中文发展性阅读障碍的认知

和神经机制研究

A Cognitive and neurophysiological study on

developmental dyslexia in Chines

北大心理系王慈欣王珏

指导老师周晓林

摘要：本研究运用事件相关电位ERP技术，采取被动听觉怪球

范式，从认知和神经机制两个层面上，对阅读障碍儿童的语言

加工及听觉加工能力进行探讨，以深刻了解阅读障碍儿童阅读

障碍的实质及其神经机制。研究比较了阅读障碍儿童与正常儿

童在非注意条件下听纯音频率变化、复合音模式变化、声母、

韵母、声调变化时产生的失匹配负波（MMN），发现阅读障碍

儿童在听复合音模式差异、声母差异、韵母差异时，表现出显

著的更弱或者迟滞的MMN。而在听纯音频率差异和声调差异

时，两组被试间没有表现出显著差异。本研究结果显示发展性

阅读障碍者存在听觉时间加工能力以及语音加工（声母，韵母）

的缺陷，但是在简单的改变声音频率和音调的任务中没有发现

加工能力缺陷。由此预测可能是由于阅读障碍者对于声音时间

信息加工能力的缺陷影响了他们对于言语刺激的知觉并导致了

阅读障碍。

关键词：发展性阅读障碍事件相关电位（ERP）失匹配负

波（MMN）听觉怪球范式（Oddball）

一导言

发展性阅读障碍是指某些儿童具有正常的智力水平和接受教育的机会，没有明显的神经或器质上的损伤，却在标准阅读测验上的成绩低于正常读者约两个年级（孟祥芝，周晓林，2001）。研究表明，汉语儿童的阅读障碍发生率在4%-8%之间（Stevenson，1982；张承芬等，1998）。学龄儿童一旦产生阅读障碍，对其认知、情感、自我概念以及社会性发展都会产生重大影响，因而，发展性阅读障碍成为教育学、心理学、认知神经科学和行为遗传学等多门学科共同关注的课题。目前越来越多研究显示，发展性阅读障碍有一定的遗传和神经基础（Castles，1999，周晓林等，2002）。

1 发展性阅读障碍的理论及行为研究

对阅读障碍的理论解释分为两大类型。其中一种理论认为，阅读障碍来源于语言学层次的加工缺陷，阅读障碍者言语信息的表征和加工上存在障碍，但他们的其它认知能力和信息加工能力完整无缺。这种理论的突出表现是把阅读障碍按语言学概念和语言加工过程分成几个亚类型，如“深层（语义）阅读障碍”、“表层阅读障碍”、“语音阅读障碍”。另一类理论强调发展性阅读障碍的非语言特性，认为阅读障碍是由更深层、更基本的视觉与听觉障碍造成的，其根本原因在于非语言的听觉和视觉能力的损伤或发展不完善。这类理论的核心是阅读障碍没有语言特异性，不局限于语言学层次。

20世纪70年代到90年代之间，西方的阅读障碍研究致力于语音阅读障碍和表层阅读障碍的语言学特征及其加工过程的研究。研究者普遍认为，阅读障碍儿童在多种语音任务上的困难，如语音记忆障碍、命名障碍、找词困难等都源于缺乏语音分析技能。

20世纪90年代后期，研究者开始关注阅读障碍的非言语因素。主要出现了三种理论，一种是巨细胞障碍理论，一种是听觉加工障碍理论，还有一种是时间加工障碍理论。

巨细胞障碍理论认为阅读障碍者视觉神经系统中的巨细胞障碍导致他们对某种类型的视觉刺激加工存在困难，进而影响阅读。研究者认为巨细胞与眼动控制、运动知觉有关，巨细胞障碍会导致眼动控制不稳，进而产生视像模糊，也会使运动知觉阈限提高，或者导致在低空间频率下视觉暂留时间长、对比敏感度下降，因而导致阅读障碍，这种预测得到部分实验的支持。该理论的特点是直接把阅读障碍行为表现与神经机制联系起来。

听觉障碍观点认为阅读障碍不仅仅局限于语言学的语音加工领域，他们的非语言快速听觉加工能力也存在障碍。听觉系统对声音信息时间变化的高度准确加工是语音技能发展的重要条件。语音分析依靠声音的听觉表征，语音差异由声音频率和波幅的变化标志，而对声音频率和波幅变化的加工和知觉是通过听觉系统实现的。近期不断有研究表明，听觉加工障碍与发展性阅读障碍有关。有研究发现障碍者觉察、分辨快速系列呈现的声音或者觉察这些声音的先后顺序存在困难，也有研究发现有些被试从噪音背景中觉察非言语的目标声音有障碍。

阅读障碍的视觉与听觉加工是非言语障碍研究探讨最多的领域，除此之外，研究者还在多种感觉信息通道发现阅读障碍者加工异常，如运动知觉、平衡、触觉等。来自不同领域的研究结果使研究者思考：这些不同系统的加工异常是否反映了共同的内在机制？Lovegrove提出阅读障碍的语音加工和视觉加工障碍可能反映了普遍的内在过程。他认为在不只一个知觉模式中加工快速呈现刺激上的差异，可能反映了阅读障碍有一般的知觉时间控制问题。该假设反映了阅读障碍领域不同研究发现和观点走向融合的趋势，但是，时间控制假设目前还只是一种尝试性的理论，其具体内容和神经机制尚有待探讨。

2 阅读障碍的神经生理学研究

正常的字词阅读涉及到大脑皮层的广泛区域，包括大脑左半球的枕叶和颞—顶联合区、左侧额下回、颞上回与颞中回、双侧小脑、运动区、运动辅助区中部

和扣带回前部（Fiez & Petersen，1998；Price，1997）。

对成年发展性阅读障碍者和儿童阅读障碍者的PET和fMRI研究显示，阅读障碍者在进行语言（语音）加工时，左侧颞叶——顶叶交界处，特别是角回的活动异常，是阅读困难的核心定位。相对于正常阅读者，阅读困难者的颞——顶联合区只有较低的激活，而额下回有较高的激活。颞——顶联合区的低激活揭示了从字形向语音转换的困难，而额下回的超激活则可能是反映了对语音加工困难的一种补偿机制。

Johannes等人（1994）记录了阅读障碍组与控制组在简单视觉分辨任务上的ERPs，在整体波幅上阅读障碍组与控制组没有差异，但阅读障碍组的分布是对称的，而控制组左脑优势。阅读障碍组的潜伏期长，但未达到显着性水平。

听觉加工障碍观点也得到许多研究结果的支持。Nagarajan等人（1999）使用脑磁图（MEG）研究发现，在ISI为100ms或200ms时，阅读障碍者对快速呈现的系列短促刺激的反应波幅显着弱于控制组，在ISI为500ms时没有这种差异。在20-60Hz范围内，快速呈现的系列刺激诱发的平均反应强度阅读障碍组也弱于控制组。作者认为由于听觉皮层是声学信息进入听觉语言表征的一个主要途径，所以它的受损表明阅读障碍者对复杂声学输入的表征方式与正常读者存在本质差异，这种表征差异对言语和语言学习、表征和使用以及阅读中语音-字形符号表征的建立具有广泛的影响。

近期的一个研究（Molfese，2000）显示，新生儿的大脑电生理反应（EEG）可以用来预测八年后该儿童是否会成为阅读障碍。Leppanen等考察了儿童早期的脑电波与阅读障碍之间的关系。被试是新生儿和6个月的婴儿，其中一半来自阅读障碍背景家庭（父母中一个是阅读障碍或者有阅读障碍家族史），另一半来自正常家庭，作为控制组。ERPs表明高危险（at-risk）婴儿和控制组婴儿都被动地区分了元音和辅音长度上的变化。两组婴儿ERPs上的差异提示言语成分，尤其是时间成分的加工对于有阅读障碍危险的儿童可能在婴儿期就已经变异了。

从上述文献综述可见，在语言加工和视觉听觉加工任务中都找到了阅读障碍与正常读者行为表现和脑神经功能激活上的差异。但是这些差异是拼音文字系统特有的，还是在不同文字系统中具有普遍意义，还有待进一步研究。

3.阅读障碍者听觉加工的ERP研究

事件相关电位法（ERP）作为研究神经机制的手段，技术本身具有很高的时间分辨性，是无创性实验技术，适合任何年龄的被试，它能够从一个更为直观的角度验证行为实验的结果，在发展性阅读障碍研究中具有得天独厚的作用。ERP 某些成分的特性在既往的实验研究中已得到充分论证。如失匹配负波MMN （mismatch negativity），是ERP中的一种负成分，由一系列重复性同质刺激中偶尔出现的任何可觉察变化引起，如，声音的频率、强度、声音刺激持续时间或声音模式上的变化均能引起MMN。因此这种成分可以作为知觉声音变化敏感度的电生理指标。

对发展性阅读障碍者听觉加工特征的ERP研究多采用听觉Oddball范式。被动Oddball范式不要求被试投入注意力资源，在实验过程中将被试的注意力转移到其它的非实验刺激上去（如在听觉实验中让被试注视屏幕上的刺激，忽视耳朵中传入的声音刺激），当偏差刺激出现时就会诱发失匹配负波（MMN）。刺激的频率、持续时间的长短、甚至于更复杂的声音变化都会引起MMN，如MMN可以由音素的变换引起，也可以由纯音对序列的倒置引起。标准刺激和偏差刺激的差别越

大，MMN出现的越早，波幅也越大。（Teija Kujala,2001）已有大量的证据表明，MMN可以作为诊断阅读障碍神经异常的线索（Kujala T, N??t?nen R,2001）。

有研究者指出，言语知觉是语音加工的前提条件（MacBride-Chang,1995）。Schulte-Korne等人（1998）以MMN为指标，采用被动听觉Oddball范式，在刺激为言语条件和非言语条件下比较了阅读障碍组和控制组的成年人在辨别标准刺激和偏差刺激时的差异。言语刺激是音节（标准刺激/da/和偏差刺激/ba/），非言语刺激是纯音（1000HZ为标准刺激，1050HZ为偏差刺激）。他们发现，纯音刺激所引发的MMN在两组被试间没有显著差异，而言语刺激在阅读障碍组中诱发的MMN波幅要比在控制组中诱发的MMN的波幅要小。作者解释说，这个结果反映了阅读障碍者对听觉瞬时信息加工的缺陷，但由于阅读障碍者只在对言语刺激的加工上和控制组有显著差异，而在对非言语刺激，纯音刺激的加工上和控制组没有显著差异，因此阅读障碍者的听觉信息加工缺陷是基于言语知觉的。随后，Schulte-Korne（1999）使用频率结构相同的标准刺激和偏差刺激的，变化声音持续时间的模式子, 以 MMN为指标，考察了成年阅读障碍者与控制组在听觉时间加工上的差异，结果发现阅读障碍者在250－600ms区域失匹配负波显着小于控制组。由于在研究中作者操纵了声音的时间性质，所以作者认为阅读障碍者存在听觉时间加工能力的缺陷。结合两个研究，Schulte-Korne（1999）认为，言语声音中的瞬时信息性质导致了阅读障碍者MMN的波幅比控制组小，即阅读障碍者存在听觉瞬时信息加工的缺陷。

然而，另一些ERP的听觉研究表明，阅读障碍不仅存在着和语音相关的听觉加工障碍，还存在着更一般的听觉加工缺陷。MMN的研究发现表明，阅读障碍对言语声音和非言语声音的辨别都存在着困难。Baldeweg等人的研究（1999）表明阅读障碍可能在辨别音高中存在困难。Baldeweg等改变声音的呈现时间，保持音频不变，结果没有发现阅读障碍和控制组的差异，也没发现两者行为表现的差异。然而在控制刺激呈现时间不变，改变音频的条件下，阅读障碍组的MMN 比控制组的要小，说明阅读障碍者对音频的区分存在困难。Teija Kujala等人的研究中不改变声音的频率，只改变声音的组合模式（相邻两个声音之间的间隔不同），发现对于正常婴儿，偏差刺激能够引起明显的MMN,但是对于来自有阅读障碍背景家庭的婴儿，MMN明显小于正常婴儿。

语言认知水平ERP研究表明，发展性阅读障碍者在存在语音加工和信息整合的缺陷。但是感知觉加工层次的ERP研究结果则不尽一致，有的研究发现，阅读障碍存在着基本的听觉加工缺陷；有的研究则发现发展性阅读障碍存在言语声音加工的缺陷，而对非言语声音的加工与正常读者没有显著差别。本研究将考察中文阅读障碍者语音加工能力和基本听觉能力，希望澄清这些争论。

4 中文发展性阅读障碍的研究

汉语是一种表义文字系统，有其不同于拼音文字的书写系统。它的基本意义单位是汉字。一个汉字通常对应于一个词素，并且有一个读音，这个读音通常是具有某个声调的单个音节。因为汉语中使用的音节数不超过1300个（如不考虑声调，则只有400个），而常用词素超过5000个，所以汉语普通话中存在大量的同义词素和同音汉字。汉字形音之间的对应具有较大的任意性，同时占汉字80%的形声字的声旁又具有示音功能，使学习者能够在一定程度上根据声旁推测不熟悉字的读音，但由于大多数声旁不能完全标示整字的读音，加上汉字同音字较多，

使形音之间的匹配具有很大的不确定性。另外，汉字形声字的示音方式与拼音文字有很大的不同，拼音文字通过字素与音位之间的对应关系表音，汉字则通过亚词汇的声旁表音，声旁同时又是具有自身独立形、音、义特性的语言符号。根据汉字表义文字的特性，与来自视觉词汇识别中词汇表征和通达的实验，研究者发现汉字的加工与拼音文字在很多具体过程上存在差异。因此结合汉语特点研究汉语儿童阅读障碍的形态与产生机制对于揭示语言加工的普遍性与特殊性具有重要的理论意义。

洪慧芳等人（1993）等人研究了阅读障碍儿童的视觉及语音技能，发现汉语阅障儿童对语音记忆的处理能力较差，可能的原因是对汉语语音之间的差异不敏感，语音记忆容量小，无法保持已在工作记忆中的语音，容易造成语音记忆的错误。因此他们认为，语音分析能力是阅障儿童真正有缺陷的地方。黄秀霜等人（1997）使用视觉测验与语音测验，考察了汉语阅读障碍儿童与正常儿童在视觉辨认与语音意识上的差异。结果发现，阅读障碍儿童的视觉辨识与视觉记忆与正常儿童有显著差异，而且视觉辨识与视觉记忆对阅读障碍儿童的语文成就具有预测能力；阅读障碍儿童的音素觉识、声调觉识与正常儿童也存在显著差异，音素觉识与声调觉识皆对阅读障碍儿童的阅读成就具有预测力。研究者（孟祥芝，2000；舒华和孟祥芝，2000）通过问卷调查，听写，和on-line的词汇判断、同音判断、语义相关判断、启动命名等实验任务，发现汉语儿童的确存在语音加工困难，这种困难主要表现在汉字形音转换过程中，但也表现为语音分析能力弱，不能知觉声调变化，无法操纵精细的语音单元，语音提取速度缓慢。采用一致性运动测验，研究者（孟祥芝等，2002）发现，一致性运动知觉阈限与字形相似性判断反应时相关显著，r=.53（P<.01）。回归分析发现，当识字量和阅读流畅性的影响去除后，一致性运动知觉能够解释字形相似性判断反应时25%的变化。说明运动视知觉在中文字形分析中起重要作用。但是目前关于中文阅读障碍的研究多集中于语言学层次，知觉方面，尤其是听觉能力的研究很少，本研究就是希望填补这方面的空白。

以往的研究部分揭示了发展性阅读障碍的语言文字加工特点，但我们对阅读障碍的内在机制尚缺乏系统的研究，对汉语阅读障碍的特点尚不十分清楚。而且已有的研究局限于行为水平，从神经机制上探讨阅读障碍的工作还有待开展。本研究希望能够弥补这一空缺，通过事件相关电位ERP技术的运用，对阅读障碍儿童的语言加工及听觉加工进行探讨，以深刻了解阅读障碍儿童阅读障碍的实质及其神经机制。研究有助于澄清阅读障碍是纯粹的语言学障碍，还是基本知觉障碍的延伸，为揭示语言认知的一般机制提供重要的依据。而且，本项研究也将有助于阅读障碍儿童的早期鉴别、干预和针对性的治疗，为学校语文教学和素质教育、全面培养人才提供重要的理论依据。

二．实验方法

1被试

实验前采取了在正常教学班级中进行阅读测验的方法，同时到学习障碍训练中心寻找阅读上有困难的儿童，来删选被试。测查过程中综合采用识字量测验、阅读流畅性测验筛选阅读障碍儿童，并用瑞文标准推理测验剔除智力落后儿童。测验中的任务包括：听写，一分钟读字，中文读字，非字复述，韵母辨识，声母辨识，数字快速命名，根据常模计算出儿童的标准分，平均标准分分低于7的为

阅读障碍。删选出11名阅读困难儿童, 年龄9—13岁之间，参加本实验。同时选择12名年龄匹配的阅读正常儿童作为控制组（通过学校招募）。所有儿童没有视觉听觉缺陷以及其他生理问题，没有心理和情绪问题。所有被试都是右利手，并且匹配了两组儿童的瑞文智力测验成绩。被试的平均年龄和智力情况如下表：

表1. 两组被试的平均年龄和瑞文智力得分

年龄均值年龄标准差瑞文智力得分瑞文智力标准

差

阅读障碍组10.91 0.34 75.81 4.24

正常组11.18 0.48 81.81 2.36

2.实验仪器和原理：

1）仪器

实验过程中脑电记录采用的是国际通用的10-20系统，32导电极帽，参考电极为双侧连接的乳突（位于左右两侧耳后），另有两导电极记录双极导连的水平眼动和垂直眼动。实验过程中所用的电极帽和导电膏均为NeuroScan公司制造。2）原理

在人类头皮表面，通过脑电记录仪我们可以记录到两类脑电活动：自发性节律脑电图和与一定刺激相关的脑诱发电位。脑电（EEG）可以从安放在头皮上的脑电记录仪的电极导出，经放大直接显示出来，而脑诱发电位则需要进行特殊的叠加处理后才能够显示出来。这是因为脑的诱发电位通常隐藏在波幅教宽的自发脑电之中。（魏景汉，罗耀嘉，2000）研究发现有头皮记录到的诱发脑电波通常只有0.3－20μV，而自发脑电活动却高达30－100μV，因此单词刺激引起的诱发电位会被淹没在自发脑电活动的海洋中，如果直接采用放大技术，无法将两者分离。诱发电位也被称为“事件相关电位”（event related potentials, 简称ERP），它在波形和潜伏期是恒定的，利用这一点就可以通过叠加，将ERP从EEG 中提取出来。此过程中需要对被试施以多次重复的刺激（也就是研究者关心的事件“event”）,将每次刺激引发的包含有ERP的EEG加以叠加和平均。由于作为背景的EEG波形与刺激没有固定的联系，而每次刺激引发的ERP原则上应该是相同的，且ERP波形与刺激间的时间间隔（即潜伏期）是固定的，经过叠加，ERP 按叠加次数成比例的增大，而EEG只按随机噪音方式加和。若刺激次数为n，则叠加n次后，ERP增大n倍，而EEG只增大√n倍，信噪比（ERP:EEG）提高了√n倍。若原始ERP波幅为EEG的1/2，ERP被埋在EEG的海洋中难以观察，经过100次叠加后，ERP增加100倍，而EEG只增加10倍，叠加后的ERP波幅成为EEG的5倍，于是ERP就从EEG的背景中浮现出来了。叠加后的ERP数值除以叠加次数，其平均值就还原为一次刺激引发的ERP数值，因此ERP又称为平均诱发电位。（张明岛，陈兴时）

3.实验设计

本实验采用被动语音怪球范式（odd ball ）。让被试在非注意状态下（让儿童看《猫和老鼠》的动画片）听一系列不同的声音，采集被试大脑内的事件相关电位ERP（主要是失匹配负波，MMN）。具体实验设计如下

（1）声音频率的辨别

实验中采用的刺激是1250HZ和1400HZ的纯音，由Cool edit软件自动生成。

其中包括标准刺激1250HZ ，600个，偏差刺激，1400Hz ，150个。声音响度为70dB ，单个刺激持续时间50ms 。刺激间隔ISI=700ms 。整个实验持续约10分钟。

（2）声音模式的辨别。

实验中采用的刺激是由纯音组成的复合声音模式，频率分别为2000HZ ，800HZ ，2000HZ ，强度为70dB 。单个声音呈现的时间为50ms 。标准刺激600个，偏差刺激150个。标准刺激和偏差刺激之间的区别是纯音呈现的时间间隔模式,刺激的呈现方式如下图，整个复合音持续600ms 。相邻两个复合音之间的间隔ISI=1500ms 。整个实验约26分钟。

图一复合声音模式说明

（3）韵母辨别:

实验中采用标准刺激为“dan ”，600个，偏差刺激“dai ”，150个，声音用cool edit 录制。单个刺激持续时间40ms 。刺激间隔ISI=700ms 。实验总长约9分钟。

（4）声母辨别

标准刺激为“da ”, 600个,偏差刺激“ga ”，150个,声音用cool edit 录制。单个刺激持续时间40ms 。刺激间隔ISI=700ms 。实验总长约9分钟。

（5）声调辨别:

标准刺激为“ba1”, 600个,偏差刺激“ba2”，150个,声音用cool edit 录制。单个刺激持续时间40ms 。刺激间隔ISI=700ms 。实验总长约9分钟。

4．实验程序

被试在实验前已经完成阅读能力和智力的测查。实验过程中，被试先洗头，以去除头皮表面的油脂，戴上电极帽后，主试在电极上涂抹导电膏，保证每个电极的电阻都控制在5千欧以下。实验过程中，被试在屏蔽室内观看无声电影《猫和老鼠》，同时佩戴耳机，由presentation 通过耳机向被试呈现所有听觉刺激，被试的任务是认真看电视，不必关心耳机内的声音，但是要尽可能放松，少动弹，少眨眼。每隔三分钟左右可以休息一下，时间长短由被试自己控制。实验过程中，采集被试大脑内的事件相关电位ERP ，主要关心失匹配负波MMN 。

标准刺激偏差刺激

5. ERP数据的记录与统计分析

实验过程中脑电记录采用的是国际通用的10-20系统，32导电极帽，参考电极为双侧连接的乳突（位于左右两侧耳后），另有两导电极记录双极导连的水平眼动和垂直眼动。实验过程中所用的电极帽和导电膏均为NeuroScan公司制造。脑电和其他眼电信号经过Synamps放大器（NeuroScan公司）放大，放大频率宽度为0.01-40Hz, 连续采样频率是250Hz。每个电极的电阻都控制在5千欧以下。将32导电极记录的连续信号按照刺激开始前200ms到刺激呈现后1000ms截取为长度为1200ms的信号段。做基线调整，使得每个信号段的平均值为0μV。根据水平眼动和垂直眼动信号判断脑电信号是否受到眼动干扰，如果眼动和肌肉电波幅超过正负75μV时，相应信号段数据视作无效，不予分析。将有效数据进行叠加，即得到事件相关电位ERP。

根据实验需要，将刺激呈现后200－600ms范围内的ERP幅度按每20ms的时间间隔计算一次均值，对于两组被试Fz电极的数据进行统计检验（位于额叶中央位置，是MMN最显著的位置）。

三．结果

对5个实验中偏差刺激和标准刺激条件下的ERP分别叠加，用偏差刺激引发的ERP减去标准刺激条件引发的ERP，得到失匹配负波MMN。实验数据处理过程中去除眼动和肌肉电波幅超过正负75μV的数据，剔除叠加次数过少的数据。不同刺激条件引发的ERP图形如下：

1．单纯变化声音频率的结果：

图二.不同频率的声音引发的MMN

注：其中较粗的黑线代表正常组的MMN,较细的红线代表阅读障碍者的MMN。横轴单位是ms, 纵轴的单位是μV。（以下同）

由图二可以看出两组被试的MMN波形比较接近，独立样本T检验显示，不同频率

的声音引发的MMN在两组被试间没有显著差异。

2．改变声音模式的结果

图三.复合声音模式引发的ERP

由图三可以看到在550ms-750ms左右正常组被试比阅读障碍被试产生一个更大更早的失匹配负波。此后在750ms到1300ms阶段，正常组被试的失匹配负波也一直比阅读障碍被试大。

由于复合声音持续时间较长，偏差刺激和标准刺激的差别发生在150ms和500ms，因此将刺激呈现后150ms-1300ms范围内的ERP幅度按每20ms的时间间隔计算一次均值，对于两组被试Fz电极的数据进行统计检验，结果如下。

表二. 复合声音模式引发的差异波波幅检验

阅读障碍组正常组df T值p

均值(μV)标准差均值(μV)标准差

600-620 ms 2.99 0.63 -1.29 1.30 16.00 2.91 0.01 620-640 ms 2.06 0.69 -1.79 0.97 16.00 3.24 0.01

独立样本T检验显示在刺激开始呈现后600ms到640ms间，阅读障碍被试的失匹配负波MMN明显小于正常组被试，p＝0.01。

分别观察两组被试在标准刺激和偏差刺激条件下引发的ERP波形：

图四. 正常组被试复合声音模式中标准刺激和偏差刺激引发的ERP

注：图中红色的细线代表偏差刺激引发的ERP,虚线代表标准刺激引发的ERP波形，黑色的粗线是偏差刺激减去标准刺激得到的失匹配负波MMN。（下图同）

图五阅读障碍组被试复合声音模式中标准刺激和偏差刺激引发的ERP

由图四图五可以看出，正常组中偏差刺激比标准刺激引起更大的负波，而阅读障碍组中偏差刺激并没有比标准刺激引起更大的负波。

3．韵母辨别

图六.变化韵母引发的MMN

由图六可以看到，在170ms到350ms以及450ms以后正常组被试的失匹配负波一直比阅读障碍被试大。对MMN波幅进行统计检验，结果如下：

表四.不同韵母引发的差异波波幅检验

阅读障碍组正常组df T值p

均值标准差均值标准差

180-200 1.22 0.53 -1.47 0.62 18.00 3.27 0.00 460-500 0.60 0.80 -2.40 0.62 18.00 2.72 0.01 500-540 0.50 1.00 -3.48 0.47 18.00 3.15 0.01 540-580 -0.40 1.10 -3.13 0.66 18.00 2.49 0.02

由独立样本T检验可得，在韵母变化的情况下，在刺激开始呈现后180ms到200ms,460ms到580ms间，阅读障碍被试的失匹配负波MMN明显小于正常组被试，p<＝0.01。

分别观察两组被试在标准刺激和偏差刺激条件下引发的ERP波形（图七和图八），可以发现韵母变化的情况下，对于正常组被试刺激呈现150ms后偏差刺激始终比标准刺激引起更大的负波，而阅读障碍组中偏差刺激只是偶尔比标准刺激引起更大的负波，大部分时间是标准刺激引起更大的负波。

图七.正常组变化韵母条件下标准刺激和偏差刺激引发的ERP

图八阅读障碍组变化韵母条件下标准刺激和偏差刺激引发的ERP 4．声母辨别

图九.变化声母引发的MMN

由图九可以看出在刺激呈现150ms到500ms间正常组被试的失匹配负波一直比阅读障碍被试大。对MMN波幅进行统计检验，结果如下

表五.变化声母引发的差异波波幅检验

阅读障碍组正常组df t p

均值标准差均值标准差

220-240 2.19 1.06 -1.79 0.50 19.00 3.49 0.00 240-260 2.43 0.90 -3.50 1.20 19.00 3.80 0.00 260-280 1.80 1.20 -3.98 1.30 19.00 3.19 0.01

由独立样本T检验可得，在声母变化的情况下，在刺激开始呈现后220ms到280ms 间，阅读障碍被试的失匹配负波MMN明显小于正常组被试，p<＝0.01。

分别观察两组被试在标准刺激和偏差刺激条件下引发的ERP波形。

图十正常组变化声母条件下标准刺激和偏差刺激引发的ERP

图十一.阅读障碍组变化声母条件下标准刺激和偏差刺激引发的ERP

由图十，十一可以看到，在变化声母的情况下，对于正常组被试刺激呈现约100ms 后偏差刺激始终比标准刺激引起更大的负波，而阅读障碍组中偏差刺激只是偶尔比标准刺激引起更大的负波，大部分时间是标准刺激引起更大的负波。

5．音调辨别

图十二. .变化声调引发的MMN

由图十二可以看出变化声调过程中，阅读障碍被试的失匹配负波MMN与正常组被试比较接近，似乎是阅读障碍被试的失匹配负波MMN更大。独立样本T检验显示，变化声调过程中，阅读障碍被试的失匹配负波MMN与正常组被试没有显著差异。

四．总结

目前阅读障碍的理论可以分为两大类，一种理论认为，阅读障碍来源于语言

学层次的加工缺陷，阅读障碍者在言语信息的表征和加工上存在障碍，但他们的其它认知能力和信息加工能力完整无缺。另一类理论则认为，阅读障碍是由更深层、更基本的视觉与听觉障碍造成的，其根本原因在于非语言的听觉和视觉能力的损伤或发展不完善。为了验证这两种理论假说，本研究通过5个实验，分别操纵纯音的频率变化、复合音的时间维度变化（变化两个纯音之间的时间间隔），考察阅读障碍者的一般听觉加工能力是否弱于正常读者，同时利用汉语的特点，变化言语刺激的声母，韵母和音调，考察阅读障碍者对于言语信息表征和加工的能力是否异常，并探讨异常背后的神经机制。

本研究利用被动oddball（怪球范式）实验范式，记录被试大脑内部由一系列重复性同质刺激中偶尔出现的可觉察变化诱发的失匹配负波MMN。结果发现，单纯变化声音的频率时（标准刺激是1250HZ，偏差刺激是1400Hz），阅读障碍组被试和正常组被试产生的失匹配负波没有显著差异。但是如果保持声音的频率不变，仅仅改变相邻纯音之间的间隔（即改变声音的组合模式），发现阅读障碍者在600ms－640ms间失匹配负波显著小于控制组，即在600ms左右正常组被试比阅读障碍被试产生一个更大更早的失匹配负波（图三），这一发现揭示了阅读障碍被试在知觉复杂声音模式上存在缺陷，即不能有效及时地觉察复杂声音模式上的变化。

前人利用ERP进行的阅读障碍听觉研究结果不太一致，有人发现阅读障碍不仅存在着和语音相关的听觉加工障碍，还存在着更一般的听觉加工缺陷。Baldeweg等人在研究中控制刺激呈现时间不变，改变声音的频率，结果发现阅读障碍组的MMN比控制组的要小，说明阅读障碍者对音频的区分上存在困难。但是Schulte-Korne的研究中利用1000 Hz和 1050 Hz的纯音作为非言语刺激，结果发现，纯音刺激所引发的MMN在两组被试间没有显著差异，但是言语刺激/da/和/ba/在阅读障碍组中诱发的MMN波幅要比在控制组中诱发的小，Schulte 由此提出阅读障碍者的听觉信息加工缺陷是基于言语知觉而非更更深层、更基本的听觉障碍。后来Schulte又使用频率结构相同的标准刺激和偏差刺激的，仅仅变化声音持续时间的模式子, 以 MMN为指标，考察了成年阅读障碍者与控制组在听觉时间加工上的差异，结果发现阅读障碍者在250－600ms内产生的失匹配负波显著小于控制组，由此作者认为阅读障碍者存在听觉时间加工能力的缺陷。

本研究中发现，纯音的频率变化没有在两组被试间引发显著差异的MMN，而复合音的时间维度的变化（变化两个纯音之间的时间间隔）引发了两组被试间差异显著的MMN，可以证明阅读障碍者不能有效及时地觉察复杂声音模式上的变化，存在听觉时间加工能力的缺陷。前人关于MMN的研究已经证明，标准刺激和偏差刺激的差别越大，MMN出现的越早，波幅也越大。本实验中，与声音频率的变化相比，复合声音模式的变化显得更加复杂，知觉出这种变化对阅读障碍者更加困难，因此在复合声音模式的实验中两组被试表现出了显著的差别。我们可以预测阅读障碍者在知觉那些包含快速变化的声音特征的较长的声音模式时存在缺陷（对于简单的纯音他们知觉起来可能并不困难），这种对于时间信息加工能力的缺陷可能导致了阅读障碍者MMN的波幅比控制组小。而我们日常生活中很多字和词语，恰恰是由那些包含快速变化的多个单元的较长声音模式组成的，因此这种对于声音时间信息加工能力的缺陷可能也影响了阅读障碍者对于言语刺激的知觉。

此外本研究还发现，在言语听觉的实验中，在韵母变化的情况下，刺激开始呈现后180ms到200ms,460ms到580ms间，阅读障碍被试的失匹配负波MMN明显

小于正常组被试，p<＝0.01。在声母变化的情况下，在刺激开始呈现后220ms 到280ms间，阅读障碍被试的失匹配负波MMN明显小于正常组被试，p<＝0.01。这一差异说明阅读障碍者不能有效地觉察声母和韵母中的变化，存在语音加工（声母，韵母）的缺陷。前人研究中也发现，在辨别言语刺激音节/da/和/ba/ 的条件下，言语刺激在阅读障碍组中诱发的MMN波幅要比在控制组中诱发的MMN 的波幅小（Schulte-Korne 1998），但是没有人比较过在汉语拼音中，阅读障碍者知觉韵母和声母是否有不同，这种言语加工能力的缺陷与阅读障碍的关系如何。本研究在这一方面是一种创新，研究结果显示阅读障碍被试在知觉言语刺激（包括声母韵母）上存在缺陷，即面对声母和韵母的变化，阅读障碍被试大脑内部产生失匹配负波MMN明显小于正常组被试，体现了阅读障碍被试不能很好的知觉并辨别相似的声母和韵母，这可能是导致他们产生阅读障碍的原因。

但是本研究中也发现，汉语中特有的音调变化，并没有导致阅读障碍组和正常组被试失匹配负波的差异，可能由于音调一共只有四种，不足以造成混淆，或者是由于音调变化在汉语中很常见，在日常生活给予了足够的强调和训练，对于阅读障碍儿童而言，知觉这种差别比较容易，并不会像声母和韵母那样造成知觉的困难。有训练研究（Temple，2000）显示了阅读障碍者的能力可以通过适当的训练提高，同时训练可以改变大脑内部对于相关信息的加工模式。研究者使用fMRI技术探测阅读障碍者与正常读者进行快速声学加工时的脑基础。与缓慢变化的非语言声学刺激相比，正常读者加工快速变化的非语言声学刺激时，左脑前额叶得到激活。尤其有趣的是，两个阅读障碍者参加了非语言和语言学训练，包括语义和句法训练。每天训练100分钟，共训练33天。然后再进行fMRI记录，结果发现训练后左侧额叶活动增加。这一点充分说明了后天训练对于改善阅读障碍的可行性和重要性。Molfese的研究显示，新生儿的大脑电生理反应（EEG和ERP）可以用来预测八年后该儿童是否会成为阅读障碍。如果能够利用MMN预测儿童患阅读障碍的可能性，并且及早进行干预和训练，无疑会对个人成长和教育教学产生重大影响。

本研究结果显示发展性阅读障碍者存在听觉时间加工能力以及语音加工（声母，韵母）的缺陷，在脑成像记录上表现为发展性阅读障碍者的失匹配负波MMN 显著小于正常组被试,但是在简单的改变声音频率和音调的任务中没有发现两组的差异。由此预测可能是由于阅读障碍者对于声音时间信息加工能力的缺陷影响了他们对于言语刺激的知觉并导致了阅读障碍，也可能是两者共同作用的结果。这一问题以及阅读障碍是否具有语言特异性等问题还有待进一步研究。

致谢

在接受校长基金资助参与阅读障碍儿童神经机制研究的这一年时间里，得到了很多老师学长的无私帮助，真的有很多人需要感谢。首先感谢我的指导老师周晓林教授，孟祥芝老师，是你们把我引入了阅读障碍这一神秘而有意义的交叉领域。感谢我的班主任毛利华老师，不厌其烦地为我讲解事件相关电位（erp）技术的原理和方法，感谢韩世辉教授，蒋毅，周斌师兄，在实验过程中无私地给与我技术上的帮助。更感谢沙淑颖师姐和我的合作者王珏同学，在实验遇到挫折的时候，比如被非典打乱研究进程，找不到足够的匹配组被试，是你们站在我身边支持我鼓励我，为我出谋划策，没有大家，难以想象这项研究将如何完成。当然还要感谢二十多位热情参与实验的小被试和家长们，没有你们对于科学研究热情的支持，本研究也难以顺利进行。在此真诚希望我的研究结果对于阅读障碍的儿

童有所帮助。

参考文献

Borsting E, Ridder WH, Dudeck K, et al. The presence of a magnocellular deficit depends on the type of dyslexia. Vision research, 1996, 36: 1047-1053

Bradley L L,Bryant P E. Difficulties in auditory organization as a possible cause of reading backwardness. Nature, 1978，271, 746-747

Baldeweg Y, Richardson A et al. Impaired auditory frequency discrimination in dyslexia detected with mismatch evoked potentials.

Annals of Neurology, 1999, 45: 479-503

Castles A, Datta H, Gayan J, Olson RK. Varieties of developmental reading disorder: genetic and environmental influences. Journal of Experimental Child Psychology, 1999, 72：73-94

Cestnick L, Coltheart M. The relationship between language processing and visual - processing deficits in developmental dyslexia. Cognition, 1999, 71: 231-255 Demb, J. B., Boynton, G. M., Heeger, D. J. Brain activity in visual cortex predicts individual differences in reading performance, Proceedings of the National Academy of Sciences, 1997, 94：133663 – 13366

Duncan C, Rumsey J, et al. Developmental dyslexia and attention dysfunction in adults: Brain potentials indices of information processing. Psychophysiology, 1994, 24: 386-401

Eden GF, VanMeter JW, Rumsey JM, et al. Abnormal processing of visual motion in dyslexia revealed by functional brain imaging. Nature, 1996, 382：66-69

Fiez, J. A. & Petersen, S. Neuroimaging studies of word reading. Proceedings of the National Academy of Sciences, 1998, 95：914 - 921

Frith C. A biological marker for dyslexia. Nature, 1996, 382: 19-20

Harm M. W. & Seidenberg M. S. Phonology, Reading Acquisition, and Dyslexia: Insights From Connectionist Models. Psychological Review, 1999，V ol.106, No.3, 491-528

Heim S, Eulitz C, Kaufmann J, et al. Atypical organization of the auditory cortex in dyslexia as revealed by MEG. Neuropsychologia, 2000, 38: 1749-1759 Johannes S, Mangun G R, Muente T F. Developmental dyslexia and cerebral lateralization: Electrophysiological findings. Nervenarzt, 1994, 65：859-864 Jorge Bernal, Thala Harmony et al. Auditory event-related potentials in poor readers, Internatioanl Journal of Psychophysiology, 2000, 36: 11-23

Kujala T, N??t?nen R. The mismatch negativity in evaluating central auditory dysfunction in dyslexia, Neuroscience and Biobehavioral Review. 2001, 23: 535-543

Livingston M, Rosen G D, Drislane F W, et al. Physiological and anatomical evidence for a magnocellular defect in dyslexia. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America, 1991, 88：7943-7947

Lovegrove W. Visual deficits in dyslexia:Evidence and implications. In Fawcett &

Nicolson (Eds.).Dyslexia in Children: Multidisciplinary perspectives. Harvester Wheatsheaf. 1994，113-135

McPherson W B, Ackerman P T. A study of reading disability using event-related brain potentials elicited during auditory alliteration judgments. Developmental Neuropsychology, 1999, 15：359-378

Merzenich M, Jenkins WM, Johnston P, et al. Temporal processing deficits of language-learning impaired children ameliorated by training. Science, 1996, 271: 77-81

MacBride-Chang C. Phonological processing ,speech perception , and reading disability :An integrative review, Education Psychology, 1995, 23: 109-120

Nagarajan S, Mahncke H, Salz T, et al. Cortical auditory signal processing in poor readers. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 1999, 96: 6483-6488

Olson R K,Wise B,Conners F,Rack J & Fulker D. Specific deficits in components reading and language skills:gentic and environmental influences. Journal of learning disabilities, 1989，22, 339-348

Paulesu E., Demonet, J.-F., Fazio, F. et al. Dyslexia: Cultural diversity and biological unity. Science, 2001, 291：2165 – 2167

Price, C. J. The functional anatomy of word comprehension and production. Trends in Cognitive Science, 1997, 2：281 – 288

Schulte-Korne G, Deimel W, Bartling J, et al. Pre-attentive processing of auditory patterns in dyslexic human subjects. Neuroscience Letters, 1999a, 276: 41-44 Shaywitz S E, Shaywitz B A, Pugh K R. et al. Functional disruption in the organization of the brain for reading in dyslexia. Proceedings of National Academy of Sciences, 1998, 95：2636-2641

Slaghuis W, Ryan J. Spatio-temporal contrast sensitivity, coherent motion, and visible persistence in developmental dyslexia. Vision research, 1999, 39: 651-668

Stein J, Walsh V. To see but not to read: the magnocellular theory of dyslexia. Trend in neurological science, 1997, 20: 147-152

Stevenson HW, Stigler JW, Lucker GW, et al. Reading disabilities:The case of Chinese, Japanese and English. Child Development, 1982, 53：1164-1181

Schulte-Korne G, Demel W et al. The role of phonological awareness, speech perception, and auditory temporal processing for dyslexia. European Child and Adolescnt Psychiatary Supplement, 1999, 3: 21-34

Schulte-Korne G, Demel W, et al. Auditory processing and dyslexic :evidence for a specific speech processing deficit.

NeuroReport, 1998, 9: 337-340

Schulte-Korne G, Demel W, et al. Pre-attentive processing of auditory patterns in dyslexic human subjects. Neuroscience Letter, 1999, 276: 657-663

Taylor MJ, Keenan NK. Event-related potentials to visual and language stimuli in normal and dyslexic children. Psychophysiology, 1990, 27: 318-327

Talcott JB, Witton C, McClean M, et al. Can sensitivity to auditory frequency modulation predict children's phonological and reading skills? Neuroreport, 1999, 10: 2045-2050

Talcott JB, Witton C, McClean M, et al. Dynamic sensory sensitivity and children's word decoding skills. Proceedings of the national academy of sciences of the united states of America, 2000, 97: 2952-2957

Tallal P, Piercy, M. Defects of Non-Verbal auditory perception in children with developmental aphasia. Nature, 1973，241：468-469

Temple E, Poldrack RA, Protopapas A, et al. Disruption of the neural response to rapid acoustic stimuli in dyslexia: evidence from functional MRI. PNAS, 2000, 97: 13907-13912

Temple, E. Poldrack, R. A. Salidis, J. et al. Disrupted neural responses to phonological and orthographic processing in dyslexic children: An fMRI study.

Neuroreport, 2001, 12：299 – 307

Watson, J. D. G., Myers, R., Frackowiak, R. S. J. et al. Cerebral Cortex, 1993, 3：79 –

Witton C, Talcott JB, Hansen PC, et al. Sensitivity to dynamic auditory and visual stimuli predicts nonword reading ability in both dyslexic and normal readers.

Current biology, 1998, 8: 791-797

洪慧芳，曾志朗. 文字组合规则与汉语阅读障碍-对汉语阅读障碍学童的一项追踪研究. 台湾中正大学心理研究所硕士论文, 1993

黄秀霜, 谢文铃. 阅读障碍儿童与普通儿童在视觉辨识、视觉记忆与国语文成就之比较研究. 特殊教育学报，1997, 12: 321-337

孟祥芝, 周晓林, 曾飚等. 视觉技能与儿童汉字阅读. 心理学报, 2002, 1，16-22

孟祥芝. 汉语发展性阅读障碍儿童的汉字表征与加工. 北京师范大学心理学系博士论文, 2000

舒华, 孟祥芝. 汉语儿童阅读困难初探-来自阅读困难儿童的统计数据. 语言文字应用，2000, 3: 63-69

孟祥芝,周晓林, 发展性阅读障碍的生理基础.心理科学进展. 2001,10(1):7-10

魏景汉，罗耀嘉，主编《认知事件相关脑电位教程》经济日报出版社2002

张明岛，陈兴时等编著《脑诱发电位学》上海科技教育出版社1995年

张承芬，张景焕，常淑敏和周晶. 汉语阅读困难儿童认知特征研究. 心理学报，1998，30：50-55

周晓林, 孟祥芝, 陈宜张. 发展性阅读障碍的脑功能成像研究. 中国神经科学，2002，5：568-572

作者简介

王慈欣，女，1982年5月出生于上海，2000年由上海市第八中学考入北京大学心理学系。在北大期间担任心理系学生党支部宣传委员，系团委宣传委员，班级生活委员。大学期间，以优良成绩获北京大学“香港城市”和“五四”奖学金。多次被评为北京大学“三好学生”，北京大学“优秀团干部”。同时还是北大校刊和北大新闻网的优秀学生记者，多次获校刊和新闻网优秀作品奖，至今已经在各种期刊杂志（包括《人民日报海外版》，《当代学生》，等）上发表过几十篇习作。

大学期间参与过较多的科研工作，包括北大心理系与北大幼儿园合办的成功素质开发班教学课件设计工作，北大心理学系发展心理学研究室“儿童自我概念和行为抑制能力”研究，北大心理学系发展心理学研究室“儿童运动障碍”研究。非典期间，参与中国心理学会和北大心理学系临床心理学研究室主持的非典心理援助热线工作，并参与相关研究。现有论文发表在《中国临床心理卫生》、《父母必读》杂志上。

感悟与寄语

在接受校长基金资助独立参与科研的将近一年时间里面，从查找文献，设计实验，删选被试，学习ERP实验技术，到具体的实验操作，数据分析，论文写作，整个过程，虽然遇到过很多挫折，但是现在回想起来真的学到了很多东西，对于自己的能力也无疑是一种砺炼。由于本实验针对的是阅读障碍这一特殊人群，在和孩子以及家长接触的接触中，可以感觉到学校家长对于阅读发展能力的重视，他们希望有更多相关的研究，有针对阅读障碍儿童的专业训练，真正帮助他们的孩子健康成长，可惜现在国内这方面的研究和训练都很少，即使有也往往针对性不强或者缺乏专家指导。相比之下，国外有不少心理学家将研究结果应用于实践，开展了阅读障碍的培训，颇受欢迎，还上了Times杂志和Discovery频道，可见科学家的社会责任感和研究走出实验室后的蓬勃生命力。希望国内的研究也能够在此方面做一些事情，真正帮助那些需要帮助的人。

指导教师简介：

周晓林，男，1963年12月17日出生于江苏扬州。北京大学脑科学与认知科学中心主任、心理学系发展与教育心理学教研室主任、教授。任国际Language and Cognitive Processes杂志编委、罗丹科学院通讯院士、英国实验心理学会、美国认知科学学会、国际行为发展研究协会会员会员。1988年赴英国剑桥大学学习，1992年获得博士学位。1992年5月至1998年10月在伦敦大学Birkbeck 学院心理学系从事博士后研究，后担任研究员；1998年10月至1999年9月任剑桥大学实验心理学系高级研究员。从1995年10月至1998年12月，兼任北京师范大学心理学系副教授，1999年正式回国工作，任北京大学心理学系教授，2001年获得中共中央组织部、人事部和中国科协主持的“中国青年科技奖”, 2003年获得教育部“优秀高等学校骨干教师”称号。