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[doc] 出声阅读中语音通达的双通路模型

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[doc] 出声阅读中语音通达的双通路模型[doc] 出声阅读中语音通达的双通路模型 出声阅读中语音通达的双通路模型 生物物理第二十二卷 ACTABIoPHYSICASINICA 第五期二00六年十月 V01.22No.5Oct.2(1o6 出声阅读中语音通达的双通路模型 毕鸿燕,翁旭初 (中国科学院心理研究所,脑与认知科学国家重点实验室,北京100101) 摘要:双通路模型理论认为语音的通达存在两条通路,即词典通路和非词典通路.该理论不仅可以解释大量 正常人的阅读现象,比如频率效应,规则性效应等,而且得到了许多来自失语症病人资料的支持,比如表层失...
[doc] 出声阅读中语音通达的双通路模型
[doc] 出声阅读中语音通达的双通路模型 出声阅读中语音通达的双通路模型 生物物理第二十二卷 ACTABIoPHYSICASINICA 第五期二00六年十月 V01.22No.5Oct.2(1o6 出声阅读中语音通达的双通路模型 毕鸿燕,翁旭初 (中国科学院心理研究所,脑与认知科学国家重点实验室,北京100101) 摘要:双通路模型理论认为语音的通达存在两条通路,即词典通路和非词典通路.该理论不仅可以解释大量 正常人的阅读现象,比如频率效应,规则性效应等,而且得到了许多来自失语症病人资料的支持,比如表层失 语,语音性失语等.双通路模型成功地实现了计算化,目前研究者们已经开始从脑加工机制方面对双通路模型进 行检验该文系统论述了双通路模型理论的发展过程及目前发展状况和趋势. 关键词:双通路模型;词典通路;非词典通路;双通路瀑布式模型 中图分类号:B842 0引言 语言是一种社会现象,是音,义结合的一种符 号系统.虽然在某些阅读过程(如默读过程)中, 语音的通达不具有核心作用,但是在出声阅读过程 中,语音的提取和通达则是必需的.在儿童发展过 程中,出声阅读对认知发展起着重要作用,儿童的 语言发展是从外部语言向内部语言发展的,即从出 声向默声发展.成人在阅读文字材料时,尤其是不 熟悉的文字材料时,经常会出现出声阅读.可见, 人们往往借助出声阅读达到语言的理解,而出声阅 读的关键在于提取语音.那么,从字形到语音是怎 样通达的?关于语音通达的过程和特点的研究一直 是心理语言学的一’个重要研究课题.其中双通路模 型(dualroutemode1)是一种关于语音通达的重 要理论. 传统的双通路模型及挑战 1.1传统的双通路模型 传统的双通路理论认为语音的通达存在两条通 路——词典通路和非词典通路].真词以词条的 形式存储于心理词典中,阅读时通过词典通路提取 语音;可发音的字符串(如假词)通过非词典通路 (letter—to—soundruleprocedure)提取语音.所 以,词典通路可以对真词给出正确的语音输出,但 对非词没有输山;非词典通路对规则词,非词能给 出正确的语音输出,对不规则词给出错误的语音输 山.许多来自失语症的研究表明确实存在两种不同 类型的失语[6-9]:表层失语,命名非词和规则词的 能力显着好于命名不规则词的能力,似乎表明词典 通路受损,非词典通路完好;语音性失语,命名真 词的能力显着好于命名非词的能力,似乎表明非词 典通路受损,词典通路保持完好.双通路理论一直 将此研究作为支持语音的双通路加工的有力证据. 1.2传统双通路模型遇到的挑战 虽然传统双通路模型可以解释不少实验现象, 但是,对它的挑战却一直存在.挑战之一来自类比 的观点po,11].类比的观点认为,非词可以通过与词 的类比获得语音输出,即非词阅读可以通过激活心 理词典中正字法相似的真词词条而获得语音.支持 者在实验中发现,有许多正字法相近词的非词的命 名时间短,于是,他们认为非词的阅读并不完全是 非词典通路的,并不完全依据明确的规则.这种类 比可以是”词典的”,而不完全是”非词典的”.也 就是说,一个词或非词的读音受到其邻近词的知识 的影响,在词典通路中,通过与形态相似的访J汇之 间的类比可以得到非词的读音,词典通路也可以给 出非词的语音输出. 挑战之二来自并行分布加工模型(paralleldis— tributedprocessing,PDP)【控].PDP模型认为不存 在心理词典,也不存在词条的表征,模型中存在的 是一系列单元——结点,结点以分布表征的方式表 收稿日期:2006—03—21 基金项目:国家自然科学基金项目(30425008) 通讯作者:鸿燕 E—mail:bihy@psych.accll 326牛物物理2006正 征词汇的形,音,义信息.PDP模型假设,阅读 单词时包括种编码方式的计算:字母的,语音的 和语义的.单词的语音加工是从字母串的呈现开始 的,形态输入信息激活模型中相关的形态表征结 点.由于分布表征的特点,被激活的相关形态表征 结点不仅表征了当前的输入刺激,同时,也表征了 与当前输入刺激形态相似的其他词汇的知识,这些 词汇的语音表征结点进而被激活.在PDP模型中, 语音信息的计算决定于结点之间的联结强度,而结 点之问的联结强度决定于项目出现的次数,即学习 与使用频率. 在词汇语音获得的问题上,PDP模型与双通 路模型最重要的区别是:双通路模型强调通过两条 通路达到刺激的语音,读者可以选择不同的通路达 到语音;而PDP模型假设读者对词或非词的读音 获得使用同一条语音加工的通路——通过结点的联 结计算而得到语音.虽然Seidenberg和McClellandtin 也曾在文章中写道”我们的模型也是一个双通路模 型,但是它和以前模型的执行方式不同”,他们认 为,在PDP模型中除了有正字法输入系统到语音 输出系统的通路外,还有从正字法输入系统经由语 义再到语音系统的通路.然而,Coltheart等I13】并不 认为PDP模型是一种双通路模型,因为它和双通 路模型的定义不同,双通路模型主要是区分出词典 通路和非词典通路两条通路,而不是语义通路和非 语义通路. 2双通路模型的发展 2.1双通路瀑布式模型 Coltheart等【3]提出了一个”阅读的双通路瀑布 式模型(ADualRouteCascadedModel,DRC), 对传统的双通路模型进行了修正和完善. 双通路瀑布式模型认为,从视觉刺激获得语音 输出的通道有三条:一条通路是视觉输入系统一语 义系统一语音输出系统一音素系统,这一通路的实 质是通过词典中的语义获得语音;第二条通路是视 觉输入系统__+语音输山系统__+音素系统,这一通路 的实质在于视觉刺激激活词典中的视觉信息,从而 直接激活与之相连的词典中的语音信息,因此获得 语音.通路一和通路二的实质都是词典通路,外来 的视觉刺激激活词典中的视觉信息,进而或直接激 活语音信息,或通过语义信息激活语音信息.通路 二是非词典通路,形态刺激直接通过亚词汇水平的 形.音对应规则(grapheme.phonemecorrespon dences,GPCs)获得语音,并直接将语音输送至语 音缓冲器.这一通路完全不需要词典的信息,借助 拼音文字所特有的形.音对应规则即可获得_f5面刺 激的语音. 双通路瀑布式模型更加完善,对传统双通路模 型没有回答或不能回答的问题可以做出进一步的解 释. 首先,传统的双通路模型没有说明词典通路的 工作方式,即从字形到字音是一条直接的通路,还 是非直接的,通过语义中介的?双通路瀑布式模型 认为,词典通路有两条不同的分支,一条是直接 的,一条是语义中介的. Coltheart等人]认为,这种模型不应被称为三 通路模型,因为模型还是基于词汇阅读和非词汇阅 读的基本差别而建立的,这是关于阅读的所有双通 路模型的基本特性,也正是PDP模型所不具有的. 其次,从字母.音素对应规则(1etterto.sound rule)到词形,音素对应规则(grapheme.to. phonemerule).在英语中,字母和音素的对应关 系不完全是一对一的,经常是多个字母对应一个音 素,即宁母组合的发音经常一致.鉴于此,他们把 传统双通路模型中的非词典通路的字母.音素对应 关系修改为词形一音素规则,从而扩大了模型的解 释范围. 第三,对于规则词,不规则词,非词的语音通 达通路进行了较大的修正.DRC理论认为,在语 音通达过程中,词典通路和非词典通路都同时被部 分地激活,对于各类刺激都一样.这就表明,非词 也并不是唯一通过非词典通路而激活的.丁是,在 DRC模型中,人们也可以预期,非词的命名会因 大的正字法家族而得到促进,就像在人类读者身上 发现的.模型中的瀑布式加工允许非词象真词在正 字法词典中那样正字法式地激活,然后这种激活会 向下传到语音词典,最后到音素系统.因为一般情 况下,被非词激活的正字法单元代表的是与非词邻 近的真词,这些真词一般和非词有许多共同的音 素,从词典通路产生的音素的激活,再加上正确的 非词典通路加工,就会促进非词的命名. 对于真词,这种家族效应更多地表现在低频单 词的阅读中,邻近词多的比少的反应时短. 2.2双通路瀑布式模型的计算机模拟 Coltheart等人和Seidenberg等人的观点一致, 他们都承认,任何一个认知模型都应该是计算的, 第5期出声阅读中语音通达的双通路模型327 都应该可以很好地说明认知技能的获得过程,而不 仅仅是简单地勾画}}{成熟技能的认知特点.于是, 2001年,Coltheart等[14]对”双通路瀑布式模型” 实现了计算化,并且模拟了大量的现象,而且,他 们认为,DRC模型是现存的关于阅读的最成功的 计算模型. 在模型实现计算化的过程中,他们认为有三个 因素影响一个单元随时问变化的激活程度,它们分 别是:单元的先前激活水平,这种激活的衰减速 度,从其它单元到该单元激活传递的网络.可以用 下面的表达: (+?)=【f)一(())+()×a,如0nrate) 其中,ai代表单元目前的激活,是一个控制 激活衰减水平的参数,『(f)代表到该单元的网络激 活输入.对于每一项又有具体的计算公式,而且, 在不I的任务中有不同的参数?. 2.2.1DRC模型的一般特征 首先,模型包括二条通路:词典语义通路,词 典非语义通路和GPC通路.每条通路都是由许多 相互作用的层次组成.这些层次中包括许多单元 (unit),它们表征模型的最小的单个符号部分,比 如,正字法词典中的单词或字母单元层中的字母 等. 其次,不同层的单元的相互作用有两种方式, 一 种是抑制,即一个单元的激活使其他单元的激活 更加困难.另一种是兴奋,即一个单元的激活促进 了其他单元的激活.单元之间也可以通过横向的抑 制在同一水平上相互作用. 有位置特定性(position—specific)编码的层, 比如,特征层(featurelayer),字母层(1etterlay- er),音素层(phonemelayer)是由不同的单元子 集组成,一个子集对应一个输入串或输出串的特定 位置.其中的横向抑制仅发生在位置特定的单元子 集内部,而不发生在它们之间. 正字法词典中的单元不是位置特定的,每…个 单元都抑制了其他所有的单元,这与语音词典中的 单元是一样的.对于每一个正字法词汇单元,在语 音词典中有一个相应的语音词汇单元.异形同音的 词(如SO和sew)在正字法词典中有不同的单元, 但在语音词典中有共同的单元.同形异声的词(如 lead)在正字法词典中有一个单一的单元,但在语 音词典中有不同的单元对应它的每一种发音. 2.2.2DRC模型的运行 DRC模型对输入视觉刺激进行加工的词典通 路和非词典通路在激活方式上存在着本质的不同. 首先,字母的特征并行激活字母单元,即并行 通过所有的字母位置:然后,分成两条通路,在词 典通路中,这些字母激活正字法词典中的单词,再 激活相应的语音词典中的单词,最后,激活音素系 统.两条通路在激活最后音素时是不I叫的,词典通 路是并行激活的,而非词典通路通过GPC系统从 字母到音素的激活是从左到右系列加1二的.这使两 条通路的运行机制发生了本质上的不同. 2.2.3阈值的还是瀑布式的加丁 在单词产生器模型(1ogogenmodels)中,任 何一个模块的加工在早期不会影响随后模块的加 工,只有在早期的模块达到闽值以后,激活才会传 到下一个模块,这就是阈值加工方式(thresholded processing).另外一种加工方式就是瀑布式加工 (cascadedprocessing).在执行瀑布式加丁的系统 中,模块中没有闽值,只要在早期或前面的模块中 有甚至是最轻微的激活,它也会向下面的模块流 动. 模型应该是阈值的还是瀑布的是一个不町回避 的问题. Coltheart等[13】特别关注了有关阅读的一些结 果.假定模型的加工足阈值的,那么,当要读山非 词时,在正字法词典中没有条目会达到阈值,于 是,在这个词典中就没有信息被激活,也不会进一 步影响下面的语音加工.这就意味着没有词汇会影 响非词的语音输出.然而,Glushko[1o],Kay和 Marcel[,Rossono61及其他的一些研究者报告词典 通路会影响非词的阅读,这与阈值模型不一致,也 正是Coltheart等将瀑布式的运行方式赋予DRC模 型的原因. 随后Peereman和ContentEl_7J,Job,Peressotti 和CusinatooB]为词典通路的瀑布式加工提供了进一 步的强有力的证据.他们认为,当以视觉呈现非词 的字母串时,在阅读过程中,对与这个字母串正字 法邻近词的充分激活影响了非词语音的计算. 3相关研究及进展 双通路瀑布式模型吸引了众多的研究者,人们 从不同角度,在不同语言体系中进行检验,至今围 绕该理论的研究仍然兴盛不衰. Perry等人[19]从德语和英语的词K效应出发, 考察了关于阅读的两个计算模型,双通路瀑布式模 328生物物理2006釜 型和联结主义模型.结果表明,双通路瀑布模型成 功地预期了跨语言的差异.相比之下,联结主义模 型则正好做出了相反的预期:英语比德语的词长效 应更大.从而从跨文化研究的角度支持了双通路瀑 布式模型.随后PerrytZ~lX:il~过对单词拼读过程中 启动效应的研究发现,真词对假词的阅读具有很强 的启动效应,即使在启动词和目标词之间有一个或 两个干扰刺激,而且这种启动效应不受干扰刺激类 型(真词或假词)的影响.进而作者认为,这种效 应最可能的解释与双通路模型理论是一致的,即启 动了人们用以拼读假词的形音对应规则. Ho[21]考察了汉语阅读无能学生的机制.在研 究中使用了Castles和Coltheart[~]的回归模型和汉 字特征的规则性,以检验在汉字正字法中阅读的双 通路模型的存在.结果表明,在汉字阅读中观察到 了双通路模型并发现了表层和语音阅读障碍的阅读 模式.从而支持了双通路瀑布式模型.但是,由于 汉语不是拼音文字,没有形音对应规则,所以,一 般认为汉语加工不存在非词典(即GPC)通路. 然而,许多研究者发现了汉字加工中的”亚词汇” 效应.虽然有研究者提出过汉字认知的加工模型, 但目前汉字阅读的模型还在发展中,没有大家公认 的,权威的模型. Owen[9a]在研究中发现双通路模型虽然可以说 明从正字法到语音的加工,但其结果反映了正字法 加工对语音加工更强的影响.于是,他认为,双通 路模型应该在正字法和语音联接通路上增加权重. Besner等人【研究发现,虽然双通路模型可以 模拟假词命名的词长效应,因为该模型假定非词典 通路是从左到右的系列加工.但是,进一步的计算 模拟和人类真实操作的比较研究显示,模型中非词 典通路对人类数据的说明是有局限性的.于是作者 对该通路进行了补充修正,把阈限的概念引入非词 典通路,从而使该模型的解释范围进一步扩大. Reynolds等[25】通过对成熟阅读者和DRC模型 模拟在命名实验中家族效应,单词频率和拼读规则 性效应的比较,发现DRC模型的模拟结果和成熟 阅读者的表现不完全一致,有相同之处,也有不同 之处,于是,他们把”反馈机制”引进模型,即从 语义和词汇水平都存在到字母水平的反馈,另外, 这种反馈是受情境控制(contextuallycontrolled) 的.基于这一点,他们把阈限和反馈都看作是可以 进行参数调整的,是对情境或上下文(context)敏 感的,而非固定的.所以,他们认为DRC模型需 要修改. Niswander等_26l通过两个眼动实验分别研究了 在句子阅读中单词词根频率和整词频率的作用,在 两个实验中均控制了词的前缀(一样),而操纵了 词长.结果发现,词根频率效应主要表现在长单词 中,而整词频率效应主要表现在短单词中.他们运 用不同的模型对数据进行分析,最后提出双通路模 型是其数据的最好解释. 虽然支持双通路模型的实验很多,但不支持该 理论的研究也存在.Marcus等『27l提出德语的复数 系统可以支持双通路模型,但是Hahn等通过计 算模拟和实验数据发现,单一通路更适合解释德语 的语音通达.Ziegler等的研究发现,由于法语比 英语有更规则的拼写和读音对应关系,所以在实验 中,规则效应在法语高频和低频单词中都获得了很 好的体现.于是,他们进一步进行计算机模拟,结 果表明双通路瀑布式模型不能很好地说明法语的语 音激活模式. 随着RT技术的引入,人们开始从大脑活动 特点入手考察双通路模型,从脑生理机制角度分析 双通路模型存在的可能性. Fiebach等人【则用tMRI技术考察了词汇判断任 务中高低频词和假词,12名被试,年龄2O31岁. 结果强烈地支持视觉词加工的双通路模型.真词 和假词比较,双侧的颞枕结合部,左侧颞中回后 部,在正字法的知觉对象到视觉单词表征的映射中 起作用.低频词和假词在左侧额下回岛盖部 (BA44)的上部,脑岛前部,丘脑和尾状核诱发的 激活大于高频词,由此,他们推测这些脑区和形音 转换有关.左侧额中回的j角部(BA45)仅在低频 词中被激活,可以假定这部分区域和词汇选择有 关.从脑神经机制角度支持了双通路模型. Jobard等人【】对近十年来35篇脑成像的结果 进行元分析以检验阅读的双通路模型,结果首先显 示,在真词和假词阅读中没有显着差异的脑激活 区,表明单词和符合正字法的假词通达在脑区激活 是一样的,都在大脑左侧颞顶接合部(人们称之为 视觉单词词形加工区的部位——visualwordform area,简称VWFA),这种结果也表明双通路之 一 —— 单词通达的专门脑区的存在;而形音转换似 乎发生在左脑的诸如颞上部,缘上回和额下回的岛 盖部等脑结构,其中后两个区域反映了这种通达中 较大的工作记忆负荷.词汇语义通路产生于 VWFA和语音区域的共同激活,其中语义区域包 第5划出声阅读中语音通达的双通路模型329 括颞下同基底部,颞中回后部和额下回的二角部. 这些结果支持用双通路理论来解释和说明非病人阅 读的脑激活. Heim等人]用磁共振技术研究,在视觉呈现 真词和假词条件下的词汇判断任务和语音判断任务 中的脑区激活情况,发现Broca区(即大脑左半球 BA44区和45区)在加工假词时激活强于真词: 如果把词汇判断任务和语音判断任务分开分析,则 左侧BA44区在两项任务中都有激活,而左侧 BA45区只在词汇判断任务中被激活.这些结果表 明,左脑BA44区主要参与形音转换,而BA45区 则与词汇搜索有关,从而支持了双通路模型. 可见,从双通路模型提出至今,在模型的不断 完善过程中,经历了各种实验的检验,可以说,到 目前为止,双通路瀑布式模型已经在关于拼音文字 阅读的模型中占据了绝对优势,有大量的研究支持 这一理论模型,不论是行为学水平的还是认知神经 科学水平的.目前有关双通路模型研究的趋势是: 形音对应规则与英文有差异(要么更规则,比如法 语;要么更不规则,比如汉语)的语言中,其阅读 过程中语音的通达是否符合双模型瀑布式模型的预 期.同时,运用新的神经生理学的研究手段,比如 ERP,tMRI等技术对这一模型的神经基础进行探 查 性 性 一 方面,进一步探查区分两条神经通路的可行 另一方面,考察不同语种脑神经基础的一致 这也是本模型进…步发展的一个关键问题. Tan等人[33】通过对l9篇有关阅读过程中语音加工 的脑成像文章的元分析(6篇是汉字阅读的,13篇 是拼音文字阅读的)发现,这些研究在每种语言文 字系统内部具有高度一致性,而在两种语言文字系 统之间存在着显着的差异性.和汉字语音加工有关 的脑区涉及四部分:左侧额叶的背侧面(BA9): 左侧项下小叶的背部;双侧颞枕结合部的腹侧,包 括梭状回和枕回中部:左侧额前系统腹侧,包括了 额下回的上部.而拼音文字的语音加工区有三个: 左侧额前系统腹侧,包括了额下回的上部;左侧顶 颞结合部的背侧,包括颞中回,颞上回和下项叶皮 层的腹侧即缘上回区域;左侧颞枕结合部的腹侧. 于是,作者得出结论:阅读过程中语音加工具有一 些跨语言的人类共同的认知加工过程和神经解剖基 础,但是,南于阅读是一种后天习得的技能,受语 言文字系统的影响,这导致不同语言系统语音加工 的脑神经机制有差异.显然,这方面的研究还有待 于进一步深入. 参考文献: 【1】BaronJ,StrawsonC.Useoforthographicandword-specific knowledgeinreadingwordsaloud,JournalofExperimental Psychology:HumanPerceptionandPe咖r不?e,1976,2(3): 386~393 [2]ColtheartM.LexicalaCCessinsimplereadingtasks.In: UnderwoodG.Strategiesofinformationprocessing.San Diego,CA:AcademicPress,1978.151~216 [3]ColtheartM,Cognitiveneuropsychologyandthestudyof reading.In:PosnerMI,MatinOSM.Attentionandperfor- manceXI.Hillsdale,NJ:Erlbaum.1985,337 [4】CoslettHB.Readbutnotwrite”idea”:evidencefora thirdreadingmechanism.BrainandLanguage,1991,40(4): 4250-443 [5]PattersonKE,MortonJ,Fromorthographytophonology:an attemptatanoldinterpretation.In:PattersonKE,Marshall JC,ColtheartM.Surfacedyslexia:neuropsychologicaland cognitivestudiesofphonologicalreading.Hillsdale,NJ:Erl? baum,1985.335-359 【6】MarshallJC,NewcombeFPatternsofparalexia:apsycholin- gnisticapproach.JourndofPsycholinguisticResearch,1973, 2(3):175~199 【7]PattersonK,MarshallJC,ColtheartM,Surfacedyslexia:neu— ropsychologicandcognitivestudiesofphonologicalreading. 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KeyWords:Dualroutemodel;Lexicalroute;Non.1exicalroute;Dualroutecascadedmodel ThisworkwassupportedbyagrantfromTheNationalNaturalSciencesFound ationofChina(30425008) Reeelred:Mar21,2006 Correspodingauthor:BIHong—yan,E—mail:bihy@psychac.ca
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