電気生理学を用いた視覚語認識における音韻論的過程と意味過程の相互作用

要約

我々は、視覚語認識におけるフォンロジーと意味論の相対的活性化シーケンスを探求するためのプロトコルを提示する。この結果は、インタラクティブなアカウントとの整合性、意味表現および音韻表現が対話的に処理され、より高レベルの言語表現が早期処理に影響を及ぼす可能性があることを示している。

要約

論争は常に読解能力に関連する研究に存在してきた。印刷された単語が正交情報に基づいてフィードフォワード的に認識されるかどうか、その後、イオン学やセマンティックなどの他の表現が活性化されるのか、またはそれらが完全にインタラクティブで高レベルの意味情報であるかどうかが早期処理に影響を及ぼすかどうか。干渉パラダイムは、同じ先行ターゲットペアを使用して、音韻と意味活性化の相対的な順序を探求する、提示された音韻的および意味判断タスクのプロトコルに実装された。高周波および低周波ターゲットワードの前には、意味的に関連する、音韻関連(同音異義音語)、または無関係の3つの条件が付いた。結果は、低周波ワードペアの誘導P200成分が、意味的および音韻的なタスクの両方において高周波語よりも有意に大きいことを示した。また、意味的タスクにおける同二音異義と音韻的に関連する対の両方が、制御条件と比較してN400の減少を引き起こし、単語周波数を独立に行う。音韻判定タスクにおける低周波ペアでは、意味的に関連する単語ペアによってリリースされたP200は、制御条件のそれよりも有意に大きかったことは注目に値する。全体的に、音韻論的なタスクにおける意味的な処理と、意味的なタスクにおける音韻処理は、高頻度と低頻度の両方の単語で見つかり、意味論と音韻論の相互作用がタスクに依存しない方法で動作する可能性が示唆された。ただし、この対話が発生した特定の時間は、タスクと頻度の影響を受けている可能性があります。

概要

あらゆる単語認識モデルにおける重要な問題は、意味的アクセスの過程におけるフォンロジーの役割を理解^{することです 1}.アルファベット言語の場合、多くの研究は一貫して英語^2、3、4、ヘブライ語^5、フランス語^6、スペイン語⁷を含むセマンティックアクセスにおいて重要な役割を果たしていると見なしています。つまり、文字認識には正射音だけでなく、音韻的な処理や意味的な処理も含まれます。インタラクティブな接続モデルにおけるこの観察は、ネットワーク全体で活性化された拡張によって説明され、そこでorthographyは加重接続を介した音韻表現および意味表現^{に関連する8.}この活性化の急増は、音韻表現と意味表現が正投影入力⁹に応答して自動的に活性化されることを前提とする視覚単語認識モデルのコアメカニズムを提供する。

しかし、インタラクティブオートメーションの仮説を裏付ける現在の実証的証拠は依然として議論の余地がある。いくつかの研究は、音韻的および意味表現の活性化は、タスクの要求または注意によって調整または防止することができると主張する、 これは、単語知覚^10,11に関与する高レベルのプロセスに一定のトップダウンの影響を意味する。しかし、前述の説明は、これらの表現がタスクとは全く無関係であるか、または直接アクセスできない¹²の視覚語認識における音韻的および意味的影響を報告するという多くの知見によって疑問視されており、それによって、読み取りプロセス中に意味論と音韻論に自動的かつ強制的にアクセスすることができるという見解を支持する¹³.したがって、視覚ワード認識における音韻的および意味的な活性化が、特定のタスクに依存するのか、それともタスクに依存しない方法で強制的かつ自動的に発生するのか、という不確実性があります。

前述の質問に対する答えは、中国人の読者にとって難しい。英語と比較して、中国語は、文字が音素¹⁴ではなく形態素を表すロゴグラフィックスクリプトです。現在、中国語の単語に意味的にアクセスするためのフォンロジーの役割は議論の余地があります。いくつかの研究は、フォンロジーは、中国語の単語^15、16、17への意味的アクセスに重要な役割を果たしている^と主張している。しかし、他の人は反対の見解^{を持っています 18,19}.前述の中国の音韻処理研究を評価した結果、実験パラダイムと特定の研究方法が異なることがわかりました。全体として、それは主に2つのパラダイムに分かれていた:単語プライミング^15、18、19と文^17、20、21の違反パラダイム。ターゲット語は、通常、違反パラダイム²²に文の最後に埋め込まれます。言語の仕組みでは、短い2語のフレーズは^、23を処理するのが難しい完全な文よりも管理しやすい単位です。さらに、構文、文脈、その他の要因など、文の中で制御が難しい変数は、異なる結論²⁴に至る可能性があります。プライミングパラダイムという言葉は、アルファベット言語でも中国語でも、単語認識モデルを探索するために一般的に使用される方法です。このパラダイムのタスクは、プライムが先行する対象語が実際の単語か仮語かを判断することであり、その結果を示す。つまり、このパラダイムには通常、1 つの構文タスクのみが含まれます。しかし、単一の語彙決定タスクは、フォンロジーとセマンティクスの活性化がタスクに依存するかどうかという問題を解決するのに最良の選択ではないかもしれません。したがって、この質問を調べるには、2 つの異なるタスクの方が適している可能性があります。

そこで、この研究は、中国語の単語認識におけるフォンロジーの役割を探り、同時に、フォンロジーとセマンティクスの活性化がタスクに依存しないかどうかを判断することを目的とした。我々の研究には、干渉パラダイムを用いた2つのタスク(意味判断と音韻判断)が含まれています。我々の知る限りでは、この干渉パラダイムを用いた中国の二文字化合物認識の初めての事象関連ポテンシャル(ERP)研究であり、この方法は、英字言語の研究ではめったに現れない。具体的には、意味判断タスクでは、参加者は、対象の単語とその前例が意味的に関連しているかどうかを判断する必要がありますが、音韻的なタスクでは、ペアの単語が同じ発音を持っているかどうかを判断する必要があります。

前者は、音韻的処理を必要としない意味マッチングタスクであり、後者は、優先的意味処理を必要としない音韻判断タスクである。そこで、意味判断タスクでホモフォンペアと無関係な対照群を比較し、音源が意味処理に与える影響と影響を明らかにした。同様に、音韻判断タスクで意味的に関連する単語ペアと無関係な制御条件を比較し、意味論が音韻処理に及ぼす影響を明らかにした。また、上記の問題は、高周波語および低周波語で検証された。したがって、この補完的な意味と音韻的判断タスクは、中国語の単語認識における音韻処理の重要性を明らかにするだけでなく、音韻論と意味論が相互作用するかどうか、そしてどのように相互作用するかを明らかにすることができる。

音韻論と意味論のプロセスが早く、自動で、そしてインタラクティブであるならば、音韻学的および意味的活性化の効果は、2つのタスクの応答時間で観察されるべきである。ERPの場合、音韻学的および意味的プロセスは、2つの異なる電気生理学的マーカー^2、7をトリガする。さらに、時間コースと空間分布は異なるはずです。初期陽性成分(P200)は、音韻処理を反映し、典型的な意味処理マーカーN400も^20,21を同定する必要があります。意味的なタスクの音韻的に関連する対と、音韻的なタスクにおける意味的関連のペアの両方がN400の有意な減少を引き起こすと仮定し、これは、音韻処理が字句セマンティックレベルでの活性化の程度につながる可能性があることを示したであろう。また、音韻処理を特徴づけるP200が意味判断タスクや音韻判断タスクに現れたかどうかを監視した。音韻判断タスクでは、意味に関連した条件がP200を引き起こし、これは音韻処理に対する意味論の初期の影響の証拠と見なすことができる。

プロトコル

本研究に用いる議定書は清華大学の機関審査委員会によって承認された。

1. 刺激の構築とプレゼンテーション

1. 刺激構造
   1. 刺激準備:約140の中国の2文字化合物を含むターゲットワードを準備し、そのうち低周波と高周波の単語が半分を占めます。各ターゲットの前に、音韻的に同一の単語(同音語)、関連する意味を持つ単語、無関係な制御ワードの3つの類似体を先行させる。
      1. 高周波ターゲットの前に常に高周波の先祖が先行し、低周波ターゲットの前に、関連条件または無関係の制御グループのどちらであっても、常に低周波の先行が先行するようにします。また、前のターゲットペアがストローク数と周波数で類似していることを確認します。
         注:この研究のためのすべての単語は、現代の中国語の周波数辞書(西安漢氏ピンル・シディアン)から選択されました。低頻度の単語の頻度は100万回あたり8回未満で、高周波語の頻度は100万回あたり800回を超えました。
   2. 刺激評価:約30人の学生からなる別のグループを募集して、7点スケールで単語ペア間の意味的関連性の程度を評価し、1は最も低い相関関係を反映し、7は最も高い相関関係を反映します。
   3. 最終的な刺激判定: 意味的に関連する条件で低いスコアを持つ単語ペアや、同音異義語と無関係な条件スコアのスコアが高い単語ペアなど、不適切な単語ペアを削除します。
      1. 高頻度と低頻度の意味関連の単語ペアのそれぞれの平均スコアを計算し、両者の間に有意な差が存在しないようにします。
      2. また、高周波数と低周波数の両方で、同音異音ペアと無関係のペアのスコアが有意に異ならないようにしてください。最後に、最終的な実験刺激材料を決定します( 表材料を参照)。
         注: この実験の意味関係のペアの意味関係値の場合、高周波ペアと低周波ペアの場合、最終的な平均値は 5.62 と 5.73 であり、両者の間に有意差は存在しません(p > .1)。また、ホモフォニック対と無関係対の意味的関連性は有意に異ならなかった(p>.1)。
2. 刺激プレゼンテーション
   1. 課題にタスクを表示し、前述の資料を記入するプログラムを構築します(プログラムはE-primeまたは他のプログラミング言語で書くことができます)。
   2. プログラムの各コア構造が、300 ミリ秒の間に続く " + " 記号を表示する画面で始まり、その直後に前の単語が 140 ミリ秒で表示され、2 つの間に間隔が設定されていないことを確認します。
   3. その後、360 msの空白の画面を設定し、500ミリ秒で表示されるターゲットワードを設定します。最後に、参加者が表示されている単語ペアを決定し、できるだけ迅速かつ正確にボタンを押すまで、引き続き表示される疑問符 (?) を設定します。
   4. 意味判断タスクにおいて、単語ペアが意味的に関連しているかどうか、および音韻判断タスクで音韻論が同じであるかどうかを判断する必要があることを事前に参加者に伝えます。
   5. 演習セッションのセットアップ: 2 つの演習グループを設定し、各タスクに対して 10 語以上のペアを持つセマンティック 判断と音韻判断タスクをそれぞれ含めます。練習セッションの正確さが 70% を超えるように、演習を繰り返し実行できることを参加者に伝えます。
   6. 正式な実験の設定:全体の実験を6ブロックに分割し、意味判断タスクと音韻判断タスクがそれぞれ半分を占める。
      1. 各ブロックに繰り返しターゲットワードが存在しないこと、および各ブロック内のプライミングタイプの数が同じであることを確認します。さらに、陽性または否定的な反応を必要とするテストの不等数によって引き起こされる応答偏差を減らすために、いくつかのフィラー試験を設定します。
      2. 各ブロック内の項目の順序をランダム化し、被験者間でブロックの順序を相殺します。
         注:実験全体は、準備する実験材料の数に応じて8つまたは10以上のブロックに分割することができ、各ブロック内のターゲットワードの繰り返しを最小限に抑えることができます。

2. 実験準備と電気生理学的記録

1. 以前に修正された可能性のある通常のビジョンを持つ右利きの中国語のスピーカーを募集します。
   1. 神経疾患または精神疾患を持つ参加者を除外します。
   2. 希望の年齢範囲(18〜28歳)の女性と男性の参加者のバランスの取れた数があることを確認してください。
   3. 参加者が過去2ヶ月間、髪をパーミングまたは染めた歴史がないことを確認してください。
   4. 実験²⁵の前に十分な睡眠と休息時間が必要であることを参加者に知らせます。
   5. 実験に参加する際は、実験を行う際に参加者が健全な状態であることを確認してください。
2. 参加者がラボに到着したら、実験装置、タスク、および時間コストを紹介します。プロセス全体を理解し、不要な心配をなくすために、要件 (眠くない、移動する、点滅するなど) を説明します。
3. 参加者が実験に関する他の質問がない場合は、すべての参加者が同じ右利きの習慣を持っていることを確認するために使用されるエディンバラの利き手クエリフォームに記入するように依頼してください。
4. インフォームド・コンセント・フォームを参加者に提出し、慎重に読んで署名してもらいます。同意書の内容について質問がある場合は、必要な説明を提供してください。
5. 参加者に、頭皮をきれいにし、実験室で髪を乾かすよう指示する。参加者を待つ間、すべての実験資料を準備してください。
   メモ:脳波(EEG)信号は、0.01~100 Hzのバンドパスを持つアンプシステムを使用して増幅され、500 Hzで連続的にサンプリングされます。
6. 参加者に実験が行われる部屋の椅子に座るように勧める。椅子を動かさないで下した。
7. 綿棒と顔面スクラブを使用して、参加者の左目の下の皮膚(垂直電気眼球電極用)、右目の外側カンサス付近(水平電気式図法用)、右と左の乳骨の周り(Tp9とTp10の場合は、新しいオフライン参照として使用されます)を使用します。
   注:電極の分布は、使用するキャップによって異なる場合があります。
8. 参加者の頭に弾性キャップを置き、Cz電極が頭部の上部の中央に位置していることを確認します。電極キャップストラップをあごの下に固定し、きつすぎたり緩みすぎないように注意してください。
9. キャップとアンプが録音システムに接続されていることを確認します。次に、録音ソフトウェアをインピーダンス監視インターフェイスに切り替えます。
10. すべての電極のインピーダンスが、参照(参照)とグランド(Gnd)の電極から始まる5 kΩまたは10 kΩを超えないようにします。
11. 電極の小さな穴から導電性ゲルで満たされたシリンジを頭皮に通し、プランジャーを押して少量の導電性ゲルを頭皮に注入し、オーバーフローを起こしないように注意します。同時に、インピーダンスがしきい値に下がるまで、インピーダンスをリアルタイムで表示するディスプレイシステムを監視します。
12. RefおよびGnd電極を調製した後、他の電極のインピーダンスを同じように減らします。眼電気のインピーダンス低減は慎重に行ってください。
    1. 2つの電気式式電極の片側にある小さな穴をテープでテープで貼り付け、注入された導電性ゲルが漏れるのを防ぎます。左目の底に、右目の外側のカンサスにテープで固定します。
13. すべての電極を準備したら、実験の準備ができているように参加者に指示します。実験中にリラックスして、過度の目のまばたきや体の動きを避けるように参加者に指示します。
14. 刺激デモンストレーションプログラムを通じて刺激を提示し、練習セクションで練習をさせていただきます。
    注: 演習の後、参加者は疑問や、続行方法に関する質問がある場合に質問することができます。
15. 正式な実験を開始し、EEG 情報を記録します。記録中に記録システムを監視します。電極が緩んでいる場合や抵抗がしきい値を超えた場合は、参加者が休んでいるときに電極を補充します。
    注:参加者は各ブロックの後に4〜10分間休むことができます。
16. 実験が完了したら、EEG信号を保存し、記録システムやアンプなどの機器をオフにします。その後、参加者のキャップを外し、髪と皮膚から導電性ゲルを洗い流す指示を受けます。最後に、参加者に報酬を与え、彼らの協力に感謝します。

3. EEG前処理

1. 独立した成分分析で半自動眼補正を利用します。
2. ターゲット ワードの発症後に 100 ミリ秒から 600 ミリ秒までの ERP を計算します (100 ms の事前ターゲット ベースライン)。
3. EEG バンドパスフィルターを 0.05 ~ 30 Hz (ゼロ位シフトモード、24 dB/oct)に設定します。
4. アーティファクト拒絶反応により±80μVを超えるエポックを捨て、誤った応答の試行を排除します。

結果

このプロトコルは、中国の2文字化合物認識におけるフォンロジーの役割を調査し、単語認識モデル²⁶を推測するために、最近の研究で使用されました。この研究で使用されるすべての刺激は完全に開示された²⁶.グローバルフィールドパワー(GFP)に基づいて3つのタイムウィンドウが選択されました:それぞれ100-150 ms、160〜280 ms、およびN1、P200、N400コンポーネ?...

ディスカッション

実験結果と意義:
このプロトコルの目的は、次の例を推測することであった: 1) 単語認識モデルがフィードフォワードモデルかインタラクティブモデルか、2)異なるタスクの下で高い頻度と低頻度の中国の二文字合成認識における音韻的および意味パターン間の相互作用。ERP技術を用いた音韻的・意味合いの干渉パラダイムを採用した。同音異義語とターゲットに対する無関係?...

資料

Name	Company	Catalog Number	Comments
BrainAmp DC amplifier system (Brain Products GmbH)	Brain Products, Gilching, Germany		BrainAmp S/N AMP13061964DC Input 5.6DC=150mA Operation 7mA Standby
Easycap (Brain Products GmbH)	Brain Products, Gilching, Germany		62 Ag/AgCl electrodes with a configuration of the international 10–20 system of electrode