Overview
资料来源： 实验室的莎拉 I.吉伯尔和乔纳斯 · 卡普兰 — — 南加利福尼亚大学
理解语言是人类有能力的最复杂的认知任务之一。当结合个别单词到句子的形式意义，给出数量惊人的可能的选择，至关重要的大脑是能够识别单词形成连贯的组合和时出现异常，破坏了意义。广泛的研究表明，某些头皮记录的电气事件敏感到这种期望中的偏差。重要的是，这些电气签名的不协调是具体到意外的意思，，因此不同于大脑的一般响应其他类型的异常。
通过目前对句子的语义一致和不一致两端的范式使用实验考察了神经生理学相关的语义错位。最初是在 1980 年，语义错位任务提出了参与者与一系列句子此与字一致或不一致。若要测试的反应是从语义不一致和不更一般由于惊喜，一些句子包括词给出了在不同的大小。1一个句子的语义不一致终结有已经显示出特定电的事件是在头皮事件相关电位 (ERPs) 被称为可刻录。ERP 是从某一特定的感觉、 认知、 或运动事件造成的测量的大脑反应。事件相关电位测量使用脑电图 (EEG)，评估疾病患者和正常人的脑功能的无创性手段。在头皮上，称为 N400，发现特定的 ERP 组件显示更大振幅响应语义不一致的事件。N400 是大约 250 和 400 毫秒后刺激发病之间发生的 EEG 信号中的负向偏转。一般情况下，早期电位反映感官电机处理，而后来潜能像 N400 反映认知加工。
在本视频中，我们展示如何管理使用脑电图的语义错位任务。视频将覆盖的设置和管理的脑电图，和事件相关电位分析有关的语义错位控制和目标刺激。在此任务中，参与者设置了脑电图电极，然后大脑活动录得，而他们查看控制语句和语义不一致的句子。脑电图过程是相似的哈比比et al.，1和任务仿照 Kutas 和威尔森。2当 ERPs 的平均值的一致和不协调的句子，每个事件的神经相关可对比在选定的时间窗口。
Procedure
1.参与者招聘
- 招聘 20 名参与者的实验。
- 请确保与会者被充分告知的研究程序，并签署了所有适当的同意书。
2.数据收集
图 1： 电极放置。脸上电极来检测 EOG 工件和记录乳突运动 (A) 的位置。从眉毛略低于后脑勺撞之间直接测量图。上面中眼睛标记，测量这种测量的 10%，这是 FPZ 电极帽的放置 (B)。
- 脑电图制备 (注意： 这些步骤都是用 Neuroscan 4.3 系统与 Synamps 2 放大器和 64 通道快速帽.)
- 脑电研究的参与者不应有任何头发产品 （例如，凝胶，鼠标或许可在护发素） 在他们的头发之前，他们的参与。
- 2-4，10 毫升注射器填充导电电极-凝胶 （即快速凝胶）。它被建议使用它释放气泡之前搅拌凝胶。
- 刷头发和头皮彻底 （约 5 分钟）。
- 用酒精和棉花纱布的清洁头。此外清洁皮肤电极放置: （每个耳朵），后面的两个乳突低于和高于左眼威沃 （垂直电-眼） 和远边的每只眼睛 HEO （卧式电-眼;图 1，左)。
- 使用双面粘合的圆盘，安放电极。
- 测量从前面 （之间的眉毛，中旬眼） 直接前往 （下面的头在后面碰撞） 问题。这个距离将确定帽 （小、 中或大） 的大小。要盖，马克的额头上测量距离的 10%，确保中期正面电极 (FPz) 放在这上面标记点。
- 将脸电极连接到他们各自的绳索上的帽子。
- 开始用凝胶填充电极，使用钝针尖端刮头发一边下电极，电极是头皮直接接触。还要小心不要弄伤皮肤。
- 有点举起电极使它容易插入这种凝胶。在大多数情况下，将电极下方的头发。移动它的出路将允许更好的阻抗。
- 把参与者拿到隔音的房间插在帽和个别电极。
- 检查头皮电极连接，以保持其下 10 k ω 的阻抗。如果阻抗很高时确保电极具有导电凝胶和接触头皮。
- 阻抗是倾向阻碍交变电流的流动。高阻抗可能会增加数据中的噪声，并在研究开始前应该最小化。
- 在大多数情况下，头发是电极的方式。移动它的出路应该得到更好的阻抗。
- 一旦阻抗是可以接受的所有电极脑电图痕迹，无效的噪声，可以开始收集数据。
- EEG 数据收集
- 准备去做的任务的参与者。
- 坐在椅子上 75 厘米从电脑屏幕上，声音和光衰减的房间 （声学和电屏蔽） 中的参与者的地方。
- 告诉参与者，他/她将会读到七字的句子，在他们面前的屏幕上一次提出了一个字。他们是为了回答问题的内容的句子在实验结束读每个句子。
- 每句七个字分别为 100 毫秒，带每个词之间的 1000 ms interstimulus 间隔显示。
- 单词后会出现一次在屏幕在实验过程中尽量减少眼球运动的中心。
- 参与者首先看到 10 个实践的句子。
- 以随机的顺序，在两个演示文稿的 120 句子显示 240 的刺激。三分之一的句子是正常的句子，最后一个字是语义一致的与句子的其余部分。三分之一的句子是不一致的句子，最后一句话是在语义上与句子的其余部分不一致。三分之一的句子是句子的正常句子最后一个字出现在较大的字体比其余中。
- 每句七个字分别为 100 毫秒，带每个词之间的 1000 ms interstimulus 间隔显示。
- 准备去做的任务的参与者。
- 启动系统，并有脑电图整个演示文稿的功能任务的连续记录。
- 脑电信号放大由放大器增益 1024年与带通 0.01-100 Hz。
- 将离线消除工件拒绝 （大约 15%的审判) 及试验污染眨眼。
3.数据分析
- 脱机使用时，引用数据到平均乳突。
- 世纪是纠正使用时代来临之前的经济刺激计划的 200 ms 的基线。
- 若要更正为运动伪影，排除与种在任何脑电图电极在平均的信号变化超过 150 µ V 的世纪。
- 数字滤波的数据脱机 (通 0.05 20 赫兹)。
- 显示的 ERP 平均数从 Pz 记录站点用于时间进程的每个句子 (图 2)。
- 顶叶的高峰 （波幅及潜伏期） 从所有的电极，N400 自动获得。
图 2： 语义错位任务的结果。参加者被颁发一个句子，一次一个字。每个单词出现 100 毫秒，紧接着 1 s 一个空白的屏幕。与会者看到一致的句子 （红色），不协调的句子 （蓝色） 和句子哪里最后一个字提出了一种较大的尺寸 （绿色）。只是不协调的句子产生 N400 响应时提出了最后一个字。当最后一个字是一致，但在规模较大时，还有后来 P560 响应。
- 统计分析
- 绘制 ERP 平均值从顶叶 Pz 电极为一致，不一致，和偏差的大小条件。
- 峰值振幅和延迟，使用 F-检验为每个延迟范围来确定是否存在目标与控制刺激之间的差异。
语言理解涉及到复杂的认知过程，和 — — 给出了令人难以置信的数目词的选择和安排，可以形成一个简单的句子 — — 大脑必须能够区分相干和非相干的组合。
一句话，一个人的理解是否口语 — — 像当母亲告诉她的儿子，她到店里去 — — 或写一本书，部分取决于，，大脑预期会的序列中的下一个单词。
例如，如果有人开始读"这是一个黑暗和暴风雨......"在一本书的开头，预计"之夜"将是下一个任期。
然而，遇到偶尔意外之词 — — 像"...并且疯狂的科学家画他的实验室颜色浣熊......"— —，扰乱这个句子的意思。
在此情况下，异常一词是浣熊，它指的是一种动物，而不是预期的颜色，像黑色。
这种语义的不协调之处 — — 无意义的句子 — — 引起大脑中的独特电气信号 — — 称为事件相关电位，简称 ERPs 的反应 — — 这可能洞察如何大脑检索的定义或重新处理，这个麻烦的词，在试图理解这句话。
该视频介绍如何的脑电图或简称 EEG，技术可以用于测量事件相关电位在语义不一致执行任务时，在哪些参与者显示句子结束与意外之词。
我们演示了如何设计刺激，并收集和分析数据，特别聚焦于独特的组件的事件相关电位，名叫 N400 反映其特征。
在这个实验中，脑电图用于测量大脑活动的参与者显示语义相干和非相干的刺激，探讨语言处理与理解。
这些刺激包括三种类型的句子： 一致、 不协调，与尺寸偏差。虽然每个由七个字组成，他们在他们最后的条款的性质不同。
一致的句子，像"她抓了抓她的狗背后其耳，"最后的字构成意义，没有问题，出现在相同的字体类型 — — 和大小 — — 为那些在其前面。
重要的是，这些句子作为控件来衡量大脑如何回应相干词组合。
与此相反，不协调的句子，像"她鸡把手指浸入中靴子。"拥有是语义异常的最后条款。
在这里，靴子与其余部分的词语意义的冲突 — — 预计在像芥末一样的一种调味品，不在的衣物，将蘸鸡的手指。因此，这些刺激评估如何处理令人惊讶、 不连贯的语言。
最后的句子类型被称为大小-越轨，并且包含最后的话语令人吃惊的外观 — — 他们是在一个较大的字体 — — 但不是调和。
例如，如果在句中"他把手放在他的中华绒螯蟹。，"词中华绒螯蟹是写在更大的信件，它仍有语义意义。
这些刺激至关重要，因为他们是为了区分是否大脑的反应到一个句子中的最后一句话是一般惊奇的结果 — — 不一致的文本大小的冲击 — — 或者是具体到意想不到的意思。
与会者对脑电图有准备后，他们被告知要仔细阅读显示在计算机屏幕的句子，如将他们稍后询问问题。
在现实中，没有测验是最后给出的实验;然而，这些指令确保受试者将注意即将到来的刺激。
在任务期间参与者按顺序所示 — — 按正确的顺序 — — 七个字组成一个简单的句子。
每一项单独出现在显示器的中心 — — 减少可能会影响到数据收集的眼球运动 — — 100 ms，接着是 1000 毫秒的空白屏幕。
脑电信息不断记录超过 120 这种试验，每一种由独特的句子。具体而言，在相同的频率显示刺激 — — 40 倍 — — 但以随机顺序。然后，重复任务的是第二次，所以参与者必须完全阅读总共 240 的句子。
事后，脑电数据进行处理，直观显示平均 ERPs 的每种类型的句子 — — 从每个电极 — — 和科学家寻找这些波形中的 N400 组件。
在这学期的"N"表示峰值为负，且"400"表示其滞后时间 — — 它发生大约 400 毫秒后最后一句话刺激向参与者显示。
基于以往的经验，它预计 N400 的振幅会增加响应语义不一致的事件，并将从所有头皮电极记录。
然而，这种反应可能会在 Pz 电极，位于中线的顶叶的头皮最突出 — — 其中地区被认为是参与、 处理与整合书面的语言。
在开始进行实验之前, 招募参与人是英语为母语，并向他们解释过程的两个主要组成部分： 他们将穿电极，并在计算机屏幕上显示的句子。然后，收集从他们所有的必要的签署知情同意书。
接下来，需要配备参加者与头皮和脸的电极。此过程的详细信息，请查阅此集合中其他部分所描述的方法。一次在测试空间，验证阻抗值跨所有电极。
在确认后脑电图痕迹无效的噪声，指导参与者来坐，这样他们的眼睛是从屏幕大约 75 厘米。
强调的是，他们应该读，注意出现的句子--字在此显示屏上作为问题稍后会被问及他们的内容。
以确保参与者理解任务，向他们展示十个实践的句子，但不是会在这段时间收集数据。之后，开始脑电图系统开始的连续记录。
通过呈现 120 试验继续进行功能性的任务 — — 不相称，40 一致，40 和 40 越轨大小句子组成的 — — 以随机顺序。然后，重复这一过程与一组额外的 120 的刺激，以保证收集足够的数据。
一旦所有 240 刺激记录过数据，处理朱庇特的事件相关电位及古怪任务视频中所述。
要分析的数据，首先绘制的一致 timecourses 平均波形，不协调，和越轨大小刺激收集从 Pz 记录现场。此图形的 x 轴上 — — 表示以毫秒为单位的时间 — — 表明显示每个单词在句中的时。
事后，找到 N400 的山峰，并为每个，计算其平均振幅 — — 定义为高峰期最低的点和 0 µ V，也可以用水平轴表示基线值之间的距离。
然后，计算此组件的延迟 — — 在 ms 多长时间才能显示在波形显示中句子的最后一个单词之后。
为这些振幅和延迟的范围，继续使用 F-检验，以确定是否存在目标与控制刺激之间的差异。
通知后向与会者介绍了最后一句单词的不协调，该值指示此电气的事件反映了神经的处理，只观察 N400 反应 — — 特别涉及顶叶 — —，确定句子加工引起的非相干的期限的中断。
重要的是，虽然 N400 未发现使用不正常大小刺激，另一种独特的组件收集的波形 — — P560，且滞后时间为 560 女士正峰值 — — 是。
这表明大脑不同的方式响应意外的视觉刺激和语义不一致的条款，并建议 N400 是一个独特的电气签名的语言不一致。
现在，你知道如何语义不一致可以用于引发的事件相关电位 N400 组件，让我们看看其他研究人员正在检验这个独特的电气信号，对研究语言处理和理解的方式。
一些研究人员的目标来确定当识别非相干语言能力的发展，和这种技巧随着年龄的增长会否改变。
这种工作已经涉及了显示年幼的孩子 — — 配备脑电图帽 — — 可识别的对象，像照相机一样的表示形式。
然而，诀窍就是，当孩子看这种描述，他们被告知这是不同的东西 — — 例如，一只猫。因此，这是任务的修改后的版本的语义错位，如口语的词不匹配的可见项的含义。
测量了大脑的电响应这些任务证明孩子表现出不协调的项目词对增强的 N400 式回应 — — 一个持续了几个几百 ms — — 相比一致集。
重要的是，这表明，即使在早期的年龄，人类能够识别和处理语义错位现象。
其他研究人员正在评估是否 ERPs 可以用于更好地理解语言赤字与某些人格障碍，如精神分裂症关联。
矛盾的是，以前的工作表明，个人与发音类似精神分裂症的特征，如焦虑或无法感受到快感，显示一致的词对提高的 N400 回应 — — 喜欢动物和山羊 — — 与人相比，温和的症状。
然而，当这些参加者们称为奥氮平抗精神病药，振幅减小此一致性造成 N400 组件相比，个人给予安慰剂，暗示可以治疗脱节的演讲，有时会观察到这种疾病可能的治疗。
你刚看了朱庇特的视频关于如何一致和不协调的句子可以用来探讨语言处理。在这一点上，你应该知道如何刺激向与会者，并收集和解释 ERP 数据。我们希望你现在也明白 N400 组件如何被用来研究语言的理解，例如如何可以行为障碍受其他方面。
谢谢观赏 ！
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Results
在哪里与会者认为一致的句子、 不协调的句子和句子最后一句话提出了一种以较大尺寸的语义错位任务，期间就有反应负向 N400 只为不相称的句子 (图 2，蓝色)。惊讶的元素 （大最后一句话） 不是语义上不协调的句子没有显示 N400 的响应，但并未显示增加的 P560 反应 （图 2，红色）。N400 反应后的这句话最后一个字演示文稿开始约 250 毫秒和刺激发病后达到顶峰约 400 毫秒。
这些结果表明电活动在大脑中，和特别是在顶叶，注册时语义上不调和的词作为句子的一部分。此电事件反映了识别中断正在进行句子的语义上不恰当的词汇加工过程的神经过程。N400 似乎提供了有用的信息，关于时间、 分类和涉及自然语言处理和理解的认知过程的相互作用。
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Applications and Summary
本研究表明一些 ERP 方法，尤其是，其高的时间分辨率的优点。在此范例中，模拟自然阅读，词刺激非常简单介绍在继承。由于出色的时间分辨率的脑电图，我们也能够单独识别电气对刺激的反应。
作为标记的语义加工，N400 可理解的语言从童年向成年发展的有用工具。此组件的研究表明，即使在 19 个月大的婴儿，当他们听见不匹配他们所看到的图片的言语有语义错位效应。3这演示很早的字给他们适当的上下文匹配机制存在。不过，虽然青少年显示出一致和不一致的语言之间有歧视 N400，此组件的响应配置文件未作为细致入微的为成人;例如，它不是对不同程度的不协调的敏感程度。4这些研究表明此 ERP 组件作为索引的语义加工的敏感性。
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
References
- Habibi, A., Wirantana, V. & Starr, A. Cortical Activity during Perception of Musical Rhythm; Comparing Musicians and Non-musicians. Psychomusicology 24, 125-135 (2014).
- Kutas, M., & Hillyard, S. A. (1980). Reading Senseless Sentences: Brain Potentials Reflect Semantic Incongruity. Science, 207(4427), 203-205.
- Friedrich, M., & Friederici, A. D. (2004). N400-like Semantic incongruity effect in 19-month olds: Processing known words in picture contexts. Journal of Cognitive Neuroscience, 16(8), 1465-1477.
- Benau, E. M., Morris, J., & Couperus, J. W. (2011). Semantic processing in children and adults: Incongruity and the N400. J Psycholinguist Res, 40, 225-239.
