文本阅读认知神经科学研究进展

文本阅读认知神经科学研究进展
王雨函;莫雷;陈琳;李悠;汝涛涛
【摘要】功能磁共振成像等认知神经科学技术被广泛弓引入文本阅读的认知神经活动研究以来,其成果有力地促进了文本阅读信息加工过程研究的深入发展.本文系统总结了近二十余年关于文本阅读的认知神经科学研究进展,分别介绍文本阅读的一般过程的认知神经基础和理论模型建构、文本阅读过程的推理加工、情境模型建构与转换三个主要研究领域的研究成果,并对文本阅读的认知神经研究的现状及其存在的问题进行了总结.
【期刊名称】《心理与行为研究》
【年(卷),期】2013(011)002
【总页数】6页(P264-269)
【关键词】文本阅读;认知神经科学;fMRI;情境模型;推理加工
【作者】王雨函;莫雷;陈琳;李悠;汝涛涛
【作者单位】华南师范大学心理应用研究中心,广州510631
【正文语种】中文
【中图分类】B842.1
1 引言
文本阅读是人类高级认知加工活动的重要体现。

文本阅读过程中语言信息的理解和加工，一直是心理学、心理语言学和认知科学十分关注的一个重要课题。

了解文本
阅读过程中的脑区激活情况对帮助研究者理解文本加工过程的实质提供了行为学结论之外的重要证据。

但相较基于行为学实验而形成的研究体系而言，关于文本阅读加工过程的认知神经科学研究开展较晚，且进展相对缓慢。

下面，准备从当前文本阅读的认知神经研究所主要关注的，关于文本阅读的一般过程的认知神经基础和理论模型建构、文本阅读中的推理加工、情境模型的建构与转换这三个方面系统总结当前已经取得的研究成果，并探讨进行下一步研究的可行方向。

2 文本阅读一般过程的认知神经基础及理论模型建构
文本阅读的认知神经基础的探讨最早引发了研究者的关注。

Mazoyer等人（1993）最早使用PET技术探讨了读者加工文本材料的基本脑区，其研究比较了读者在听故事、无意义字符串和休息三种状态下的脑激活情况，结果发现，将听故事条件与休息条件相比较，读者在左半球颞叶外侧，及前额叶下部有显著激活；而将听故事与无意义字符串进行比较，则在左半球的额叶上部得到激活。

此后，基于PET的研究进一步为之提供证据，Fletche等人（1995）发现读者阅读文本材料
时激活了双侧颞叶、左半球颞上回（superior temporal gyrus,STG）以及扣带回后部。

随着功能磁共振技术的发展，研究者开始采用fMRI技术对文本阅读的认知神经加工过程进行研究。

Xu， Kemenya， Parka， Frattali和 Braun （2005）使用fMRI技术探讨了读者进行文本加工的脑区，结果发现：对文本材料的加工在大脑
双侧都有激活，其主要激活区包括楔前叶、前额叶内侧，以及颞顶枕交界区的背侧。

同时，右半球脑激活状况随着文字材料复杂性的增加而不断提高。

此后，关于右半球在文本阅读中的作用问题引发了研究者广泛的关注。

Beeman （2005）总结前人研究指出大脑右半球在文本阅读的过程中也起重要的作用。

近
期的研究发现在高水平的语言加工活动中右半球的激活甚至比左半球更强（Schmidt&Serger,2009;Coulson&Wu,2005;Mason&Just,2004）。

虽然不能
明确大脑左右半球在文本阅读加工中的作用是否同样重要，但现有观点普遍认为，随着阅读过程中认知难度和认知负荷的增强，右半球越来越多的参与到文本阅读的过程中。

在基于认知神经研究的文本阅读理论模型建构方面，Ferstl，Rinck和Cramon （2005）提出了文本加工的认知神经模型-扩展语言模型（Extended Language Network,ELN）。

ELN模型认为，文本加工的脑区包括左半球外侧裂语言区、Broca区和Wernicke区，但并不仅仅局限于这些经典语言区。

Ferstl，Neumann，Bogler 和 Cramon （2008）对2005年以前的23篇文本阅读fMRI研究的文章进行分析，总结了将文本材料与四种不同的基线条件进行比较的结果，四种基线包括：静息态、非语言基线（经过处理的语音）、语言基线（如一致和非一致句）、以及具有不同理解任务的文本材料（如特殊的文本加工任务如隐喻理解与普通文本阅读任务）。

作者总结指出，将文本条件与静息态比较时，读者激活了一个双侧额颞叶的加工网络。

将文本任务与无意义语言任务比较时，Broca区、Wernicke区、大脑双侧颞叶前部（bilateral anterior temporal lobe,aTL），以及左半球的颞中回（middle temporal gyrus,MTG）和颞上沟（superior temporal sulcus，STS）都得到激活。

文本任务与语言基线比较时，aTL、左侧颞叶、额下回（inferior frontal gyrus,IFG），以及右半球的Wernicke区都得到激活。

在探讨不同理解任务的条件下，读者在aTL以及右半球前额叶得到激活。

Ferstl（2010）在对ELN模型进行整理的同时指出，该模型仍不完善，需要更多的研究结果来对其进行补充。

Mason和Just（2006）在总结前人研究的基础上，从文本阅读所涉及的不同认知任务的角度来探讨文本阅读的神经加工网络。

他们指出，在文本阅读的过程中有五个平行的文本加工网络。

这些网络包括：基本的语义加工网络，位于右半球颞叶中上部，主要负责对当前文本信息的简单粗糙的语义加工，这些加工建立在对前文内
容的理解或是读者本身所具有的相关世界知识上；文章信息一致性监控网络，位于双侧前额叶背外侧，主要在文章前后信息缺乏一致性时起作用，能够帮助读者进行推理加工；文本信息整合网络，位于左半球额叶下部和颞叶前部，主要负责帮助读者构造和整合所获得的信息以便更好的理解文本内容，在情境模型的构建或心理理论加工中也起重要作用；空间想象网络，位于双侧顶内沟，存在显著的左半球优势，主要负责对文本材料中所包含的空间信息进行加工；目的加工网络位于双侧额叶中部、右侧颞叶后部右侧，以及顶叶，主要负责对文本内容中主要人物观点、计划和动机的解释。

Mason指出，这五个平行网络之间并不独立，文章的内容和读者的
意图共同决定了在阅读过程中哪些网络起作用。

当前文本阅读一般过程的认知神经科学研究已取得了一定的成果，基本明确了文本阅读加工过程中的一般脑区，指出额颞叶部分脑区形成的神经网络在文本阅读过程中的重要作用。

然而，由于文本阅读本身任务的复杂性，当前模型还不足以揭示文本阅读加工的许多具体过程认知神经活动机制，未能形成关于文本阅读的认知神经加工模式的完整体系。

基于上述问题，下文从文本阅读研究所重点关注的推理加工和情境模型这两个重要领域出发展开介绍，以丰富文本阅读研究所涉及的不同任务的脑加工活动模式。

3 关于文本阅读中推理过程的认知神经科学研究
推理加工是文本阅读研究关注的热点之一。

Estevez和Calvo（2000）指出，在
文本阅读的过程中，建立文章前后联系的连贯性，是阅读理解的实质，这一过程往往需要读者推理加工的参与。

关于文本阅读过程中的推理加工，不同的文本阅读理论派别的观点存在分歧：最低限度假设强调，在阅读中只有当局部连贯中断，读者才会激活长时记忆的信息去进行推理；而记忆基础文本加工理论认为，读者在阅读中会通达背景信息来维持文本局部连贯，即使局部连贯不中断，读者也会通过
“共振”的方式激活先前的文本信息，维持某些整体连贯；建构主义的理论则强调
指出，阅读是积极主动的建构过程，在阅读过程中不仅即时进行局部推理，还即时进行整体连贯推理与精加工推理（伍丽梅,莫雷,2010）。

上述派别之间的争论目
前仍在进行。

当前的认知神经研究一方面集中于明确文本阅读推理加工的认知神经活动模式，另一方面主要集中在两个问题上：其一，针对当前各理论的分歧，探讨文本阅读中的推理加工是策略的，还是自动的；其二，不同的推理类型（如预期
推理、连接推理等）之间是否存在差异。

但这些问题迄今为止尚未得到很好的解决。

Ferstl和VoncrAmon（2001）最早进行了文本阅读推理加工的认知神经科学研究，实验目的在于探讨参与文本阅读推理加工任务的一般脑区。

研究发现，在读者进行推理加工的过程中，额叶相关区域，尤其是背内侧前额叶（dorao-medial prefrontal cortex,dmPFC）、扣带回后部（posterior cingulate cortex,PCC）
和楔前叶等区域产生明显的激活。

作者指出，这些区域对文本阅读的推理加工起到重要作用。

Kuperberg，Lakshmanan，Caplan和Holcomb（2006）的一项类似研究也发现大脑左半球颞叶下部和后部，及dmPFC在推理加工任务中都得到激活。

另一些研究者更强调STG和IFG在推理加工中的作用。

Virtue，Haberman，Clancy，Parrish和Jung-Beeman（2006）的实验考察了读者在内隐和外显，文本前后内容的一致和不一致两个因素四个水平条件下的阅读情况，结果发现在推理加工过程中，STG和IFG发挥了重要作用。

作者进一步分析指出，STG的激活表
明在推理加工中需要语义的激活和整合的参与，而IFG的激活则被普遍认为与逻
辑或推理加工任务关系密切。

Virtue，Arrish和Jung-Beeman（2008）采用相
似研究范式，其结果也支持这一结论。

关于推理加工是否即时自动激活这个问题，目前的认知神经科学研究尚未给出明确答案。

已有研究大多从读者阅读任务设置的角度出发来探讨激活是自动引发还是由阅读任务导致的。

例如，Mo，Liu，Jin，NG和Lin（2006）的研究对推理加工
的策略性有所涉及。

该实验设置了主题一致性版本、不一致版本和恢复一致版本三个条件，研究假设在不一致版本下，读者需要主动地激活更多的文本背景信息与世界知识背景信息对当前信息进行整合，即读者自动进行推理加工，实验结果支持这一假设。

Siebörger， Ferstl和 VoncrAmon （2007）的一项句子连接任务，实验假设读者在阅读过程中需要对获得的信息进行整合加工，以获得上下文之间的关系来填补不同句子之间的信息空白。

结果表明，在进行连接任务时，读者自动进行了推理加工，在额叶相关区域产生了显著激活。

上述结果在一定程度上支持文本阅读推理加工中读者可以自发进行推理加工这一结论，但这些研究并未能很好地回答推理加工是否即时激活这一问题。

不同类型推理的脑激活模式是否相同也是研究热点之一。

Mason，Williams，Kana，Minshew和Marcel（2008）的一项研究比较了目的推理、物理推理和情感推理三种不同类型的推理模式。

研究发现，腹背侧前额叶在三种推理条件下都有显著激活，而颞顶联合区在目的推理条件下激活更强。

Mason和Just（2011）比较了读者进行目的推理和物理推理时加工模式的差异。

结果显示，不同推理加工任务的大脑激活模式有所不同，右侧颞顶联合区对目的推理激活更显著，而枕叶在物理顺序的推理条件中有更显著的激活。

Jin，Liu，Mo，Fang和Zhang等人（2009）使用只有三句话的文本材料，对预期推理与非推理两种条件下脑区的激活情况进行比较，结果发现，左半球的IFG与预期推理加工密切相关。

综上可见，当前研究已经明确了在文本阅读的过程中，需要激活一个较为复杂的神经网络来进行推理加工，额叶相关区域（dmPFC和IFG）、颞叶上部、颞顶联合区、楔前叶、扣带回后部等区域为文本阅读推理加工中稳定常见的激活区，并指出某些不同类型的推理加工在加工脑区上存在差异。

但现有研究中仍存在诸多问题尚待解决。

例如在研究方法上，当前的研究在材料的选取和实验任务的设置等环节仍存在一定的问题，比如同样是研究因果推理的实验，由于实验任务设置的不同，无
法比较两个实验结果之间的差异到底是由于任务导致的，还是推理加工本身导致的，这也使得对推理加工是否自动即时激活这一问题的无法做出更有效的解释。

今后仍需对研究范式和材料进行更深入的思考，以解决当前研究中存在的问题。

4 关于文本阅读情境模型建构与转换的认知神经科学研究
情境模型是近年来文本阅读研究领域中极为重要的理论之一，van Dijk和Kintsch （1983）提出读者在阅读文本过程中会对文本建立不同层次的表征——表层编码、课文基础表征和情境模型。

其中，情境模型是课文内容与自身背景知识相互作用并进行推理形成一个内容或心理上的微观世界。

Zwaan，MarkC和Arthur（1995）提出了关于故事阅读的情境模型，该理论认为读者的阅读过程受文本所描述情境的自然属性而非文章结构的影响，读者在阅读过程中是在头脑中将文本中所包含的众多情境维度表现出来，而非表现文本中的字词句段或语法等信息。

情境模型中包含众多维度，主要有：时间、空间、角色、客体、目标以及因果。

伍丽梅和莫雷（2009）总结前人研究指出：当前情境模型研究中最受关注的问题是，如何通过
实证研究证明情境模型的建构，并说明读者所建构的情境模型是怎么样的。

在情境模型的认知神经研究中，研究者主要关心的是，读者如何建构情境模型，哪些脑区参与情境维度分析、加工与转换任务。

当前研究者一致认为，不同情境模型维度基于不同的脑区活动，同时这些脑区在真实世界中进行同类认知加工任务或通过感知觉察世界时也起作用。

该结论在一定程度上支持了前人（Zwaan,2004;Barsalou,1999）的理论。

Speer，Reynolds，Swallow和Zacks（2009）考察了对情境模型中不同维度进行加工时大脑的活动
情况是否与真实世界中人们在观察或执行行为时大脑的活动存在相关。

他们严格控制包含情境模型的6个维度的4段故事，结果显示，对应不同的故事维度，大脑
的不同脑区产生了激活，其中的某些脑区在人们观察或参与真实世界的相似情境时也发生了反应。

例如，额叶外部皮层在文本中人物的目的产生变化时会被激活，而
该区域在以往的研究中被证实与判断人物行为是否具有目的性相关；双侧的前额叶皮层在文本中人物的空间位置发生转变时发挥作用，这一区域在以往的研究中被认为与空间位置加工有关；IFG、岛叶、顶内沟等区域对时间信息的变化有关，在以往的研究中也能找到相似的结论。

Speer等人的研究结果表明读者通过模拟真实情境来理解故事，当情境发生变化时，其脑区的活动也会发生变化。

Ferstl，Rinck
和Cramon（2005）的一项研究考察读者对不同维度的文本信息加工的脑区差异。

结果发现，读者在文章前后时间信息不一致的情况下表现出额-顶叶的激活，而在
情感信息不一致的情况下则表现出前额叶腹中侧（ventro-medial prefrontal cortex,vmPFC）和杏仁核的激活。

这些脑区在前人的研究中分别被发现与时间和
情感任务相关。

关于情境模型的建构和转换问题也有大量研究。

Speer，Zacks和Reynolds （2005）对读者在阅读过程中对文本内容进行的分割加工进行了检验。

该研究假设：如果读者自发地把记叙文中的活动划分为一系列不连续的事件，即自发的建立了一系列的情景模型，那么在被试明确认为是事件边界的地方会观察到短暂神经活动的加强；如果分割加工是建立在叙述情景模型维度改变的基础上，那么对事件边界的神经反应会根据情境模型维度的改变而改变。

实验结果表明，事件分割加工即情景模型更新是自动发生的，在被试确认为事件边界的位置即情景模型维度发生改变的地方，右半球STG、PCC和楔前叶有更多激活。

Carin等人（2009）的研究目的在于确定与情境模型转换加工相关的脑区，该研究也得到了与Speer相似的
结论。

Ferstl和Cramon（2007）的研究考察读者对文本阅读中的时间、空间和
情感维度信息的加工，结果发现，PCC和背侧楔前叶在读者建构情境模型的过程
中产生激活，这一结果支持Speer等人的结论。

Tal，Nicole，Speer和Zacks （2008）的研究认为读者建构情境模型的加工机制在文章开始的部分和后面的部
分是不同的，不同脑区在情境模型建构前后的激活水平产生变化，例如，右侧颞前
叶的激活的水平随着整合加工程度的增强而增强，而顶叶后部的区域则在故事开始时有更强的激活，这一激活也许与在故事开始时建立一个初步的情境模型有关。

综上可见，读者在阅读的同时自发的建立关于文章内容的情境模型，顶叶、额叶和颞叶在情境模型的建构中起到重要作用。

同时，在情境模型建构的过程中，右半球颞前叶对于整合文本信息有重要意义，而扣带回后部和楔前叶对于建立模型极为重要。

需要指出的是，关于情境模型建立的具体神经机制还仅停留在验证已有的理论假设上，是否能够将当前所取得的认知神经研究的结果与已有的理论相结合，建立基于认知神经活动基础的情境模型加工理论，而不是单纯用认知神经研究的结果来验证已有的理论，是下一步研究的可行方向之一。

5 小结
关于文本阅读的认知神经科学研究已经在研究方法和理论建构等层面取得了一定的成果，基本明确了文本阅读加工过程中的一般脑区，并对文本阅读的推理加工、情境模型的建构等问题也展开了研究。

在研究方法上，fMRI和PET技术的使用，使研究者从认知神经层面更敏感而清晰的了解读者在文本阅读过程中的认知活动；在理论层面，Ferstl提出的ENL模型和Mason提出的5个平行模型在文本阅读的认知加工模型的初步建立上做出了较大贡献。

但也须意识到，当前关于文本阅读的认知神经加工研究仍存在不足之处值得深入探讨：在研究方法上，当前的研究在材料的选取和实验任务的设置等环节仍存在一定的问题。

在材料选取上，大部分研究采用篇幅非常短的文本材料，有些仅有两三句话，虽然这种篇幅更利于控制材料，但这无疑是一种较为不自然的文本材料，由短篇的文本材料向自然的篇幅较长材料过渡是今后研究发展的必然趋势；在实验任务上，当前研究主要采用针对阅读材料内容进行是非判断的任务，而其他在文本阅读的行为实验中常用的任务范式，如阅读后的回忆任务等都少见采用。

在今后的研究中，如何在现有技术手段的基础上选择更恰当的实验材料和研究任务，如何设计更
合理的研究范式是研究者必须思考的重要问题。

同时，由于材料和技术手段的限制，当前关于文本阅读的认知神经科学研究多采用fMRI这一技术手段，而ERP的研
究则较为少见，这导致人们仍未能很好回答“文本阅读中的一些认知加工任务是
否即时产生”这一类时效性问题。

因此，如何将fMRI与ERP结合进行研究也是
下一步研究可行的方向之一。

在理论层面，虽然已有研究者在模型建构这一问题上展开了探索，但这些模型还有待更多的实验来进一步完善。

同时，当前的研究主要集中在对记叙文（尤其是小说或故事）这一单一文体的研究中，而对其它文体，
如说明文、散文等的认知加工的研究较为少见。

虽然存在上述的问题，但是，随着越来越多的深入研究的展开，认知神经科学会为文本阅读的研究提供一个更广阔的平台，帮助研究者更好的理解文本加工的过程，揭示读者在文本阅读过程中的认知神经加工模型，更好的了解文本阅读的加工过程。

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