察ASD成人(年龄18–68岁)的语义加工缺陷。ASD个体与典型发育(TD)个体观看了成对的图片和词语,并被要求判断这些刺激是否相关。在此语义启动任务过程中,通过脑电图(EEG)记录被试的脑活动。通过比较不同组别和感觉通道之间的N400效应,该实验范式为理解ASD个体语义加工的本质提供了重要见解。
本文旨在介绍Coderre 等6所采用的语义启动事件相关电位(ERP)研究方法。尽管该范式最初用于研究自闭症谱系障碍(ASD)成人的语义加工,但它也可能对希望探索典型发育(TD)个体或特定临床人群词汇-语义和视觉-语义加工神经机制的研究者具有重要价值。
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本文所述所有方法均经约翰斯·霍普金斯大学机构审查委员会批准,原始研究6在该校开展。
1. 创建刺激材料
2. 任务编程
3. 脑电图检测
注意:此处描述的具体操作步骤适用于 EGI 系统。若使用其他系统,操作步骤可能有所不同。
4. 脑电图预处理

图1:实验示例与时间线。(A)图片与词语刺激示例。(B)刺激呈现的时间线。该图已获 Coderre et al.6 许可转载。请点击此处查看此图的放大版本。
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如果刺激材料已恰当地分为相关和不相关条件,则应在词语和图片刺激上均观察到N400效应(图2)。该效应表现为不相关条件下的负波幅大于相关条件。对于词语刺激,该效应应出现在300–500 ms时间窗内的中央或中央顶区头皮6,10。对于图片刺激,该效应可能出现得略早,或在额区分布更为明显9,15,16。
统计分析可通过比较相关与不相关条件下的平均波幅来检验N400效应的显著性。该分析可在单个电极或多个电极上进行。通过在统计模型中纳入电极位置和/或偏侧性,可评估该效应的空间分布范围。可采用大规模单变量...
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本文报道了开发一种采用图片和词语刺激的语义启动事件相关电位(ERP)范式的关键步骤,旨在探索自闭症谱系障碍(ASD)个体的语义加工缺陷。主要步骤包括刺激材料的制备、任务程序的编写,以及脑电图(EEG)的测试与数据分析。该过程中最耗时的部分可能是刺激材料的创建,因为需要在刺激对之间及内部、实验条件和呈现方式之间,对诸如长度、频率和语义相关性等变量进行仔细匹配。因此,可能需要进行大量的预实验测试,以确保最终的刺激材料集合适有效。
尽管本文所包含的建议以及本方法所依据的先前研究6针对的是成年被试(年龄18–68岁),其中包括或不包括自闭症谱系障碍(ASD)个体,但该实验范式可轻松扩展至儿童或青少年群体。事实上,已有其他研究在有或无ASD的儿童中采用类似的语义启动脑电图(EEG)范式,以比较不同模态下的语义加工过程3。在针对不同年龄和发展阶段进行调整时,需考虑若干因素。例如,可将刺激材料限定为使用频率较高的词汇,以确保所有儿童均理解全部刺激的含义(见下一段)。此外,还可对测试范式进行其他调整,以...
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作者无任何利益冲突需要披露。
该范式的开发得到了治疗性认知神经科学基金以及本杰明和阿迪思·米勒家族衰老、阿尔茨海默病与自闭症研究基金的支持。
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| 姓名 | 公司 | 目录编号 | 评论 |
|---|---|---|---|
| 脑电图系统 | Electrical Geodesics, Inc. (EGI) | Geodesic 脑电图系统(GES)400 系统:Net Amps 400 放大器,NetStation 5.3,128 通道 HydroCel Geodesic 传感器网 | |
| 氯化钾 | Electrical Geodesics, Inc. (EGI) | ||
| 塑料桶 | Electrical Geodesics, Inc. (EGI) | EGI 提供用于混合电解液的塑料桶,但任何清洁容器均可使用 | |
| 婴儿洗发水 | Johnson's | ||
| GNU 图像处理程序(GIMP) |
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