测量衰老对句子处理影响的实验范式

摘要

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。

摘要

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。

引言

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。

研究方案

该实验经北京外国语大学伦理委员会批准，符合人体实验指南。实验中的所有参与者都提供了书面的知情同意。

1. 刺激性建筑

1. 在具体实验问题的基础上构建实验刺激。该协议旨在探讨衰老对阅读过程中在线句子处理的影响，因此，实验中使用的视觉刺激是两种类型的 RC，即 SMC 和 ORC，它们是研究中最常用的结构。老年人的句子处理。
2. 准备至少24个实验句子，每个条件下有12个句子，至少24个填充物，长度和结构不同。填充剂的数量可以增加到实验句子的三倍。实验句应在这两个条件下进行平衡。
   注:由于我们的研究侧重于普通话句子的处理，实验中使用的句子都是普通话。但是，此处报告的协议可能也适用于其他语言。
3. 合理性评级:邀请至少 30 名参与者使用五分的 Likert 等级对实验句子的语义合理性进行评分，评分从"1"（最不可信）到"5"（最合理）。确保该组在年龄、性别比例和教育方面与参与者相似。确保它们不参与后续实验。确保研究中使用的句子在语义上都合理（>3），并且语义合理性在不同的实验条件之间没有显著差异。
   注:在我们的研究中，15名老年人和15名年轻成年人被邀请参加合理性评级（M年龄=43.6，SD=24.1;女性 16， 男性 14）。
4. 对于实验句子中的每个单词，提供非语法替代方法。这样，为句子的每个部分准备一对单词，其中一个是句子的语法延续，另一个不是。匹配两个备选词频率。参与者应选择语法正确的单词和语法不正确的单词（参见图 1，了解英语样本句子）。本研究中使用的实验句子如图2所示。
5. 随机化和设计。在将句子呈现给参与者之前，对句子中的句子和两个备选项的位置进行随机化。在刺激演示软件中查找属性页面的选择选项卡（参见材料表），并将选择方法设置为"随机"。
   1. 将实验分成多个块，每个块持续时间不超过 10 分钟。
      注:在这项研究中，实验由两个组块组成，每个块有24个句子。每个块持续约 5 分钟。
   2. 允许参与者在两个块之间休息。休息约5分钟对年轻人有帮助。允许老年人有更长的休息时间，以确保他们可以从疲劳中恢复过来。

图2:两个实验句子的示例。该图显示，参与者在每个框架中呈现两个中文单词，并被要求选择一个可以语法继续句子。框架上的单词是汉字，括号中提供了英语等价物。请点击此处查看此图的较大版本。

2. 参与者筛选和实验准备

1. 招募以语言测试为母语的参与者。确保参与者具有正常或矫正的视力。邀请至少30名年轻人和30名老年人。在教育年数和性别比例方面匹配两个年龄组。
2. 询问参与者以前是否患有神经、精神或沟通障碍。不包括报告这些疾病任何病史的人。
3. 为了确保被招募的老年参与者在认知上健康，让他们在实验前完成全球恶化量^表22，作为筛选方法。不包括得分超过二级的参与者。
4. 告诉参与者，在实验当天，他们应没有疲惫、饥饿、疾病或其他使他们感到不舒服的条件。
5. 单独或分组邀请学员到实验室。

3. 程序

1. 带参与者到实验室，并指示他们坐在电脑工作场所。
2. 要求学员阅读并签署书面的知情同意书。排除因任何原因无法提供知情同意的参与者。
3. 向学员提供口头指示，以确保他们清楚地了解任务的要求。要求学员在计算机屏幕上的两个单词或短语之间进行选择，以形成句子的语法延续。通知他们，他们的回答将是及时的，因此，他们应尽可能迅速和准确地做出响应。
4. 向学员提供书面说明，并请他们仔细阅读。回答学员可能提出的有关说明的任何问题。以参与者的母语在纸上或计算机屏幕上显示以下消息:
   "在这个实验中，您将阅读一些中文句子。但是，这些句子将一次呈现一个单词。在每个屏幕上，将显示两个单词，您需要选择能够以语法方式尽快继续句子的单词。如果您选择左侧的单词，请按键盘上的F按钮，如果选择右侧的单词，请按J。请尽快回复。如果您在十秒内未能做出响应，则下一次试用将开始。如果没有其他问题，请按任意键开始练习。
5. 要求学员完成少量练习问题，以确保他们了解如何执行任务。在参与者做出选择后，就两个短语中的哪一个是句子的语法延续提供反馈。为了尽量减少对自然阅读过程的干扰，仅在检测到错误答案时提供反馈。反馈是参与者母语中的短句（"不正确"），在计算机屏幕上直观地显示。
6. 学员完成练习题后，请他们做出选择，确定是否要重做练习。如果他们按下键盘上的按钮 p，练习单元将重新开始，如果他们按下空格键，练习单元将结束，实验会话开始。允许他们尽可能多次重做练习，直到他们熟悉任务的过程。在练习课上遇到任何困难时，为他们提供帮助。
7. 当学员对实验程序清楚时，允许他们执行所需的实验任务。
8. 在计算机屏幕上以白色背景上的黑色字母显示项目。
9. 让参与者阅读项目，对于每个片段，在屏幕并排放置的两个单词之间进行选择，按下键盘上的按钮（左侧单词的F按钮和右侧单词的J按钮）。
10. 如果参与者选择正确答案，请显示下一对单词。当他们选择错误的答案时，让句子终止，并出现下一个。
11. 从 Wechsler 内存量表²³管理数字跨度任务，以评估参与者的工作记忆跨度。单独测试参与者。
12. 要求参与者听一系列数字（1-9），这些数字以每秒一位数字的速率以听觉呈现。
13. 要求参与者以相同的顺序重复数字顺序。
14. 从短字符串开始，一次增加一个数字的字符串长度。当参与者在两次试验中以给定长度出错时，停止测试。
15. 在记录表单上记录参与者的响应。使用数字录制设备记录参与者的响应。
16. 要求参与者填写有关其背景信息的调查问卷，如年龄、性别和教育年数。在问卷期间准备参与者的付款。
17. 为参与者提供参与的货币补偿。
    注:在我们的实验中，每位参与者的参加费用为20元人民币（约合3美元）。在不同的实验中，付款金额可能有所不同。其他方法也可以用来激励参与者，如奖励。

4. 数据分析

1. 从演示软件的输出文件中获取句子中每个单词的 RT （ms）。
2. 从数据分析中排除响应错误的试验的 RT。为了减少外换线对结果的影响，排除每个条件中每个参与者的平均值的三个以上标准偏差。
3. 分析句子中感兴趣的区域的 RT，使用重复度量的 ANOVA，将 RT 作为因变量，将年龄组（老、年轻）、句子类型 （SRC、ORC） 和区域 （1-6） 作为独立变量。

结果

本研究旨在利用迷宫任务研究衰老对在线句子处理的影响。句子中每个片段的 RT 用于指示处理困难。在这项研究中，我们探讨了一组老年人（M_年龄= 65.2，SD = 3.04，范围 = 59 -74）和年轻成人（M_年龄= 19.1，SD = 1.04，范围 = 18-23）如何对普通话 SR 和 ORC 进行差异处理。两个年龄组在教育方面匹配（M_年龄=12.8，SD = 3.21;M_年轻= 13.2，SD = 0.75;p =...

讨论

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?...

材料

Name	Company	Catalog Number	Comments
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)