摘要汉语是一种声调语言，在口语韵律表迭中存在独特的特点。本项目利用汉语不同于非声调语言的特点，探讨已有研究中尚未澄清的问题，即汉语声调在早期自动加工中对语义激活的作用，以及在不同认知阶段中，汉语声调和语调加工的神经机制。这些问题是当前的研究热点，但仍存在着各种分歧和激烈的争论。本项目拟采用ERP方法，结合LORETA源定位技术，通过不同的实验范式考察以下内容：(1)在早期自动加工过程中，汉语声调对词汇语义激活的作用；(2)在早期阶段，汉语声调和语调加工的大脑激活模式；(3)在晚期阶段，汉语声调和语调加工的大脑激活模式。对这些问题的考察将有助于澄清当前的激烈争论，拓展以往基于非声调语言研究建立的口语加工理论的适用范围，为完善言语认知加工的理论模型提供新的实验证据。
关键词 口语；汉语声调；语调；ERP；LORETA
分类号 B842
1 问题提出
与书面语相比，口语是一种更为普遍的言语表达形式。然而，与阅读研究相比，口语研究相对薄弱。口语不同于书面语的一个突出特点是，口语富含韵律信息。韵律信息主要通过重音、语调、韵律结构等韵律特征得以体现。口语韵律(speechmelody)是韵律信息的重要表现形式，主要指口语中与词汇声调(Iexical tone)和语调(intonation)相联系的言语音高模式(xu，2005)。汉语是一种声调语言，在词汇的语音构成上存在独特的特点。考察汉语声调在早期自动加工中对语义激活的作用，以及在不同认知阶段，汉语声调和语调加工的神经机制，将深化汉语口语加工的认识，拓展基于非声调语言研究的口语加工理论的适用范围。同时，这些来自于正常被试的研究结果也将为言语损伤病人的口语加工诊断提供参考。近年来，口语韵律信息的加工已引起了研究者们的高度关注，研究内容主要体现在以下两个方面：
1.1声调对词汇语义的激活作用
在语言学中，每个音节包含两个语音单元：音段信息(即构成音节的单个音位信息，如元音、辅音等)和超音段信息(即由音位或音位群负载，包括音高、强度、时长等声音线索，如声调，重音等)，超音段信息也被称作词汇的韵律信息。已有听觉词汇识别模型(Marslen-Wilson＆Warren．1994；Norris，1994)在关注音段信息作用的同时，忽略了超音段信息的作用，认为心理词典中词条的通达是词汇音段信息竞争的结果，超音段信息在这一过程中几乎不发挥作用。这种主要基于英语、荷兰语研究的理论观点近年来遭到了来自其他重音语言研究和来自汉语研究的挑战。
Soto-Faraco等(2001)对母语为西班牙语的被试进行的研究表明，听觉词汇识别中音段和超音段信息对语义激活的作用是相同的。来自德语的一项研究(Friedrich et al.，2004)也发现了超音段信息在听觉词汇识别中的作用。采用跨通道启动范式，Zhou等(2004)对汉语词汇声调作用的研究发现，由声调不匹配导致的抑制作用会抵消由音段信息匹配所产生的促进作用，这种抑制作用有赖于声调的不匹配程度。采用词汇判断和同一性判断任务，Cutler和Chen(1997)发现，与变化超音段信息(声调)的词汇相比，被试对变化音段信息的词汇做出了更快、更准确的反应。Schirmer等(2005)对广东话的研究发现。由声调和音段信息导致的语义违反都产生了一个类似N400的负波和一个后正成分。这些研究肯定了音段和超音段信息在词汇加工中所发挥的不可忽视的作用，这种作用主要体现在注意阶段。
不仅如此，在前注意阶段(pre-attentive stageof processing)，即自动加工过程中，研究者们也发现了超音段信息的作用。来自跨语言的研究(Pulvermfiller et al.，
2001； Chandrasekaran，Krishnan，＆Gandour，2009)表明，尽管实验过程中要求被试观看无声电影，不注意声音刺激，但母语被试依然能够辨别母语词汇中声音信息的细微变化，而非母语被试并没有表现出这一特点。通过变化芬兰语词汇的元音和辅音，Pulvermtiller等(2001)发现，芬兰被试在加工真词刺激序列时产生的失匹配波(mismatch negativity，MMN)显著高于假词刺激序列的加工情况，而母语为俄语和德语的被试在加工这些刺激时并没有表现出这一特点。被试对母语词汇声音的敏感性也表现在非言语声音的加工过程中(Tervaniemi et al.，2006)。这些研究表明，人脑中可能存在特定言语(尤其是母语)的词汇声音记忆痕。
1．2
口语韵律加工的神经机制
口语韵律信息加工的神经机制涉及到大脑言语功能的偏侧化问题，即进行口语加工时，大脑两半球是根据哪些线索进行分工协作的?这一问题已引起了研究者们的高度关注，但目前仍存在各种分歧和激烈的争议(Wong，2002；Shtyrov，Pihko，＆Pulvermfiller,2005)，其中功能假设(functional hypothesis)和声音假设(acoustichypothesis)是长期对立的两大假设。
功能假设也称作任务依随假设(task―dependent hypothesis)。该假设认为(Liberman&Whalen，2000)，决定脑功能偏侧化的线索是听觉刺激的功能。当语音模式中携带更多的言语信息时，语音的加工偏向大脑的左半球，反之，偏向大脑的右半球。声音假设也称作线索依随假设(cue-dependent hypothesis)。该假设认为(zatorre，Belin，＆Penhune，2002，)，听觉刺激的声学结构决定了大脑两半球的功能偏侧化特点。体现频谱变化的声音(spectrally variant sounds)主要在大脑的右半球得到加工，而体现时间变化的声音(temporally variant sounds)主要在大脑的左半球得到加工。这两大假设都得到了实验的有力支持。
功能假设得到了来自双耳分听(Wang，Jongman，＆Sereno，2001)和脑成像研究(Gandourlet al.，2002；2003；Hsieh，Gandou Wong，＆Hutchins，2001)的支持。以泰语词汇为实验材料，Gandour等人(2002)采用fMRI技术对泰语被试和汉语被试加工泰语声调和元音进行了研究。结果发现，只有泰语被试在声调判断条件下激活了大脑左半球的前额下皮层。采用PET方法，Wong，Parsons，Martinez和Diehl(2004)对汉语被试和英语被试加工母语与非母语中的音高信息进行了研究。结果发现，汉语被试在辨别汉语声调时，大脑左半球的脑岛前部皮层得到了激活，在辨别英语 词汇中的音高信息时，则激活了大脑右半球的对应区域。这些研究表明，大脑对语音信息的加工取决于刺激的功能，与刺激的声学特征无关。
与此相反，支持声音假设的研究(sbah，Baum，＆Dwivedi，2006；Luo et al.，2006；Warrier&Zatorre，2004；Ren，Yang，&Li，2009)发现，言语刺激的声学特征对言语加工的大脑偏侧化起到了决定性的作用。我们的一项研究发现，对于有着相同声学特征、不同言语功能的汉语声调和语调，无论呈现在言语还是非言语背景中，在早期加工中都表现出了右半球的加工优势(如图1所示)。该结果为声音假设提供了有力的证据。
2 研究构想
关于口语韵律的加工过程，已有研究考察了声调对词汇语义激活的作用，并对口语韵律加工的神经机制进行了探讨，然而，仍存在以下问题：一是对于汉语声调的作用，尽管以往的这些研究肯定了音段和超音段信息在词汇加工的注意阶段的作用。然而，对于早期自动加工阶段，这两类语音信息是如何激活语义信息的目前尚不清楚。尽管有证据表明，母语词汇的语音信息对词汇语义的早期自动激活起着重要的作用，但对音段与超音段信息各自发挥了怎样的作用尚缺乏深入、细致的研究。二是对于口语韵律加工的脑机制，目前仍存在各种分歧和激烈的争论。对于该问题的探讨，以往大多数研究采用了fMRI或PET等脑成像的方法，对于认知加工的不同阶段没有给予足够的重视。这种现象很可能是导致争议和分歧
此外，已有研究对口语韵律加工中声调和语调的相互作用没有给予足够的关注。多年前我国学者(赵元任，1968)就已提出，汉语声调和语调是相互影响的。研究表明(xu，2005；任桂琴，韩玉昌，周永垒，任延涛，2011)，语调的音高信息变化受声调的影响。虽然这种影响在泰语研究中也得到了发现(Gandour et al.，1997)，但对于它的认知机制目前尚缺乏研究。汉语为口语韵律的加工研究提供了理想的材料，为深入探讨声调和语调的相互作用提供了可能。本项目将在早期和晚期阶段对这一影响做深入的研究。
针对以往研究中存在的问题，本项目立足于汉语认知，将着重考察声调在早期自动加工中对语义的激活作用，并在此基础上，进一步探讨声调和语调加工的脑机制。对于这些问题的研究，本项目拟采用具有高时间分辨率的ERP技术，在传统脑电分析的基础上，运用LORETA方法进行脑区定位，关注口语韵律加工的时一空特点，以揭示口语韵律加工的动态脑激活模式。的一个重要原因。尽管脑成像方法具有高空间分辨率，对于大脑的功能定位是非常精确的。然而，由于时间分辨率较低，单纯采用这种方法难以确定研究结果的时间特性，这样必然会一定程度地掩盖由于时间点变化所带来的影响，难以揭示脑区激活的动态模式。
2.1汉语声调在早期自动加工中对词汇语义激活的作用
已有研究(Pulvermfiller et al.，2001)揭示了元音、辅音等音段信息在早期自动加工过程对词汇语义激活的作用。然而，目前还不清楚，在早期自动加工过程中，汉语声调能否激活词汇的语义信息，以及如何激活语义信息。对该问题的考察我们将采用被动的OddbaH范式，要求被试在听语音刺激的同时观看无声电影。这部分内容主要关注的脑电成分为MMN。分析MMN的波幅、潜伏期，同时采用LORETA方法分析MMN的发生源。
MMN是反映声音信号早期自动加工的一个有力工具，这一成分常用于考察听觉信号和口语信息表征的神经机制(Naatanen，2001；2002；Pulvermiiller et al.，2001)。MMN可由传统的Oddball范式产生，也可以由新的Oddball范式产生。虽然注意过程能够对MMN的波幅产生影响，但该成分可以在没有任何实验任务的情况下自动产生。通过MMN考察口语加工的优势在于既能够探测到声音信息的自动加工过程，也能够探测到声音信息感知的脑机制。
2.2汉语声调和语调加工的神经机制
由于注意资源的分配会对MMN的波幅和发生源产生一定的影响(Restuccia，Marca，Marra，Rubino，&Valefiani，2005；Grimm＆Schr6ger,2005．)，因此，我们将分别考察汉语声调和语调在早期自动加工、早期控制加工中的神经机制。在汉语普通话中，四个声调可能对语调加工产生不同的影响(xu，2005)。例如，附着在四声调汉字后的语调变化在早期加工中能够被自动地识别(Renet al.，2009)，而附着在二声调汉字后的语调变化则难以被自动地分辨出来(任等，2011)。目前还不清楚，这种自动加工中存在的感知困难是否也存在于注意加工过程中，以及汉语声调和语调在早期阶段是如何相互影响的。该项目拟分别采用被动的和主动的Oddball范式，考察汉语声调和语调在早期自动加工、早期控制加工中的神经机制。
除了早期加工，我们也将考察汉语口语韵律在晚期阶段的加工过程。在汉语中，言语音高信息的变化既可以体现在音节水平上，也可以体现在句子水平上。尽管已有研究采用fMRI方法考察了言语时间窗口对脑区激活的影响(Gandour etal.，2003，)，但未探讨时间进程。虽然我们在最近的一项研究中(任等，2011)考察了言语信息整合的时间窗口对语调早期感知的影响，但不系统，没有涉及到晚期加工过程。对于晚期加工过程，目前还不清楚，汉语口语韵律加工的时间进程如何，与时间进程相联系的脑激活区域如何变化，以及汉语声调和语调在晚期阶段是如何相互影响的。该项目拟在不同的语境条件下考察汉语口语韵律的加工过程。实验采用辨别范式(discriminationparadigm)，实验任务为声调或语调的一致性判断，主要关注P300和N400成分。
3 研究意义及预期结果
本项目立足于汉语认知，充分利用汉语作为一种声调语言不同于非声调语言的特点，探讨口语韵律的作用及其作用的脑机制。在汉语中，言语音高信息的变化既可以表示声调，也可以表示语调。用于表示声调时携带着词汇的语义信息，具有语义区分的功能，用于表示语调时则不具有这一功能，但可以传达态度、语法等信息。不仅如此，音高信息的变化还可以体现在不同的言语结构水平上，既可以表现在音节水平上，也可以表现在句子水平上。汉语的这些特点为口语韵律的加工研究提供了理想的材料。
对于声调在早期自动加工中的作用，以及口语韵律加工的脑机制，我们拟采用ERP方法结合LORETA技术这一研究手段。ERP记录能够提供精确的时间信息，LORETA源定位分析可以获得相应的空间信息。LORETA分析是一种功能性脑成像的估计方法(Pascual-Marqui，1999)。这是一种解决了EEG相反问题的算法，是通过发现所有与头皮分布一致的可能的求解中最平滑的解来得以实现的(Pascual-Marqui，Michel，＆Lehmann，1994)。尽管与fMRI、MEG等脑成像方法相比，LORETA是一种粗略的估计方法，然而它能够提供大脑在某一阶段加工时的空间信息，与ERP数据提供的时间信息一起，为理解某一认知加工的时间一空间特点提供依据。研究表明(Laufer＆Pratt，2005；Ren Bt al.，2009，)，这是考察口语加工的一种富有成效的研究手段。
总之，口语韵律的加工研究为我们理解大脑的功能，理解口语加工过程提供了依据。然而，无论是声调对语义激活的作用，还是不同认知阶段口语韵律加工的神经机制，都有待于深入的研究。本项目立足于汉语口语韵律的加工过程，分别对声调的作用、声调和语调加工的脑激活模式进行考察。研究结果将深化汉语口语加工的认识，拓展基于非声调语言研究的口语加工理论的适用范围，为完善人类言语加工的理论模型提供新的实验证据。同时，这些来自于正常被试的研究结果也将为言语损伤病人的口语加工诊断提供参考。