测量衰老对句子处理影响的实验范式
Summary
在这里，我们提出一个协议，使用迷宫任务来检查句子处理中与年龄相关的下降，它允许我们在阅读过程中本地化句子中每个单词的处理难度。
Abstract
先前的研究发现，老年人在处理语法复杂的句子时比年轻人有更大的困难。然而，尚未充分查明出现困难的确切地区。在这项研究中，进行了一个迷宫任务，以调查老年人和年轻人如何区分处理两种具有不同语法复杂性的句子类型，即主题相对子句和对象相对子句。要求参与者在句子的每个部分选择两种备选方案。任务要求参与者采用严格的增量处理模式。记录每个段的阅读时间，从而量化句子阅读的难度。这项任务使我们能够确定处理困难的确切位置，从而有助于更准确地评估与年龄有关的句子处理下降。结果表明，衰老的影响主要在头名词上，而不是句子的其他区域，这一发现表明迷宫任务是确定衰老对句子处理的确切位置的有效方法。讨论了这一实验范式对研究衰老对句子处理的影响的影响。
Introduction
句子处理是人类理解自然语言句子的一个基本过程。它要求将传入词集成到现有的发送结构中，并建立句子中单词之间的关系，其方式符合语法约束。由于句子处理是一个资源需求的过程，老年人往往遇到困难，由于年龄相关的工作记忆下降。先前的研究发现，老年人在理解和处理具有复杂句法结构（如相对条款（RCs））的句子方面有很大的困难：”参议员攻击的记者承认错误”1。以前的大多数研究都集中在RC上，以研究衰老对句子处理的影响。与年轻人相比，老年人在RC理解方面的准确性和效率较低。然而，尽管对老年人的RC处理进行了广泛的研究，但尚不清楚老年人在逐字阅读句子时，哪些部分RC更难处理。Zurif等人（1995年）发现，老年人在RC动词（”攻击”）上有更大的困难，因为他们在将病人的角色分配给动词（”记者”）2的对象方面效率较低。然而，一些研究表明，老年人在任何特定地区的表现与年轻对照组没有不同。相反，当参与者读完整个句子3时，困难就发生了。尽管如此，其他几项研究发现，老年人在RC科目（”参议员”）和动词（”攻击”）4、5中的表现不如年轻人。换言之，老年人处理困难的确切位置尚未明确。
句子处理是一个增量过程，需要足够的认知资源。根据依赖性局部理论 （DLT）6，7，句子处理中的处理困难或成本是由传入单词与它所附加到的从属词之间的距离决定的，费用在句子的不同区域可能有所不同。当单词与其依赖词之间的距离较长时，处理成本会增加。因此，由于老年人的工作记忆下降，在远离其受抚养者且认知成本较高的单词方面，他们可能比年轻人遇到更大的困难，例如对象 RC 的动词（”攻击”）。虽然《发展计划》得到先前第8、9号工作的支持，但也受到一些研究10的质疑。研究老年人和年轻人处理困难的确切位置，可以检验DLT的有效性，有助于我们理解句子处理与认知资源之间的关系。它还可以提供关于老龄化如何影响在线句子处理的细粒度图片。
以往关于衰老对阅读过程中句子处理的影响的研究大多采用自定读5、11、自定进度听力4和跨模态初发2。作为一种在线度量，交叉模态启动任务可用于探究句中句法或词法信息的激活。但是，此任务只能显示特定单词或短语的处理性能，因此不允许我们测量参与者在句子的不同部分的表现，以确定其处理困难主要位于何处。事实上，到目前为止，只有一项研究使用跨模态的启动任务来研究句子处理中与年龄相关的下降。Zurif等人（1995年）发现，当间隙和填充物之间的距离较长时，老年人在处理动词区域的英语对象RC时遇到更大的困难。研究指出，由于缺乏工作记忆资源，RC处理与年龄有关的下降2。然而，由于方法上的限制，该研究未能提供有关区域中心其他区域处理困难的信息。
作为研究衰老对句子处理的影响最常用的方法之一，自定进度的阅读（SPR）任务要求参与者按一个特定的按钮逐字阅读句子。参与者按下按钮表示他们已在屏幕上阅读了单词，然后出现下一个单词，替换前一个单词。参与者重复此过程，直到句子的所有单词都出现，此时他们被要求回答与刚刚阅读的句子的含义相关的理解问题。记录阅读时间（RTs）并用于测量每个句段的处理困难，并用于对句子最终问题的答复，以测量句子理解的准确性。SPR任务与自然阅读有显著差异，因为一次只允许显示一个单词，而退行眼移则不可能12。SPR 任务的不自然方面具有减少参与者使用的策略数量的优点，因此可以最大限度地减少处理策略对参与者绩效的干扰。因此，SPR任务有助于研究人员识别与处理句子中的每个单词相关的处理困难。SPR任务的主要问题是，他们无法确保准确测量R，因为参与者可能会延迟按键来记忆句子，或者加快按钮按下速度，以缓冲每个区域，以便以后在第12句中进行构建。
除了SPR任务外，眼动追踪还经常用于关于句子处理13、14、15的研究。在眼动追踪实验中，向参与者提供完整的句子，并要求他们自然地阅读。记录眼固定和回归的持续时间和位置。眼动追踪的优点是它允许自然阅读，对参与者阅读句子12的方式几乎没有限制。然而，眼动追踪的自然性也使得研究人员难以评估确切的处理成本，因为参与者可能采用各种各样的阅读策略，如略读或逐字阅读12。因此，我们不清楚固定位置和持续时间是否反映了处理困难或某些阅读策略的应用。
在这项研究中，我们采用了迷宫任务16，17，它可以解决这些问题与SPR任务，眼跟踪和交叉模态启动任务。迷宫任务是更新的阅读模式和自定进度的阅读任务的适应。这项任务是在心理语言实验中采用的一种方法，用于记录参与者逐字阅读句子时的RT。在任务中，参与者需要阅读句子，为句子16的每个部分作出两种选择。图1演示了迷宫任务的过程。
图 1：迷宫句子中顺序帧的示例显示。图中显示了每个帧中有两个备选词，其中只有一个可以继续句子。请点击此处查看此图的较大版本。
如果句子的第一个单词是，后面是一对猫，则参与者应按一个按钮来选择猫，以指示左侧的单词是句子。当下一对单词（对和吃了）被呈现时，参与者应该选择食用，因为它可以作为句子的动词。此过程重复，直到它们到达句子的末尾。如果他们犯了错误，目前的审判将终止，下一次审判开始。肯尼思·福斯特提供的迷宫任务的在线演示可在http://www.u.arizona.edu/~kforster/MAZE找到。
迷宫任务是一个高度受限的实验范式，参与者不允许向前看或回到句子18，19的前一节。每个单词必须与现有结构集成，参与者才能继续阅读以下单词。此方法要求参与者非常仔细和准确地处理句子，并减少了参与者可用的处理策略。它使我们能够在在线句子理解中客观地测量R。此外，迷宫任务对将单词集成到句子12、16中相关的处理成本更为敏感，因为它对参与者可用的处理策略提出了不寻常的限制。从这个意义上说，迷宫任务特别适合老年人的句子处理研究。由于他们更丰富的语言经验，老年人倾向于采取各种补偿策略，如预测，使他们的表现与年轻人4。这些策略使得句子处理中的年龄差异不那么明显。在迷宫任务中，如果参与者过早地做出响应，他们将被迫在下一帧时随机响应，因此，他们最有可能出错。因此，该任务不允许参与者进行预测，并且任务所测量的效果在本质上是意料之外的。通过减少12岁、16岁老年人的句子处理策略，迷宫任务可以更客观地评估老年人在阅读句子时的处理困难。
在我们的研究中，利用迷宫任务来找出老年人在句子理解方面的处理困难，并定位衰老的影响。由于老年人的加工速度和阅读时间通常比年轻人慢，因此大多数以前的研究都通过测量句法复杂性或加工成本的影响按年龄调节程度来评估衰老的影响，老龄对句子处理的影响研究的常用实践。大多数研究选择使用对象相对子句 （ORC） 和主题相对子句 （SRCs） 作为实验刺激，因为它们在语法上代表更复杂的结构和不太复杂的结构，如下例所示。因此，在这项研究中，我们还通过评估年龄对SMC和ORC处理差异的影响来研究衰老的影响。
a. 主题相对条款，SRC：追赶男孩的女孩戴着一顶帽子。
b. 对象相对条款，ORC：男孩追赶的女孩戴着一顶帽子。
根据吉布森的依附性局部理论6，7，句子（b）比句子（a）更难处理，因为有更高的存储成本和集成成本涉及（b）分配病人的角色头名词女孩.通过比较参与者在处理 SMC 和 ORC 时的表现，我们能够了解他们如何处理具有不同认知负担的句子。然而，以前的研究在解释句法复杂性的影响方面存在分歧。一些研究认为，如果句子复杂性的影响在老年人中加剧，这表明老年人对处理成本比3岁，20岁更敏感。因此，刑罚复杂性的放大效应被认为是刑罚处理中与年龄相关的下降的证据。然而，其他研究认为，句子复杂性的影响表明，老年人有能力将认知手段分配给句子处理，因此，这应当被视为保持句子处理能力的标志。老年人21.这两条研究路线对句子复杂性影响的解释不同，主要是因为这些研究中使用的实验方法，如SPR或跨模态启动，不能告诉我们老年人是否实际使用他们的工作记忆资源，以将单词集成到句子的前一节，否则由于缺乏工作记忆资源，无法集成单词。迷宫任务可以为此问题提供完美的解决方案，因为参与者被迫将单词集成到此任务中以前的结构中。因此，可以肯定地说，从迷宫任务中获得的R表示句子处理的实际处理成本或处理难度。迷宫任务为探索老年人的句子处理提供了一种有效的手段。乔、沈和福斯特（2002年）利用迷宫任务对普通话RC的处理进行了检查，发现该技术对普通话主体和对象提取的RC19的处理具有高度的句子复杂性效应。研究表明，迷宫任务适用于旨在本地化汉语句子处理或词法处理实验效果的研究。
Protocol
Representative Results
Discussion
在这项研究中，使用迷宫任务来查找衰老对句子处理的影响的确切位置。该研究考察了老年人和年轻人如何对中国SR和ORC进行不同的处理。在任务中，参与者被指示通过两种选择来阅读句子，其中只有一种是句子的语法延续。要求他们尽可能迅速和准确地作出选择。如果参与者在序列中选择正确的替代词，则所选单词构成语法句子。如果他们选择了错误的替代方案，目前的审判就终止了，下一次?…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
这项研究得到了山东省社会科学规划基金[17CQRJ04]和中国教育部人文社会科学基金会的支持[18YJA740048]。
Materials
| Computers | N/A | N/A | Used to present stimuli and record subjects' responses. |
| E-prime | PST | 2.0.8.22 | Stimulus presentation software |
| The Digital Working Memory Span Test | N/A | N/A | Used to assess subjects' working memory span. From Wechsler (1987). |
| The Global Deterioration Scale (GDS) | N/A | N/A | Used to assess subjects' general cognitive status. From Reisberg, Ferris, de Leon and Crook (1988) |
References
- Obler, L. K., Nicholas, M., Albert, M. L., Woodward, S. On comprehension across the adult lifespan. Cortex. 21 (2), 273-280 (1985).
- Zurif, E., Swinney, D., Prather, P., Wingfield, A., Brownell, H. The allocation of memory resources during sentence comprehension: Evidence from the Elderly. Journal of Psycholinguistic Research. 24 (3), 165-182 (1995).
- Waters, G. S., Caplan, D. Age, working memory, and on-line syntactic processing in sentence comprehension. Psychology and Aging. 16 (1), 128-144 (2001).
- DeDe, G. Effects of animacy on processing relative clauses in older and younger adults. The Quarterly Journal of Experimental Psychology. 68 (3), 487-498 (2015).
- Liu, X., Wang, W., Wang, H. Age differences in the effect of animacy on Mandarin sentence processing. PeerJ. 7, e6437 (2019).
- Gibson, E. Linguistic complexity: locality of syntactic dependencies. Cognition. 68 (1), 1-76 (1998).
- Gibson, E., Miyashita, Y., Marantz, A., O’Neil, W. The dependency locality theory: a distance-based theory of linguistic complexity. Image, Language, Brain. , 95-126 (2000).
- Gibson, E., Ko, K. An integration-based theory of computational resources in sentence comprehension. Fourth Architectures and Mechanisms in Language Processing Conference. , (1998).
- Hsiao, F., Gibson, E. Processing relative clauses in Chinese. Cognition. 90 (1), 3-27 (2003).
- Vasishth, S., Lewis, R. L. Argument-head distance and processing complexity: Explaining both locality and anti-locality effects. Language. 82 (4), 767-794 (2006).
- He, W., Xu, N., Ji, R. Effects of Age and Location in Chinese Relative Clauses Processing. Journal of Psycholinguistic Research. 46 (5), 1-20 (2017).
- Witzel, N., Witzel, J., Forster, K. Comparisons of online reading paradigms: Eye tracking, moving-window, and maze. Journal of Psycholinguistic Research. 41 (2), 105-128 (2012).
- Rayner, K., Pollatsek, A., Traxler, M., Gernsbacher, M. Eye movement control in reading. Handbook of psycholinguistics. , 609-653 (2006).
- Rayner, K., Sereno, S. C., Gernsbacher, M. A. Eye movements in reading: Psycholinguistic studies. Handbook of psycholinguistics. , 57-81 (1994).
- Staub, A., Rayner, K., Gaskell, G. Eye movements and on-line comprehension processes. The Oxford handbook of psycholinguistics. , 327-342 (2007).
- Forster, K. I., Guerrera, C., Elliot, L. The maze task: Measuring forced incremental sentence processing time. Behavior Research Methods. 41 (1), 163-171 (2009).
- Nicol, J. L., Forster, K. I., Veres, C. Subject-verb agreement processes in comprehension. Journal of Memory and Language. 36, 569587 (1997).
- Forster, K. I. Using a maze task to track lexical and sentence processing. Mental Lexicon. 5 (3), 347-357 (2010).
- Qiao, X., Shen, L., Forster, K. Relative clause processing in Mandarin: Evidence from the maze task. Language and Cognitive Processes. 27 (4), 611-630 (2002).
- Caplan, D., DeDe, G., Waters, G., Michaud, J., Tripodis, Y. Effects of age, speed of processing, and working memory on comprehension of sentences with relative clauses. Psychology and Aging. 26 (2), 439-450 (2011).
- Stine-Morrow, E. A., Ryan, S., Leonard, J. S. Age differences in on-line syntactic processing. Experimental Aging Research. 26 (4), 315-322 (2000).
- Reisberg, B., Ferris, S. H., de Leon, M. J., Crook, T. The Global Deterioration Scale for assessment of primary degenerative dementia. The American Journal of Psychiatry. 139, (1982).
- Wechsler, D. . Wechsler memory scale – Revised. , (1987).
