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ERP研究:母语促进视觉意识的理解
发布者:admin 发布时间:2018/12/12

摘要:母语能影响我们意识觉察到的东西吗?虽然语言调节视觉辨别的证据越来越多,但对于语言结构和意识之间的关系人们知之甚少。柏林洪堡大学心理学系MaierRahman等人在Psychological Science杂志上发表文章。该研究采用EEG和注意瞬脱范式(Attentional-Blink Paradigm:该范式中目标常常被忽视)探索语言是否不仅影响我们如何感知刺激,而且若我们一开始感知到刺激,那么母语结构是否能够影响视觉意识?结果发现与没有语言标签的绿色相比,母语为希腊语者(可以明确区分浅蓝和深蓝色不同;N=28)对蓝色对比有更强烈的知觉。早期视觉加工的电生理学特征预示了这种行为优势。母语为德语者(将浅蓝和深蓝色知觉为同一类别;N=29)在蓝色和绿色目标之间没有差别。分类知觉的行为结果在母语为俄语者中得以重复了这一新发现(N=46)。结果表明,语言增强了颜色对比为目标提供了视觉意识读取优势。因此,我们感知意识到的世界是什么样子,决定因素之一是母语。


关键词:颜色类别知觉,事件相关电位,注意瞬脱效应,自上而下,语言相对性,

我们知觉到的世界是否会受到母语的影响呢?语言相对性表明,语言会影响知觉。就像原始部落对数字的语言标签只有“1,2,3,4,多,很多,更多”这些分类一样(这让他们对同样数量的物体的知觉与美国曼哈顿人民的知觉结果有所不同),某些语言对颜色的标签也是不同的,虽然从客观物理上来说,光的波长和颜色是客观实在的,但某些语言会有浅蓝、淡蓝的分类(想想你女友对口红的颜色的恐怖分类就知道了,简直是魔鬼),某些语言就没有,只有红色,绿色,蓝色等等(甚至蓝绿不分),那么这些不同的语言标签是否会影响个体对颜色的知觉呢?

为此,该研究使用ERP来揭示不同母语者类别知觉的相关电生理,并将大脑活动与视觉意识联系起来。该研究在原有的注意瞬脱范式基础上改编了颜色刺激,其中两个目标刺激(T1T2)在快速序列视觉程序(RSVP)中呈现。如果母语为两种颜色(浅蓝色和深蓝色)有不同的语言标签,那么这种语言应增加颜色对比的显著性。因此,对于希腊语者而言,包含这些蓝色的刺激应该具有增强的显著性,并在视觉意识的竞争中获得优势。基于这些假设,我们试图证明语言类别对知觉的新效应:已学习的语言颜色标签会影响正确识别或漏报刺激的可能性。

实验1选用以希腊语为母语的人(对浅蓝色和深蓝色做了基本区分),期望能重复注意瞬脱效应。

程序:在注意瞬脱任务中,在RSVP干扰程序中觉察两个目标(T1T2)(图1)。每个被试进行了528个试次。在每个试次中,首先呈现注视点“+”(450ms),接着呈现13个形状(每个41ms),每两个形状之间的空白屏为53ms。被试寻找半圆(T1)和三角形(T2)的出现。T1经常出现,而T218.2%的试次中不存在。T2-缺失的试次可以估计每个被试的虚报率。(此外,为了使ERP成分更加清楚,我们从每条曲线中减去T2-缺失条件,绘制了ERP曲线;例如,蓝色-T2缺失和绿色-T2缺失)。T2的位置或者是T1后的7张(Lag7)或3张(Lag3)图像。在每个RSVP程序之后,要求被试连续报告半圆和三角形的方向,并在4点量表上对三角形的主观能见度进行评级(无,轻微的印象,强烈的印象,完整的)。

所有的试次(Lag 37,T2-存在或-缺失,不同的颜色条件)都以随机顺序呈现。Lag 3试次比Lag 7试次更频繁(T2-存在试次中的86.4% vs. 13.6%),因为这是很强的注意瞬脱效应。因此,Lag 3试次有很多与视觉意识相关的电生理加工信息。为了使实验持续时间尽可能短,我们增加了Lag 3试次的相对频率。

材料:刺激是在一个19英寸、刷新率为75-Hz、分辨率为1280×1024像素的液晶显示器,距离被试的眼睛70 cm。在实验开始前,显示器至少启动了1h,以确保正确的颜色显示。干扰物和目标刺激是在彩色背景圆上的几何形状,视角为2.9°(图1)。T1刺激是灰色半圆形,圆边朝上或下。T2刺激是彩色三角形,指向左边或右边。干扰形状是灰色多边形,而不是半圆形或三角形(13种不同的形状)。 

关键的颜色对比操作是在三角形颜色与背景圆颜色之间的对比中实现(1c):浅蓝色 vs.深蓝色(以下简称:蓝色对比度),浅绿色与深绿色(绿色对比度),和浅/深蓝色与浅/深绿色(混合对比)。绿色对比度与蓝色对比度同样显著。混合对比度用作操作检查:除了跨越类别边界之外,它还包含比其他两个对比度更强的自下而上的色差。这允许我们同时评估自上而下(语言)和自下而上的颜色对比效应。

1:注意瞬脱任务的试次序列、评分量表和刺激的设计。


EEG记录和分析:10-20系统,64个电极,采样率为500 Hz。在记录过程中,在线滤波为0.032Hz-1000Hz,参考电极为左乳突。电阻保持在5kΩ以下。从左右眼外眼角处电极和左眼上下方电极记录眼电。在主实验之后,被试在校准过程中进行典型的眼球运动,用于稍后的伪迹校正。在MATLAB中使用EEGLAB工具箱进行离线预处理。采用全脑平均作为重参考后,我们使用BrainElectrical Source Analysis 软件采用时空偶极子建模过程去除眼动伪迹。剩余的伪迹通过自动伪迹剔除程序去除(波幅超过±200uV,或在两个连续采样点之间改变超过50uV,或在 200ms 时间间隔内改变 200uV)。无伪迹的数据被分为1s的时间段(T2刺激前200ms为基线),锁时为T2开始呈现时。低通滤波为40Hz。

单试次ERPs锁时为T2呈现时,在感兴趣的时间窗进行平均。在确认正态分布后,采用线性混合模型(linear mixed models,LMMs) 。我们测试了固定因子颜色对比度(建模为滑动差异对比度)和预定义的后脑区的ROI的平均ERP波幅之间的相关性。我们之所以选择LMMs,主要是因为被试在行为注意瞬脱效应的强度上存在差异,这导致进行ERP分析的被试之间击中试次数不相等。LMMs对被试间试次数差异是稳健的,因为它们允许对被试随机截距以及关于固定效应影响的随机斜率进行校正。对被试随机截距,以及适用情况下对被试内因素颜色对比度的随机斜率进行模型校正。使用奇异值分解确定随机效应结构,去除阻止模型收敛或解释零变异的随机斜率。模型选择是基于似然比检验以及AICBIC。

结果:

颜色命名:最终样本中,所有被试将浅蓝色和深蓝色刺激分为不同的基本颜色类别(2)。大多数被试(75%)将浅和深绿色刺激置于同一类别。

2.实验一: 行为结果。

a)表示将蓝色和绿色分为同类和不同类的人数;

b)表示希腊语者在两种延迟37以及颜色对比下的对目标2T2)的击中率。星号表示显著,一个星号是0.05,三个星号是0.001。

1是对平均击中率的一般线性混合模型的统计分析


     行为结果:平均T1正确率为85.8%95% CI[85.2, 86.4])。在T2-缺失试次中,平均正确拒绝率为89%95% CI[87.7, 90.3])。只有T1被正确识别的T2-存在试次被进行进一步分析。如果T1T2都被看到并被正确识别(T1的正确报告以及T2报告的至少轻微印象和正确方向),则试次被认为是击中。我们测试了注意瞬脱效应的存在和颜色对比在击中率上的效应。

         表1呈现了固定效应、标准误差和z分数的估计效应量,以及用于此分析的方差成分(SD)的平方根估计。如2所示,Lag 3M=62.2%, 95% CI=[60.9,63.5])和Lag 7M=81.1%, 95% CI=[78.6,83.6])的平均击中率不同。二项GLMM分析揭示了Lag的主效应(即注意瞬脱效应)。此外,在两种lag条件下,混合条件的击中率高于绿色和蓝色对比条件的击中率,并且在颜色对比混合和蓝色,以及颜色对比混合和绿色之间产生显著差异。重要的是,被试在蓝色条件下比在绿色条件下完成更多的击中,这被蓝色和绿色对比度差异的主效应所证实。这些结果表明,语言分类有利于T2的觉察和分类。各因素之间没有交互作用:Lag和颜色对比度,去除交互作用后模型拟合度没有降低,但略有增加(ΔAIC=-3,ΔBIC=-18)。综合起来,这些结果证实了依赖于颜色对比度的预测击中率模式(即,混合>蓝色>绿色)。

为了测试“类别-知觉效应”的存在,尤其针对Lag 3,在这种情况下,注意瞬脱效应被观察到并且ERP分析受到限制,我们重新计算了相同的GLMM,但是在Lag中嵌套了颜色对比。如图2所示,混合条件下的击中率(64.7%)高于蓝色条件(62.5%, b=0.15, z=2.50, p=.013)和绿色条件(59.4%, b=0.29, z=4.69, p<.001)。重要的是,在Lag 3中也观察到蓝色和绿色条件之间的统计差异(b=0.13,z=2.18, p=.030)。

EEG结果:我们在Lag 3击中试次中分析颜色对比效应,主要集中在P1(与早期视觉加工有关)、N2(与进入视觉工作记忆的目标刺激编码有关)。对于这两个成分,我们选择了后部脑区作为ROI,包括电极Oz、O1、O2、POz、PO3、PO4、PO7PO8。平均而言,P1的峰值在100ms140ms之间,N2的峰值在220ms300ms之间。

3. 实验1

a)是P1成分(灰色区域),两条波形图是蓝绿色颜色对比条件,地形图是差异地形图(蓝色 vs.绿色).黑色的点是兴趣区.

b)显示了P1波幅和两种颜色的交互作用。

P1成分中,蓝色条件下的平均波幅大于绿色和混合条件(3)。2显示了固定效应、标准误差和t值的系数,以及LMM分析的方差成分(SD)的平方根和拟合优度参数估计。LMM分析显示蓝色和绿色之间的颜色对比有显著差异。混合和绿色颜色对比没有显著差异,但混合和蓝色颜色对比之间的差异有统计显著趋势。

N2成分中,混合和蓝色条件下的N2波幅都比绿色条件小。LMM分析显示混合色和绿色颜色对比、以及蓝色和绿色颜色对比有显著差异,但是混合色和蓝色之间没有显著差异(2)。

为了特别测试在ERP和觉察行为中的颜色对比效应之间的关系,我们加入了P1N2波幅作为二项GLMM的协变量来预测击中率。P1波幅(b=0.09,z=2.93,p=.003)和N2波幅(b=0.28,z=8.79,p<.001)的主效应显著。此外,颜色对比(蓝色与绿色)与P1波幅(b=0.14,z=2.19,p=.029)的交互作用显著。这意味与绿色目标相比,在处理蓝色目标时较大的P1波幅与促进的T2意识知觉有关。图3b揭示了这种交互作用的预测局部效应。颜色对比与N2波幅之间没有交互作用,并且去除它们以改进了模型拟合(ΔAIC=-7.3,ΔBIC=-36.2)。

讨论:

结果证明了经典的注意瞬脱效应。正如所预测的,混合条件下增加的色刺激对比有利于T2觉察。重要的是,与匹配的绿色对比相比,蓝色对比的语言区别提高了觉察率。

ERP进一步揭示了类别知觉效应在视觉意识上的证据。蓝色和绿色对比条件在P1N2成分中出现了分离。此外,我们观察到与绿色对比度相比,在N2成分中的混合对比度效应。P1效应与以前的研究一致,将早期视觉加工中类别知觉的证据扩展到注意瞬脱范式中。P1效应的早期出现表明类别知觉确实是一种真正的知觉效应。

颜色对比中,N2相对波幅减小与较高的T2击中率(即与绿色对比度相比,混合和蓝色对比度的N2波幅更小)相关。这个时间窗对于视觉意识很重要,这暗示了在具有不同颜色对比度的T2s加工过程中,觉察行为和电生理差异之间的联系。

我们通过测试ERP效应对T2觉察的预测价值,确定了电生理特征与行为之间的关系。P1N2波幅预示着T2的意识知觉。虽然N2和注意瞬脱效应之间的联系已被很好建立,但没有发现P1与注意瞬脱中意识知觉的联系。这可能由于颜色对比度的操作而有所不同。事实上,作为一个重要发现,相比于绿色条件,蓝色条件下T2sP1波幅更大,这一结果可以预测T2觉察。据我们所知,这在类别知觉的早期神经特征和知觉收益之间建立了第一个直接联系。因此,早期视觉加工的语言调节有可能诱发行为变化。我们认为,由于知觉空间的语言扭曲,颜色术语增加了希腊语者在蓝色对比度上的显著性,这促进了对视觉特征的识别(例如,三角形)。这应该为蓝色T2s刺激提供在视觉意识竞争中的领先位置。

实验2

在实验1中,使用绿色对比度作为蓝色对比度的控制条件,根据前人文献中的Munsell颜色系统,这两种颜色的显著性相同。因此,以绿色对比度作为控制实验,实验1是类别知觉的有效测试。然而,测量不准确性或Munsell颜色系统本身仍然可能导致自下而上的显著性差异,这种差异独立于语言类别。为了排除这种可能性,我们选择母语为德语的人(没有对浅蓝色和深蓝色进行基本区分)作为被试重复该实验。他们应在行为和相关电生理方面,对蓝色和绿色刺激表现出相同的注意瞬脱效应。在实验1中观察到的结果应该被重复(色度更显著的混合条件下表现出减少的注意瞬脱效应)。

方法:所有材料、脑电图记录程序和数据分析方法都与实验1中使用的相同。
        被试:38名视力正常或矫正视力正常、色觉正常的健康被试自愿参加这项研究。被试是母语为德语的人,至少5岁前是单语。根据预先设定的任务执行标准(在Lag3条件下,T1执行低于50%或目标-缺失刺激的虚报率超过50%)。另外4名被试的数据根据他们各自的颜色命名(将浅蓝色和深蓝色分类为不同的类别)被排除。重要的是,虽然以德语为母语的人当然可以在语言上区分不同蓝色(例如,sky blue,ultramarine blue),但是他们只有一个基本级别的类别,与希腊语或俄语不同。希腊与和俄语必须语言上区分浅蓝色和深蓝色(Winawer etal., 2007)。最终有29个右利手被试(女: 15, : 14; 年龄: M±SD=27.03±4.76)。

程序:实验2与实验1的程序相同。

结果:

颜色命名:最终所有被试将浅蓝色和深蓝色刺激分为同一类别(图5)。与实验1中母语为希腊语的人的表现相似,79.3%的被试将绿色刺激归入同一类别。

5:表示德语者在实验2的行为结果。


3表示平均击中率的一般线性模型统计结果。


行为结果:平均T1正确率为83.1%95% CI[82.5, 83.7])。在T2-缺失试次中,平均正确拒绝率为92%95% CI[90.9, 93.1])。因此,一般任务执行与实验1相同。只对T1被正确识别的T2-存在试次进行进一步分析。我们首先测试了在击中率上,注意瞬脱效应和颜色对比效应的存在。3显示了该二项式GLMM分析的模型估计。根据注意瞬脱效应,Lag 358.8%, 95%CI=[57.5, 60.1])和Lag 780.9%, 95%CI=[78.3, 83.5])的平均击中率不同(5)。混合对比条件下的击中率高于绿色和蓝色对比条件,在混合对比和蓝色对比条件之间、混合对比和绿色对比条件之间产生显著差异。重要的是,蓝色和绿色对比条件之间没有显著差异。在Lag 3中证实了这种模式,与蓝色(58.0%, b=0.14, z=2.18, p=0.030)和绿色对比条件(58.2%, b=0.12, z=1.97, p=0.049)相比,混合条件下的击中率更高(60.3%)。结果表明,蓝色与绿色对比条件之间无显著差异(b= -0.01,z= -0.21,p0.832)。

EEG结果:平均而言,实验2中的P1峰值稍晚于实验1120-170ms vs. 100-140ms)。纳入与实验1相同的时间窗(100-140ms)并没有改变结果的模式。如64所示,将P1幅值作为颜色对比的函数无差别。

6.实验2

(a)P1成分(灰色区域),两条波形图是蓝绿色颜色对比条件,地形图是差异地形图(蓝色 vs. 绿色).黑色的点是兴趣区. b)显示了P1波幅和两种颜色的交互作用。

4:实验2中的P1N2的线性混合模型统计分析


接下来,我们测试颜色对比效应在N2波幅上的表现(时间窗:220ms-300msLMM分析的详细结果见4)。LMM分析显示混合色与蓝色对比之间有显著差异,但混合色与绿色之间、蓝色与绿色之间无显著差异。
   
关于ERP成分与行为之间的联系检验重复了实验1的结果,显示了P1 (b=0.13,z=3.93,p<0.001)N2波幅(b-0.25,z-7.82%,p001)的主效应。然而,在颜色对比度和P1N2波幅之间没有交互作用。从公式中去除交互作用没有减少而是增加了模型拟合(ΔAIC=-4.5,ΔBIC=-53.3)。

讨论:实验2重复实验1结果,即蓝色和绿色条件在行为、P1成分、N2成分、P1和行为之间的相关性方面没有差异。在混合条件下,母语为德语的人确实表现出预期的行为优势,这表明与语言无关的颜色对比显著性在所有被试中具有相似的效应。与实验1一样,P1N2T2的意识知觉相关,但对于不同的颜色对比没有差异。鉴于这些结果,实验1中的类别知觉效应不能归因于刺激混淆。

实验3为了探究这种新发现的鲁棒性,即母语促进了对视觉意识的存取,该研究招募了母语为俄语的人,他们也对浅蓝色和深蓝色做了基本的语言区分(goluboy vs.siniy; Winawer et al., 2007)。我们期望重复在希腊语中观察到的击中率模式。

被试:基于在母语为希腊语被试中观察到的类别知觉效应量(b=0.12),先验检验力分析得出了45个被试的最佳样本。该研究对58名色觉正常被试进行测试。被试是母语为俄语的人,至少5岁前是单语。根据预先定义的任务执行标准(Lag 3条件下,虚报率高于50%T1执行低于50%),剔除9名被试的数据。1名被试由于对T2反应只有1个,另外2名被试的数据根据他们各自的颜色命名(将浅蓝色和深蓝色分类为同一类别)被排除。最后有46个右利手被试(女: 38, : 8; 年龄; M±SD=24.59±5.67)。

程序:实验3与实验1和实验2的程序相同,但没有收集EEG数据。

结果:

颜色命名:最终所有被试将浅蓝色和深蓝色刺激分成不同类别。绿色的命名与实验12中说母语为希腊语和德语的人相比有所不同(实验363.0%的被试认为浅绿色和深绿色是同一类别,实验1: 75.0%;实验2: 79.3%)。

行为结果:一般任务执行与实验12相当,平均T1正确率为86%95% CI[85.5, 86.5])、平均正确拒绝率为89.8%95% CI[88.8, 90.8])。只有T1被正确识别的T2-存在试次进行进一步分析。我们测试Lag和颜色对比在击中率上的效应。根据注意瞬息效应,在Lag 3条件下(63.3%, 95% CI=[62.3, 64.3])的击中率低于Lag 7条件(80.2%, 95% CI=[78.2,82.2])。重复实验12的结果,在混合比条件下的击中率最高。重要的是,结果表明与绿色对比条件相比,母语为俄语的人在蓝色对比条件下的表现更好,证实了预测的类别知觉效应。Lag和颜色对比的交互作用不显著,不纳入交互作用没有减少,而是增加了模型的拟合(ΔAIC = −3, ΔBIC= −19)。与实验1相同,为了确定类别知觉效应的存在,尤其是Lag 3条件,我们将颜色对比嵌入Lag中,再次计算了二项式GLMM。结果表明蓝色对比条件(62.5%)比绿色对比条件(59.6%, b =0.138, z = 2.958, p = 0.003)的击中率更高,混合对比条件比蓝色对比条件的击中率更高(67.8%, b =0.284, z = 5.951, p < 0.001),确认了预测模式。因此,所有的预测都得到了证实。

为了检验颜色对比对注意瞬脱效应的影响的跨语言差异,我们用语言这一因素对实验1-3的击中率进行了分析。为此目的,母语为希腊语和俄语的人明确区分浅蓝色和深蓝色,他们被分为一组,并与德语的人一起分析。因为包括交互项在内的模型未能收敛,因此最后的GLMM只将因子Lag作为主效应。这种混合对比有利于两种语言组的表现,这由混合和蓝色对比的主效应差异所证实。完成行为结果图后,语言×颜色对比(蓝色vs. 绿色)的交互作用显示蓝色对比有利于希腊语和俄语组的表现。

讨论:

实验3重复了实验1的结果,实验对象是不同的被试群体(母语为俄语的人)。这说明了对视觉意识的类别知觉的行为结果鲁棒性。对于浅蓝色和深蓝色有两个基本术语,这一现象增加了在包含这种对比的注意瞬脱范式中知觉目标刺激的机会。

结论:

我们通过描述一种新的现象来扩展语言与知觉之间的关系:母语可以影响我们是否能有意识地知觉刺激。这种效应背后的可能机制是知觉空间的语言扭曲,它使得大脑自上向下的调节加工过程,从而导致意识知觉。

 

Maier, M., & Rahman, R. A.(2018). Native Language Promotes Access to Visual Consciousness. PsychologicalScience, 9:1-16.

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