Rapid Neural Sensitivity for Print in Reading and Dyslexia

[中国香港]乌尔斯·毛雷尔（Urs Maurer）^[1]

[中国]李甦（Su Li）^[2]

事件相关电位具有高时间分辨率，能够捕获由神经激活而产生的头皮电场毫秒级的变化。事件相关电位的N1成分发生在刺激呈现后的150～200 ms，它已被证明对视觉词汇的正字法属性很敏感。本文综述了发生在成年成熟阅读者身上的文字的粗略及精细神经调制及其在学习阅读的儿童身上的发展以及在阅读障碍群体中的损伤。我们还进一步讨论了这些结果如何用正字法加工的神经模型来解释，以及如何将拼音文字的发现与阅读中文联系起来。

焦点阅读

·视觉—正字法加工作为阅读和学习阅读的第一步是非常重要的。那么正字法加工的神经机制是什么？视觉—正字法加工时间进程如何？不同阅读经验儿童视觉—正字法快速加工的神经活动是否表现出不同的特点？视觉—正字法快速加工的神经活动是否会受到不同文字系统的影响？本章基于近期文字加工神经机制的研究，特别是儿童脑电研究，对上述问题做出回答。

关键词

视觉—正字法加工，粗略神经调制，精细神经调制，脑电图，阅读障碍，发展

引言

成年人的阅读活动是由大脑不同脑区之间形成的一个网络的协同激活来支持的。这一网络中的一些脑区也会参与口语加工的过程。因此，当儿童学习阅读时，他们已经发展出了处理口语中发音信息（语音）和意义信息（语义）的脑区之间的网络。儿童学习阅读的任务就是发展出加工视觉形式词汇的视觉专家化（visual expertise）技能，并将视觉信息与已经存在的口语加工网络联系起来。因此，视觉—正字法加工作为阅读和学习阅读的第一步是非常特殊的。由此也就产生了一个核心研究问题：视觉—正字法加工这一最初的加工过程在多大程度上会受到来自更高水平的语言网络，即语音及语义信息的影响。

本章的开始部分将简要介绍有关正字法加工神经机制的两个最有影响力的模型。这两个模型提出了两种不同的观点（Dehaene et al.，2005；Price & Devlin，2011）。由于这两个模型的提出主要是基于脑功能成像的研究，所以本章还将梳理一些采用时间敏感性比较好的事件相关脑电技术进行的研究。这些研究将会为读者提供更多对视觉—正字法加工时间进程的认识。本章介绍的视觉—正字法加工的不同方面或许都可以用两个模型进行不同程度的解释。这些视觉—正字法加工的不同方面包括对文字的粗略神经调制（coarse neural tuning）、对文字的精细神经调制（fine neural tuning）以及词汇熟悉性（lexical familiarity）对神经调制的影响。本章对粗略神经调制的综述会更详细一些，因为大量研究已经表明，这一方面的视觉—正字法加工在学习阅读的早期阶段以及阅读障碍的发展中都具有重要作用。综述首先集中在拼音文字的研究上。拼音文字和中文在视觉—正字法加工不同方面的相似性及差异性将在本章的后面部分进行讨论。

正字法加工的神经模型

功能磁共振成像研究一致发现，加工书面文字会激活大脑左侧的枕颞区（e.g.，Martin et al.，2015）。正是由于这一区域对书面文字的敏感性，此区域已被命名为视觉词形成系统（visual word form system，VWFS），而梭状回中部的中心则被称为视觉词形区（visual word from area，VWFA） （Cohen et al.，2000），这一区域不仅仅在阅读时被激活，在其他类型的加工如物体加工中也会被激活。因此，另外一些研究者更倾向于称其为左腹侧枕颞区（left ventral occipito-temporal cortex region，left VOT）（Price & Devlin，2011）。这种名称上的差异其实也反映出了两个最有影响力的正字法加工神经机制模型之间的差异。VWFA 这一术语是由斯坦尼斯拉斯·迪昂（Stanislas Dehaene）及其同事在局部组合探测器模型（local combination detector model）中使用的（Dehaene et al.，2005）。很早就有研究发现，视觉系统基本加工区内的细胞都拥有各自的感受野，这使它们对一些基本的视觉特征（如一个长条的方向）很敏感（Hubel & Wiesel，1967）。迪昂及其同事认为，这些已经建立好的感受野机制在支持视觉文字加工时是按照层级来组织的，通过“回收”由进化发展来的物体加工机制来支持由文化所发明的阅读技能的获得（Dehaene et al.，2005，Dehaene & Cohen，2007）。从这个意义上说，视觉系统中探测器的局部组合会对越来越复杂的视觉模式变得越来越敏感。最初是对点、条及组成字母不同部分的线条敏感，逐渐会对完整的字母、两个字母的组合敏感，甚至是对更多的字母组合以及完整的词形敏感（Dehaene et al.，2005）。这种层级系统的调制属性被定位在大脑腹侧的枕颞皮层（Vinckier et al.，2007），是通过阅读技能获得过程中的知觉学习来建立的（Dehaene et al.，2005）。从这个意义上说，正字法加工是一个自下而上的过程，由视觉词汇的视觉属性所驱动，而加工这些视觉属性的神经元也已变得适合加工这些视觉特征。在这种由自下而上的属性所驱动的加工之上，VWFA的活动可能还会卷入由实验任务所引起的自上而下的效应（Dehaene & Cohen，2011）。这种文字加工大脑功能专门化的观点与另一个模型的观点形成了对照。另一个正字法加工神经机制模型是由凯茜·普赖斯（Cathy Price）和约瑟夫·德夫林（Joseph Devlin）在2011年提出的，被称为阅读过程腹侧枕颞区功能交互作用说（interactive account of VOT function in reading）。根据这一模型的观点，腹侧枕颞区是由存在于以物体为中心的参照框架之中，具有多重维度调制功能的神经元组成的。也就是说，这些神经元对由基本形状所构成的特定组合很敏感。不管这些组合的位置怎样，也不会受到构成组合的字母或者单词的约束。例如，一个神经元可能会对“J”这个形状敏感而在阅读时被激活，但是在加工大象鼻子或者雨伞手柄这些具有类似形状的物体时，它也会被激活（Price & Devlin，2011）。而且，腹侧枕颞区的激活被看成一个具有预测性的编码框架（predictive coding framework）。在这个框架之中，来自高水平区域的反向连接会自动预测来自于低水平的前馈输入。在阅读领域中，来自高水平语言领域的语音和语义预期被认为会调控腹侧枕颞区的加工。根据这个模型，学习阅读首先需要将视觉输入与自上而下的预期建立联系，随后通过改善预期来使预期的错误降到最少（Price & Devlin，2011）。这个模型当中很重要的一点是，在阅读过程中，自下而上的加工在很早的阶段就与自动化的、来自语言网络的自上而下的加工发生交互作用。这一点与之前提出的模型的不同在于，迪昂等人强调的是自下而上的刺激的加工。除了自动化的（非策略性的）自上而下的影响，普赖斯等人的模型还假定有另外的来自任务的效应，也会对腹侧枕颞区激活进行调控，这被称为策略性的自上而下的影响（strategic top-down influence）。

因此，两个模型都预测不同的任务会在正字法加工中影响腹侧枕颞区的激活。但是，它们对非任务依赖的早期正字法加工的机制有着不同的假设。由于任务效应在刺激加工的晚期阶段会更加明显，采用时间敏感度高的技术，如脑电图（electroencephalogram，EEG）技术和脑磁图（magnetoencephalography，MEG）技术，可以为我们提供深入探讨这个问题的可能。因为采用这种技术可以使研究者更加关注视觉词汇加工中很重要的早期阶段。考虑到有些读者可能不很熟悉脑电研究中事件相关电位的研究方法，而又有很多研究都采用这种方法，所以下面将介绍这一种技术。

事件相关脑电位

脑自发电位（EEG）是指随时间而变动的电位差异。电位的差异可以通过将两个电极安放在头皮表面来测量。两个电极中的一个作为参考电极，可以人为地将其值设置为0（Nunez & Srinivasan，2006）。现代的脑电系统采用更多的电极（128个或者256个电极），所有的电极都通过与相同的参考电极进行比较而得以测量，并在高时间采样率（500 Hz或者1000 Hz）的条件下进行数字化。因此，EEG可以提供毫秒级的对大脑活动的测量。

大脑的激活包括两种不同类型的电活动：动作电位与突触后电位。只有后者被认为是对EEG有贡献的。为了能在头皮表面安放电极来记录大脑的电活动，由一组神经元产生的电位需要足够大才能穿过大脑组织、大脑内部的液体、大脑膜皮、头骨以及头皮。电位的获得需要将具有一定长度形式的、平行排列且同步激活的大量神经元之间的活动叠加在一起。在满足以上这些条件的情况下，我们才能在头皮表面记录到电位活动（Brandeis et al.，2009）。

在头皮测量到的EEG包括了任何满足这些条件的，在任何时刻所发生的大脑活动。这就意味着EEG测量的是来自于不同源的正在进行的大脑活动。事实上，EEG中的信号与研究者感兴趣的特定刺激有关，如呈现在屏幕上的一个单词。但是，这种信号的强度通常比正在进行的大脑背景活动要弱得多（Luck，2005）。为了测量特异于刺激的反应，同类型的刺激通常需要呈现许多次。通过将不同试次的反应进行平均，刺激呈现时引起随机的背景信号的变动就会减小，而与刺激相关的信号就会保持不变。这种平均就被称为事件相关电位（event-related potential，ERP）。当呈现一个电极的波形时，可以看到事件相关电位是由一系列的波峰和波谷组成的。波峰被称为成分（component），用字母P（正向）或N（负向）来表示。字母后面的数字代表成分的顺序（N1：第一个正成分）或者波峰出现的时间（N170：负波，在170 ms时出现波峰）。

由于容积传导的原因，大脑中一个源所产生的电位是通过所有头皮电极来获得的。因此，我们不能得出一个信号测量时的电极位置就是其附近脑活动的源的结论。这就是EEG被认为空间分辨率很低的原因。由于头皮电场的地形分布依赖于激活的源，所以有研究者尝试用一些数学程序去估计特定ERP成分的源（Pascual-Marqui et al.，2009）。尽管这一领域有一定的优势，但是分析的结果是源于数学模型的。这些数学模型所带有的假设可能是对的也可能是错的。因此，源定位可以提供额外的有趣信息，但是应慎重对待。

除了经典的ERP波幅分析，研究也证明ERP的地形图分析是很有用的。鉴于EEG的时空结构，ERPs既可以呈现出各个电极上的波形，也可以呈现出一系列随时间变化的大脑地形图（topographic map）（Koenig & Gianotti，2009）。因为地形图的分布依赖于大脑的神经元发生器，地形图信息就可以进一步用来提取脑活动中的信息。同样地，地形图分析可以用来检验两种分布是相同的还是不同的。不同的分布可以解释为大脑中产生的源是不同的（Michel et al.，2004）。这种信息是很重要的，即使源的准确定位并不清楚，但如果两种分布是相同的，那么它们可能就是由相同的源导致的。而且，ERP波幅的差异也可以解释为是激活强度的差异。

文字的粗略神经调制

正如眼动研究所揭示的结果，熟练阅读者可以非常快速地阅读书面文本（Rayner，1998）。熟练阅读者注视一个单词的平均时间为200～250 ms（Dimigen et al.，2011）。这一段很短的时间代表着一个单词最核心的信息得到加工，且眼睛已开始移到下一个单词的最长时间。这种高速的阅读需要大脑快速的活动，从而保证阅读者能够识别单词。

使用ERP技术进行研究发现，N1成分对文字很敏感。通常，与视觉特征匹配的控制刺激如符号串（symbol string）相比，视觉词汇引起的N1要更大（Bentin et al.，1999；Maurer et al.，2005b）。在这些ERP研究中，研究者请被试注视文字及符号串等刺激，在看到前后呈现的两个刺激是一样的时就按键做出反应。在这种任务条件下，视觉词汇诱发的N1比符号串诱发的N1更大（Brem et al.，2005；Maurer et al.，2005a；Maurer et al.，2005b；Brem et al.，2006；Eberhard-Moscicka et al.，2014）。在成人被试中，这类刺激所诱发的N1成分发生在枕颞部电极，在刺激呈现后的130～230 ms出现，并在150～180 ms时达到高峰（Maurer et al.，2005b；Maurer et al.，2008b；Eberhard-Moscicka et al.，submitted）。在一些研究中，N1成分也被称为N170，因为N1成分的波幅在刺激呈现后的170 ms达到最高。但是，这种形式的命名在发展研究中是有问题的。一项研究选取了101名一年级末期（7.5岁）的儿童，测查了儿童在重复探测任务中的文字粗略调制效应及词汇效应。研究发现，由于成熟的影响，儿童N1峰值的潜伏期是比较长的（图2-1）。N1 的地形图分布不仅包括枕颞部电极所表现出的负波，还包括前部中线电极所表现出的相应的正波（Maurer et al.，2005b）。N1对文字（与符号串相比）的敏感性主要反映了对文字的粗略调制（Maurer et al.，2005b），正如当伪词与符号相比也能观察到同样的N1敏感性一样。同样，真词与伪词所诱发的N1的差异是很小的。而且在内隐阅读任务中，真词与伪词的N1差异是非常不稳定的。进一步说，如果视觉控制刺激与真词的匹配程度非常接近，如用线条或者笔画组成字母或汉字，那么真词与伪词的N1差异就变得很小了（Schendan et al.，1998；Xue et al.，2008）。最近一项研究采用与文字匹配很好的非字符号（false-font）作为控制条件，发现在N1成分的早期就可以探测到非常强的文字调制效应（文字大于非字符号），而在N1成分的后期，非字符号的反应要强于文字（Eberhard-Moscicka et al.，submitted）。与成人不同的是，儿童的文字调制效应非常清晰，看起来并不那么依赖于视觉控制条件的选择（图2-1）。

来自跨文化的不同文字系统的研究表明，文字N1与控制刺激N1之间的差异反映的是阅读经验带来的影响，而不仅仅是不同刺激的属性所导致的。正是如此，与伪字/词相比，中英双语被试对于熟悉的英文词和汉字表现出更强的N1，而英语单语被试只对英文表现出更强的N1，而不熟悉的汉字及伪词刺激的N1则减弱（Wong et al.，2005）。类似地，与母语为英语的单语被试相比，日语—英语的双语被试对于熟悉的日文字母和日文汉字表现出更强的左侧化N1（Maurer et al.，2008b）。这些结果可以用物体及面孔加工领域发展出的视觉专家化的理论框架来解释。

图2-1 儿童在重复探测任务中的文字粗略调制效应及词汇效应

研究也表明，N1成分对面孔及熟悉的物体也有类似的敏感性。与打乱的面孔刺激相比，真实面孔的N1更强（Bentin et al.，1996）。与此类似，研究鸟类的专家在注视鸟类及狗类的图片刺激时，鸟类图片引发的N1会大于狗类图片引发的N1，而研究狗的专家则表现出相反的模式（Tanaka & Curran，2001）。这些效应都被解释为视觉专家化效应，即通过学习，视觉系统会与特定的视觉信息协调起来（Tanaka & Curran，2001）。在这个意义上说，阅读可以看成儿童在学习阅读过程中获得的视觉专家化的一种形式（McCandliss et al.，2003）。

但很重要的一点是，对面孔和物体的典型N1反应是右侧化的，而对于视觉文字的N1反应通常是左侧化的（Rossion et al.，2003；Maurer et al.，2008a）。研究者提出两种假设来解释阅读早期视觉加工的左侧化现象。根据语音匹配假设（phonological mapping hypothesis），视觉词汇加工的左侧化是由在学习过程中来自高水平的、左侧化的、参与语音加工的语言区的自上而下的影响来驱动的（Maurer & McCandliss，2007）。另外一种假设认为，偏侧化的差异可能是对应于文字与面孔刺激视觉属性上表现出的差异（Mercure et al.，2008；Hsiao & Lam，2013）。文字包含大量的高空间频率的视觉信息，这些信息可能偏向于在大脑的左半球得到加工。相反，面孔包含了一些可能偏向于在右半球加工的低空间分辨率信息。目前，视觉词汇N1左侧化的原因仍然是不清楚的，对这一问题的回答可能会与上文提到的正字法加工的模型有关。

由于脑电图技术低空间分辨率的局限，我们还很难知道文字N1敏感性的确切脑定位，但是已有一些证据表明N1成分与VWFA的激活存在着对应关系。这样的结果也得到了MEG研究的证实。脑磁图研究具有像脑电研究一样的高时间分辨率，同时由于其减少了信号远距离源的扭曲，就允许有更可靠的脑定位估计（Banaschewski & Brandeis，2007； Babiloni et al.，2009）。研究已表明，在200ms内对文字粗略调制的 MEG 源同样位于枕颞区的下部（Tarkiainen et al.，1999）。另外一些证据来自于安放颅内电极的神经生理学研究。正常人类被试的脑电只能在头皮表面得到记录，但在患有不能矫治的癫痫病人手术前（这种情况很少有），是可以从其颅内皮层记录到脑电活动的。在这样的病人身上，文字敏感性的神经激活发生在大约200ms时的腹侧枕颞皮层（Allison et al.，1994）。另外一些来自于脑电数据的溯源分析以及脑电与功能成像联合研究的数据也发现了一致的证据。这些研究中对事件相关电位的源估计发现，N1的源位于大脑后部及枕颞区下部（Maurer et al.，2005b；Brem et al.，2006；Brem et al.，2009），这一区域与相同被试fMRI 的激活位置是对应的（Brem et al.，2006；Brem et al.，2009）。

文字粗略神经调制的发展

既然成熟阅读者表现出了与特定文字经验相关的文字粗略神经调制，那么很自然就会产生一个问题：这种神经活动敏感性在学习阅读的儿童群体身上是如何发展的？这种发展是非常快的，还是比较慢的？是以一种增量的方式向前发展的吗？针对儿童的发展研究为回答这些问题提供了答案。

在一项纵向追踪瑞士苏黎世儿童学习阅读的研究中，幼儿园的儿童在学习阅读前进行第一次测试，1.8年之后对这些进入小学二年级中期的儿童进行第二次测试（Maurer et al.，2005b）。在瑞士，儿童从小学才开始学习阅读，幼儿园儿童是不学习阅读的，而且这项研究也排除了那些早期已经会读的儿童。在记录儿童的脑电活动时，他们要完成重复探测任务。实验材料是词和符号串。儿童只要看到前后呈现的两个刺激是一样的（不论是词还是符号串），就要马上按键做出反应。结果表明，幼儿园儿童在N1成分上还没有表现出文字的调制效应（Maurer et al.，2005b）。但是，在这些孩子到了二年级的时候，他们已经发展出非常强的文字N1调制效应（Maurer et al.，2006）。正如图2-1所示，近期的一项研究结果表明，文字N1的调制效应在一年级末期（在学校中进行了一年的阅读训练）就已经很明显了。来自这项纵向研究的结果还发现，即使随年龄增长文字N1的波幅在减小，但与成人相比，儿童文字N1的调制效应更大（Maurer et al.，2006）。这说明，文字粗略神经调制的发展呈现出倒U形的趋势。

这种倒U形的趋势可以在视觉专家化的框架中进行解释。初学阅读者表现出非常泛化的调制感受野，而专家则具有更精细的调制感受野（Palmeri & Gauthier，2004）。但是，粗略神经调制倒U形的趋势与正字法加工交互作用模型的解释也是一致的。在初学阅读时，预测错误会很多——引起了更强的激活，随着学习不断加深，预测错误减少——激活就减弱（Price & Devlin，2011）。

上述纵向研究的结果发现，儿童在小学学习一年半之后（较长的一段时间）会出现更强的文字敏感性，而训练研究则发现，N1的调制效应能够在很短的时间内出现。在布雷姆等人（Brem et al.，2010）的一项研究中，研究者请儿童玩一个叫“GraphoGame”的电脑游戏。通过玩这个游戏两个月，儿童来学习字母—发音的匹配。这项研究再一次发现，训练前儿童的文字N1敏感性没有出现，但是通过形音匹配训练，文字N1敏感性发展了，而控制条件的数字训练则没有导致这样的效应（Brem et al.，2010）。

在成人学习人工文字正字法的研究中，我们也可以在单一时段中观察到大范围的N1的增强活动（Maurer et al.，2010）。与成人表现出典型的左侧化N1不同，训练研究中的成人表现出非常强的人工文字的右侧化N1。这一结果预示着，在学习过程中可能存在N1从右侧化向左侧化的过渡（Maurer et al.，2010）。

上述结果与发展研究中的发现是一致的。尽管在上文提到的幼儿园儿童的纵向研究中，从整组来看并没有发现N1文字敏感性，但是具有高字母知识的儿童在学习阅读之前却表现出了右侧化的文字N1，这可能是出现文字敏感性的一个预兆（Maurer et al.，2005b）。一些处于阅读障碍高危状态的幼儿园儿童也表现出更明显的右侧化的N1，这与布雷姆等人的观点一致。右侧化的文字N1反映的是阅读获得过程中的一个不成熟的阶段（Brem et al.，2013）。

在一年半的在校阅读训练之后，儿童发展出明显的文字N1效应，并表现出双侧分布的特征（Maurer et al.，2006）。这种双侧化的分布经过小学直到成年期，会逐渐发展成为更加左侧化的分布（Maurer et al.，2006；Eberhard-Moscicka et al.，submitted）。

整体来看，文字快速加工的神经活动敏感性经历了非常大的变化，可能是从最初的萌发状态到后期随着阅读经验增长而逐渐精细化的过程。文字N1敏感性遵循着倒U形的发展趋势。最初的增长幅度很大，增长的速度也很快。随后，速度会在漫长的发展过程中逐渐变慢，增长的幅度也降低。N1敏感性在发展的最早期还不很成熟的时候是右侧化的，随后变成双侧化并达到N1的高峰，在随后的几年中变得更加左侧化。除了这两点变化之外，N1在时间窗口上也是有变化的。如果以与文字非常相似的非字符号作为控制条件，小学一年级和三年级儿童的N1涵盖了N1的整个时间窗口，只有在成人被试中才能探测到N1的早期成分（Eberhard-Moscicka et al.，submitted）。

阅读障碍群体的文字粗略神经调制降低

文字的粗略神经调制不仅在阅读获得的最初阶段就开始发展，而且在学习有困难的儿童身上表现出了降低的特点。

在苏黎世儿童的纵向研究中，与阅读正常的儿童相比，那些在小学二年级时成为阅读障碍的儿童表现出调制效应降低的特点（Maurer et al.，2007）。有趣的是，与正常儿童相比，阅读障碍儿童降低的调制效应不仅表现为文字N1的降低，而且还表现出符号串的N1更强的特点。这与视觉专家化的理论是一致的。神经活动的专家化不仅使大脑对优势刺激类别的激活增强，也会使其对非优势类别刺激的激活减弱（Cantlon et al.，2011）。因此，调制模型和正字法加工交互作用模型都能解释阅读障碍儿童为什么会表现出较弱的文字N1反应。阅读障碍儿童对非优势刺激的激活更强可能用调制模式来解释比较好，因为来自高水平加工语言区的预测作用在视觉控制条件下是不应存在的。但是，我们仍然不能排除符号串诱发了阅读障碍儿童更多来自高水平加工语言区的预测，这则是与交互作用模型相一致的解释。

当苏黎世纵向研究中的儿童在入学三年之后再次进行测查时，阅读障碍儿童的文字神经调制障碍已经减少了，只是和五年级的状态有边缘显著的差异（Maurer et al.，2011）。这可能意味着，文字神经调制在阅读障碍儿童最初学习阅读的头几年是特别重要的。但是，另外一些研究也报告年龄更大一些的青春前期的阅读障碍儿童（Araujo et al.，2012）及有阅读障碍的成人（Helenius et al.，1999；Mahe et al.，2012；Araujo et al.，2015）的文字调制效应也是有损伤的。这就说明文字调制的神经损伤会持续影响到更大的年龄，造成阅读困难。另外，对于更大年龄人群文字调制效应损伤的探测也会受到阅读障碍的程度以及任务熟悉性的影响。

阅读障碍儿童在阅读技能获得几年之后，视觉—正字法加工的持续损伤也得到了fMRI研究的支持。因为语音加工困难被认为是阅读障碍的核心缺陷，一些功能成像研究使用语音任务，揭示出这种缺陷的神经基础是在颞—顶区（Temple et al.，2001；Hoeft et al.，2006）。但是，对采用视觉字母或单词作为实验材料的阅读障碍研究的元分析表明，阅读障碍最稳定的缺陷出现在VWFA附近的枕—颞区下部（Maisog et al.，2008；Richlan et al.，2009）。VWFA的调制损伤的重要性得到了一项100多人的多中心fMRI 研究的证实。阅读能力较低的被试的文字调制效应减少最强的区域就是VWFA（Maurer et al.，submitted）。有趣的是，阅读流畅性和文字调制效应之间的联系不是由文字条件驱动的，而是由符号条件驱动的。这一结果又与视觉专家化的解释一致。视觉专家化不仅表现出对优势视觉类别激活的增强，也表现出对非优势类别激活的减弱（Cantlon et al.，2011）。但是，正如前所述，这一结果也与阅读障碍被试对非优势刺激不适宜的预测是一致的。

文字的精细神经调制

文字与符号之间的对比反映的是文字视觉调制的一种粗略形式。除此之外，还存在一种更为精细的调制形式。精细文字调制反映的是对字母串中字母组合模式规则的敏感性（Posner & McCandliss，2000；Maurer et al.，2006；Zhao et al.，2014）。所以，真词比伪词或者辅音字母串更规则，伪词比辅音字母串更规则。伪词与辅音字母串的对比可以更好地代表精细调制效应，因为真词与伪词的对比也会受到字母熟悉性差异带来的影响（Zhao et al.，2014）。

一些研究已经报道，辅音字母串的N1比真词的N1更强（Compton et al.，1991；McCandliss et al.，1997；Bentin et al.，1999）。但是，这一效应在不同的任务下存在差异。这种效应只在被动任务或者视觉搜索任务下才会出现，但仅在一项英文的词汇判断任务中出现（Compton et al.，1991）。与此完全相反的是，在一项法语研究中，这一效应仅在词汇判断和语义任务中出现，而在视觉大小探测和语音任务中却没有出现（Bentin et al.，1999）。因此，虽然看起来在这个效应的方向上表现出了共同的模式，但这一效应是否以及如何受到实验任务的调控仍然是不清楚的。

词形中双字母组（bigram）的频率差异也可以反映文字的精细调制。一项研究比较了典型与非典型正字法词形［用双字母组的位置及三字母组（trigram）的频率来定义］的词汇，发现典型词汇的N1比非典型词汇的N1要强，但这一效应对伪词来说则是反转的（Hauk et al.，2006b）。

因此，有关视觉文字加工精细调制效应的结果是非常不一致的。这可能是不同研究采用的实验任务及实验参数的差异造成的。这种实验任务的影响说明，字母串的加工会受到自上而下效应的影响。这与调制模型及正字法加工交互作用模型的观点是一致的。但是，任务效应的存在使得我们很难去找到支持或反对任一模型的证据，因为两个模型会预测出非任务依赖的不同效应。调制模型预测更规则的字母串会诱发更大的N1，因为感受野的敏感性在增强；而交互作用模型则预测越不规则的字母串会诱发越高的N1，因为预期的错误增加了。

在初学阅读的儿童身上也是有可能发现对文字的精细调制效应的。近期的一项研究发现，阅读水平高的儿童的真词N1比辅音字母串N1更强，而阅读水平低的儿童则没有表现出这样的差异（Zhao et al.，2014）。研究者在这一研究中还发现，低阅读水平儿童和高阅读水平儿童的文字粗略调制效应是没有差异的。这说明，文字的精细调制效应可能对初学阅读的正常群体儿童的阅读能力差异更敏感。

词汇熟悉性的影响

将真词与伪词进行对比，也是可以发现文字的精细调制效应的。因为真词比伪词具有更规则的字母串。但是，这种精细的文字调制效应会受到由词汇熟悉性差异所带来的混淆，特别是实验采用外显语言任务时更是如此。这也反映在N1有关词汇差异的结果模式上。

在一些成人研究中，真词的N1比伪词的N1更强（Maurer et al.，2005a；Eberhard-Moscicka et al.，submitted）。但是，这一结果并不总是一致的（Maurer et al.，2005b），一些研究甚至发现了相反的效应，即伪词的N1比真词的N1更强（Hauk et al.，2006a；Hauk et al.，2006b）。

这些不一致的结果可能是由于不同研究采用的任务不同。在只需要内隐阅读的任务条件下，如one-back重复探测任务，主要发现真词的N1成分比伪词的更大（Maurer et al.，2005a；Eberhard-Moscicka et al.，submitted）。而在外显阅读任务下，如词汇判断的条件，伪词的N1比真词的更大（Hauk et al.，2006a；Hauk et al.，2006b；Simon et al.，2007）。

伪词的N1成分比真词的大这一结果与在词汇判断任务（Sereno et al.，1998；Hauk & Pulvermuller，2004）或词汇探测任务（Assadollahi & Pulvermuller，2003）中所报告的低频词N1强于高频词N1也是一致的。但是，N1的词频效应看起来也是依赖于任务的。因为在声音探测任务中是没有发现这种效应的（Proverbio et al.，2004），而且在词汇判断任务（研究者通过大量重复呈现词汇从而可能改变了词汇判断任务的性质）中甚至表现出了相反的模式（Simon et al.，2007）。这种非常强的由任务要求带来的对词汇效应的调控，既可以由局部探测器联合模型来解释，也可以由正字法加工交互作用模型来解释（Price & Devlin，2011），因为两个模型都承认存在自上而下的任务效应。任务效应的存在表明，它们是与自下而上或自动化的交互作用效应相重叠的，从而使研究者很难找到支持或反对两个模型的证据。

而且，由词汇熟悉性引起的差别化加工与文字的粗略调制可能具有不同的时间进程。近期的一项研究表明，词汇效应发生在N1成分的晚期，而文字的粗略调制效应主要发生在N1成分的早期（Eberhard-Moscicka et al.，submitted）。但是，这种序列式的加工可能也依赖于实验的任务。另外一项研究表明，实验任务可以进一步加速词汇的加工，正如任务对词频效应的调控一样（Strijkers et al.，2015）。

从整个发展进程来看，实验任务的要求对词汇N1效应的影响在增加。这一结果来自使用内隐或外显语言任务的发展研究。使用重复探测任务的研究发现，平均来看，真词的N1都大于伪词的N1，但是这种差异只是边缘显著（Maurer et al.，2006；Eberhard-Moscicka et al.，2014）或者仅仅在某一个能力组的儿童中达到显著（Zhao et al.，2014）。与此类似，在一项使用词汇判断任务的研究中，伪词的N1大于真词的N1，但仅仅是在与阅读障碍组进行对比时的交互作用上达到显著水平（Kast et al.，2010）。将这些研究结果与非常稳定的文字粗略调制效应的结果整合在一起，我们就会发现，在初学阅读时，视觉词汇的加工是由自下而上的刺激属性的加工所主导的，同时发展出适宜的调制敏感性或者自动化的交互作用。而这些过程中以任务为中介的自上而下调控的灵活性还很弱，需要通过今后的阅读实践来继续发展。

对中文的快速视觉—正字法加工

本章的前面部分是从拼音文字的角度来讨论视觉—正字法加工的。第一个主题包括文字的粗略神经调制、其发展以及其在阅读障碍中的损伤。第二个主题包括文字的精细神经调制（更为精细细致的不同类型字母串之间的差异）及词汇熟悉性效应。在这一部分中，我们将在中文的背景下讨论这些主题，以此来强调中文对于拼音文字来说的共同点及差异。

fMRI研究已经为揭示阅读中文及拼音文字表现出的共同点及差异提供了很多证据。两项功能磁共振研究的元分析文章揭示出中文与拼音文字在整体上相同的阅读网络，包括枕颞区下部、颞顶区以及额区（Bolger et al.，2005；Tan et al.，2005）。尽管这些元分析没有在文字系统之间进行直接的统计比较，但各种文字系统内部的分化模式预示着一些不同：阅读中文看上去很少激活左半球颞叶区的上部，但会更多激活左侧额中区以及右侧枕颞区。在本章所关注的视觉—正字法加工这一问题的背景下，与拼音文字相比，中文在枕颞区出现的差异显得格外有趣。这就引发了一个问题：与拼音文字所诱发的典型的左侧化N1相比，我们是否能发现右侧化的，至少是双侧化的汉字N1反应。由于汉字的基本形状、构成及元素数量与拼音文字不同，我们可能会预期汉字的视觉专家化与拼音文字的专家化会有所不同。

已有一些研究探查了汉字的粗略神经调制。研究发现，汉字的N1要强于控制刺激的N1（Wong et al.，2005；Xue et al.，2008；Cao et al.，2011；Lin et al.，2011；Zhao et al.，2012）。但如果用和汉字相同的、带有一些笔画元素和笔画结构的韩文作为控制条件，调制效应就不是很稳定，会更容易受到实验参数的影响，如刺激呈现时间和字符长度（Xue et al.，2008）。与功能磁共振研究的元分析结果不同，汉字的粗略调制反应也是左侧化的（Wong et al.，2005；Cao et al.，2011；Lin et al.，2011；Zhao et al.，2012）。这种与神经成像研究结果的不一致是显著的，说明fMRI研究中右半球枕颞皮层的额外激活可能反映的是发生在N1成分之后的折返性激活（Dale et al.，2000）。

对汉字的粗略调制不仅在偏侧化上与拼音文字是相同的，其在儿童群体中的发展也表现出拼音文字研究所发现的倒U形的时间进程。对汉字的粗略调制效应在小学一年级的儿童身上表现非常强，随后开始减弱（Cao et al.，2011）。

因此，这些研究结果表明，汉字粗略神经调制的出现、偏侧化以及发展与拼音文字是非常相似的。但是，以往的研究中都没有包括学习拼音文字的被试，没有直接进行跨语言的比较。所以，不同文字系统的神经调制可能还是可以探测到细微差异的。

对文字的粗略调制被认为是书面文字与视觉控制刺激之间的对比，对文字的精细调制代表了对书写系统（字母、部件）组合成更大单元（单词、汉字）的规则的调制。既然中文与拼音文字在结构上是存在差异的，那么对汉字的精细调制就不能在与拼音文字相同的条件下进行研究。但是，还有一些条件是可以用来进行对比的。

在拼音文字的研究中，研究者使用真词、伪词、辅音字母串及非字符号串作为实验材料。一项对汉字的研究采用类似的方式，使用真字、伪字、非字及笔画随机组合作为ERP实验材料（Lin et al.，2011）。伪字由位置正确的部件构成，非字由位置不正确的部件构成。研究者采用浅层语言加工任务（颜色探测），发现与非字和笔画组合的N1相比，真字与伪字的N1更强（Lin et al.，2011）。这一结果与同样采用浅层语言加工任务，对拼音文字精细调制效应进行的研究的结果是一致的。尽管文字精细调制的任务依赖性并不总是一致的（Compton et al.，1991），但拼音文字的研究也发现了更有规则的字母串的N1反应会更强（Zhao et al.，2014），而在外显任务中，越不规则的字母串的N1越大（Bentin et al.，1999）。

在拼音文字中，词汇效应是通过比较真词与伪词（可以发音的字母串但不是词）来研究的。在中文中，创造出等价的伪字是不可能的。由处在正确位置的声旁和形旁构成的伪字貌似真字，但却是不能发音的。因此，在中文中探查词汇效应更具可比性的方法是将高频字和低频字进行对比。

一项中文研究在延迟命名任务中操控了汉字的频率，发现在刺激呈现后的250 ms左右低频字引发了更大的负波（Liu & Perfetti，2003）。但在这项研究中，中英双语被试在加工英语时，在相同的时间窗口中表现出相反的频率效应。这说明词频效应在双语学习者身上的表现是不同的。而且，中文中的词频效应在中文被试中可能被限制在N1成分的晚期。一些研究者已经证明了这一点，他们的研究没有在N1成分的早期发现词频效应（Hsu et al.，2011；Zhang et al.，2012）。

既然汉字的声旁与整字的发音不是完全匹配的（Yang et al.，2009），那么文字与发音的一致性在中文阅读中就起着更重要的作用。如此，与发音一致性高的汉字相比，发音一致性低的汉字会引发大脑后部更强的N1负波（Lee et al.，2007）及更强的前部的正波（Lee et al.，2007；Hsu et al.，2011）。这些效应的大体方向与拼音文字中的频率效应是相同的，但是这些效应并不总能在汉字研究中被探测到（Hsu et al.，2011）。

总之，与拼音文字类似，与文字粗略神经调制相关的效应在汉字中也是非常一致的。其他与更为精细调制有关的效应则由于受到更强的任务要求及加工目标的影响而不是很一致。因此，与拼音文字一样，任务效应的出现使得研究者很难在汉字研究中去发现非任务依赖的效应，从而很难对正字法加工的两个模型做出评价。

总结与展望

快速的视觉—正字法加工对于流畅阅读是很重要的，而且可能受到两种不同的机制（调制机制与任务效应调控）的影响。

这两种机制似乎遵循着不同的发展轨迹。对文字的粗略调制在初学阅读时非常凸显，其发生在内隐的阅读任务中，而且真词和伪词都会有类似的反应。粗略调制的这种发展模式可以推广到其他的文字系统中，正如在中文研究中所发现的结果。文字粗略调制的发展模式可以用两种不同的模型来解释。一种是局部特征探测器所引起的自下而上的加工，一种是通过自动化的自上而下的预期所引发的交互式加工。但是，两个模型对于文字的精细调制有着不同的预测。局部探测器模型预测越规则的字母串的激活越强，而交互作用说预测越不规则的字母串的激活越强。但是，对结果的解释因实验任务效应的存在而变得复杂起来。尽管ERP具有很高的时间分辨率，可以允许研究者去探查视觉—正字法加工的早期阶段，但是有研究发现ERP的早期阶段就已存在任务效应。任务效应与文字精细调制效应的重叠使得解释支持或反对两个模型的结果变得很困难。未来的研究需要找到更好的方式来控制实验任务带来的效应。

如果不考虑在正字法加工神经模型的背景下去解释那些效应，ERP测量已被证明是捕获正常及阅读障碍人群初学阅读时的重要神经活动的有用工具。本章介绍的这些成果正是未来研究的出发点。未来研究需要继续探索正字法加工的神经机制以及这些加工机制在儿童学习阅读过程中的发展模式。

摘要 Abstract

Event-related potentials (ERPs) of the EEG have a high temporal resolution and are able to capture millisecond-to-millisecond changes of the electric fields on the scalp that are generated by neural activation.The N1 component of the ERP that occurs between about 150 and 200 ms after stimulus presentation has been shown to be sensitive to orthographic properties of visual words.Here we review how coarse and fine tuning for print occurs in adult skilled readers, how it develops in children who learn to read, and how it is impaired in dyslexia.We further discuss how these findings can be interpreted in neural models of orthographic processing, and how the findings from alphabetic languages relate to reading in Chinese.

Keywords

visual-orthographic processing, coarse neural tuning, fine neural tuning, electroencephalogram, dyslexia, development

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[1] 香港中文大学心理学系

[2] 中国科学院心理研究所