阅读障碍儿童的形音捆绑缺陷及其脑神经机制
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会议讲座：
会议
时 间：
2020.09.23
形 式：
在线
人 数：
待定
阅读障碍儿童的形音捆绑缺陷及其脑神经机制
摘 要：形音捆绑缺陷研究是国内外阅读障碍研究领域的一个新方向。本文阐述了形音捆绑加工的理论与定义，综述了国内外研究者经常采用的三种形音捆绑的研究范式：配对联想学习、变化检测范式和线索回忆任务，介绍并分析了各研究范式的优缺点、适用范围及主要研究发现。同时，综述与评价了国内外有关阅读障碍形音捆绑缺陷的脑机制研究的主要结论及不足。最后，本文讨论了现有研究在实验设计和理论上的贡献与不足，提出了今后的研究方向和改进建议。
发展性阅读障碍（developmental dyslexia）是一种常见于学龄儿童的学习障碍，不同地区的患病率为 5%-15% 不等（Aravena, Snellings, Tijms, & van der Molen, 2013；Vellutino, Fletcher, Snowling, & Scanlon, 2004）。作为一种持久性缺陷，发展性阅读障碍对个体认知、情感、自我意识以及社会性发展等方面都会产生重大影响（白丽茹 , 2009）。近年来，研究者们尝试从行为、大脑和基因等多种途径来解释阅读障碍的发病机制，但并没有得出一致的结论。不过，大多数研究认为语音意识缺陷是导致阅读障碍的重要原因之一（Goswami, Ziegler, & Richardson，2005）。语音意识缺陷理论认为，正确的形音捆绑是阅读字母语言的基础，语音障碍阻碍了正确的形音捆绑的建立，进而导致了不流利的字词识别（Aravena et al.，2013）。语音意识缺陷只是阅读障碍的一种行为表现形式，其潜在的机制在于更基本的认知加工过程缺陷。那么这个更加基本的认知加工过程是什么？如何解释语音意识的落后？目前，形音捆绑缺陷正在成为一个有价值的、值得关注的研究方向。 在工作记忆特征捆绑研究中，捆绑（binding）是指个体通过对客体特征的整合创造出的一个独立的复合单元（Brockmole & Franconeri, 2009）。阅读的基本过程是将字母和词变换为语音编码，以使符号和声音得以配对。阅读障碍中的形音捆绑（graphemes-phonemes binding，或orthographic-phonological binding）指的是在将字词转换为语音编码的阅读过程中，将单通道的视觉特征和单通道的听觉特征跨通道整合成一个新的视听复合单元 (Blomert, 2011)。阅读障碍个体在单独视觉特征的整合、听觉特征的整合以及视 - 听跨通道的整合上的一个或多个缺损，都有可能导致其形音捆绑的落后，从而出现阅读障碍。 目前，拼音文字系统下有一些证据表明形音捆绑落后是阅读障碍的重要原因。Warmington 和Hulme（2012）发现，阅读障碍缺陷与形-音捆绑相关，与形-形单通道无关。这提示我们阅读障碍个体的核心缺陷是跨通道信息联结困难，而并非加工视觉或语音特征本身能力的缺失（Messbauer & de Jong, 2003）。跨通道的形音捆绑加工缺陷更强调视觉和语音特征的双通道记忆同时输入后，字形和语音之间的匹配关系没有正确建立或者建立失败，导致了个体在阅读时语音无法输出。对字母-发音整合的电生理和脑成像研究发现，阅读障碍群体早期的阅读失败可能与加工字母和语音脑区之间的捆绑障碍有关（Blomert, 2011）。有关形音捆绑的脑成像和ERP研究也发现了这一点（Blau, van Atteveldt, Ekkebus, Goebel, & Blomert, 2009; Blau et al., 2010; Froyen, Willems, & Blomert, 2011）。也有研究表明，对视觉刺激和语音标签进行捆绑的能力可以显著预测个体的阅读能力（Hulme, Goetz, Gooch, Adams, & Snowling, 2007）。 汉字的识记是对形和音进行捆绑记忆的过程，涉及视觉和听觉两个通道信息的加工和捆绑 ( 刘议泽 , 李燕 , 刘翔平 , 2014; 刘议泽 , 李燕 , 刘翔平 , 谭雅倩 , 2014)。由于汉语中一个视觉字符对应一个单音节发音，两者连结缺少严格的正字法，具有随意性和强制性，所以对形音捆绑及其工作记忆具有更高的要求，要求儿童必须具备熟练的、自动化的形音捆绑能力。有研究表明，汉语阅读障碍儿童存在形音捆绑能力的落后（李虹，舒华，2009；Li, Shu, McBride-Chang, Liu, & Xue, 2009）。 目前阅读障碍形音捆绑研究的实验范式主要有三种：配对联想学习（PAL, pair association learning），变化检测范式（CDT，change detection task）和线索回忆任务（CRT，cue recall task）。下面将对这三种研究范式进行介绍，并对运用这三个范式得到的相关成果进行总结。 阅读障碍形音捆绑缺陷的主要研究范式中最广泛使用的是 PAL 范式（Chow, 2014；Litt & Nation, 2014）。PAL包括三种类型：形- 形PAL，音- 音PAL和形- 音PAL。每种类型从学习能力的视角探讨阅读障碍儿童如何进行字形/字音的单通道加工和字形字音捆绑的跨通道加工，而后在反应阶段要求儿童反馈学习结果。在形-形 PAL 条件下，儿童被要求去学习两个视觉刺激（如图片）的配对；在音-音PAL条件下，儿童被要求学习两个听觉刺激（如字音）的配对；在形- 音PAL 条件下，儿童被要求同时学习两个视听刺激（如图片- 字音）之间的配对。阅读障碍儿童和控制组儿童在充分学习这三种类型后，测验阶段将同时呈现学习阶段出现过的若干视觉或语音刺激，儿童需要回答主试随机抽取到的某一刺激与之相对应的另一刺激。研究表明，阅读能力依赖于配对联想中的跨通道而非单通道，即形-形PAL 和音- 音PAL与阅读能力无关，而形-音PAL与阅读能力有关 (Hulme et al., 2007)。PAL任务也被认为是能够有效鉴别阅读障碍和非阅读障碍群体的工具 (Messbauer & de Jong, 2003)。然而，PAL任务作为一个指示被试反应的典型任务，并没有揭示出被试跨通道形音捆绑的深层加工。原因在于，形- 形PAL和音- 音PAL都属于形音捆绑中的某一单通道捆绑加工，无法直接与形- 音PAL中的双通道捆绑加工进行比较。 变化检测范式（CDT）是工作记忆特征捆绑研究中的常用范式，近年来，越来越多的阅读障碍研究者将其应用到形音跨通道捆绑加工研究当中（Blomert & Vaessen, 2009；Garcia, Mammarella, Tripodi, & Cornoldi, 2014）。变化检测范式的基本程序是先后呈现两帧刺激，每帧刺激有若干个固定项目，第2帧刺激可能与第1帧刺激完全相同或不同（Jones, Branigan, Parra, & Logie, 2013）。形音捆绑变化检测范式包括三种类型：视觉记忆单通道，语音记忆单通道和捆绑记忆跨通道。被试在无线索指导下分别进行判断：视觉特征、语音特征和视觉语音捆绑特征的呈现是否发生了变化。以 Jones 等人（2013）研究为例，在视觉记忆单通道条件，学习阶段给被试依次呈现6个图形，测验阶段则呈现完全相同或不同的6 个图形，为了与捆绑记忆通道一致，有一个固定的语音刺激会一直出现，被试只需判断视觉特征是否发生变化；在听觉记忆单通道条件，学习阶段给被试依次呈现6个无语义字音，测验阶段则呈现完全相同或不同的6 个字音，为了与捆绑记忆通道一致，有一个固定的视觉刺激会一直出现，被试只需判断语音特征是否发生变化；在捆绑记忆跨通道条件，学习阶段给被试依次呈现3组图形-字音，第二帧刺激中则呈现完全相同或不同的3组图形- 字音，被试需要判断视觉和语音捆绑特征是否发生互换。在视觉图形 -语音交换条件下，图形和语音在任务刺激中出现过，唯一变化的是它们之间的对应关系。如果能建立正确、牢固的形 -音捆绑，会判断为“否”；如果无法建立形-音捆绑，很可能会判断为“是”。CDT 的优点在于从工作记忆特征捆绑的角度，将单通道和跨通道比较时的项目数和特征数统一，减少了形音捆绑研究中无关变量的影响。 CDT范式与PAL范式的区分主要在于 : PAL中的形-形PAL同时捆绑的是两个视觉符号刺激，音-音PAL同时捆绑的是两个听觉语音刺激，然后用儿童在这两个条件上的表现与形-音PAL上的表现进行比较；而在CDT范式中，为了单通道记忆条件与跨通道捆绑记忆条件一致，视觉单通道中采用一致的语音刺激进行掩蔽，听觉单通道中采用一致的视觉刺激进行掩蔽，同时为了保证捆绑记忆条件与单通道记忆条件在特征数上相同而减少了项目数。 汉语阅读障碍的形音捆绑研究尽管采用了CDT的基本程序，但是依然沿袭了PAL的呈现方式。这种跨通道记忆条件不一致的情况有可能成为研究结论无法形成定论的混淆因素。正因为汉语阅读障碍形音捆绑研究中采用的CDT范式并不满足单通道与跨通道在捆绑特征和项目数上一致的前提条件，研究设计的本质与PAL范式并无差异，因此其实验方法有待改进，研究结论还有待进一步验证。 线索回忆任务多与CDT结合应用在工作记忆视觉特征捆绑研究中。变化知盲效应表明，对任一视觉场景，我们在工作记忆中只保持其中非常有限的部分信息（禤宇明，傅小兰 , 2005）。同样地，运用变化检测范式可能带来变化知盲效应，儿童无法从短暂的形音捆绑建立中同时存储视觉和语音两个特征，保持的信息有可能来自视觉也有可能来自语音。线索回忆任务比起变化检测范式包含了更明确的恢复线索且不包含项目的再次呈现（Jones et al., 2013）。 CRT与CDT在程序上的相同之处是，学习阶段所用的视觉记忆单通道条件、语音记忆单通道条件和捆绑跨通道条件是一致的。唯一的区别在于，线索回忆范式在测验阶段，给被试提供一个帮助记忆的线索，以便其正确回忆单个的视觉刺激、语音刺激或者复合的捆绑刺激。在CRT任务中，被试需要直接根据恢复线索，口头回忆出学习阶段的捆绑刺激。若正确回忆，则说明短期工作记忆当中的形音捆绑得到建立，反之则没有。Jones 等人（2013）的研究则通过线索回忆任务验证了位置信息的作用，研究表明，位置信息的有效使用作为一个恢复线索，可能是有效产生跨通道捆绑的关键机制。线索回忆范式的优势在于，它既为变化检测范式对形音捆绑提供的直接证据进行了验证，又为今后阅读障碍形音捆绑研究的干预提供了可能。 综上，变化检测范式在尽可能地靠近配对联想学习任务的基础上发挥出更多的优势，和线索回忆任务的结合使用将成为研究阅读障碍形音捆绑认知过程的有力工具。 拼音文字系统中的大量阅读障碍形音捆绑研究的直接证据主要出现在fMRI研究中，国内对阅读障碍儿童的脑神经机制研究还是停留在语音落后上。 拼音文字语言系统下对阅读障碍形音捆绑的神经机制的基本研究视角 是在fMRI中报告被操作的字母-声音配对的一致性。研究者们一般通过设置视觉单通道，听觉单通道，视听跨通道一致，视听跨通道不一致四种条件来研究阅读障碍的形音捆绑。在视/听觉单通道中呈现单一的视/听觉刺激；在视听跨通道一致中呈现相匹配的字音-语音刺激，表明正确的形音捆绑建立条件；在视听跨通道不一致中呈现不匹配的字音-语音刺激，表明形音捆绑未能建立条件。研究表明，早期的 MEG（magneto-encephalographic）研究发现形音整合网络仅仅出现在上级颞沟，且左侧早于右侧（Raij, Uutela, & Hari, 2000）。对于熟练的正常阅读者，通常字形和语音捆绑已经被高度学习，他们很可能自动化地进行视听阅读。颞上沟回（the superior temporal sulci, STS/STG）的活动被证明与形音捆绑的神经整合显著相关 （Blau, Van Atteveldt, Formisano, Goebel, & Blomert, 2008; Hashimoto & Sakai, 2004）。脑成像研究表明，阅读障碍儿童的 STS/STG 的活动也像成年被试一样存在异常，提示可能存在形音捆绑加工困难。在以Blau 和 Blomert 等研究者为代表的系列研究当中，在单通道和跨通道一致与不一致四种条件下，要求正常阅读障碍儿童和阅读障碍儿童同时观看字母和发音而不必执行发音任务（Blau et al., 2010; Van Atteveldt, Formisano, Goebel, & Blomert, 2004）， 结果表明，相比正常儿童，阅读障碍儿童在颞平面和颞沟上激活明显不足。在脑结构方面 , 较为一致的结论是阅读障碍者左侧颞顶区白质和灰质微结构异常（Vandermosten, Boets, Wouters, & Ghesquière, 2012）。而阅读障碍的脑结构异常与阅读障碍形音捆绑脑功能异常之间是否存在对应关系 , 还需要进一步研究。总之，拼音文字系统下，对阅读障碍形音捆绑以 STS 区域为核心的脑神经基础研究已经逐步有了相对稳定的研究成果。 国内鲜有研究关注汉语阅读障碍的认知神经机制。汉字与拼音文字存在一定区别，它们加工的神经机制和脑功能激活也可能存在差异。Tan等人对19项语音加工脑成像研究进行元分析，结果表明左脑额中回是汉语语音加工的核心（Tan, Laird, Li, & Fox, 2005）。关于脑结构的研究也发现 , 汉语阅读障碍者左侧额中回灰质体积减小 ( 魏娜 , 丁国盛 , 2009）。单纯语音加工的神经机制涉及的是阅读障碍语音加工缺陷当中的听觉单通道，与捆绑无关。而形音捆绑的神经机制涉及的是视听捆绑跨通道的脑区。那么，汉语形音捆绑加工的核心区域是否和拼音文字一样也是在STS区域呢？ 目前，无论是拼音文字还是汉语的研究，无论从行为还是脑的角度，形音捆绑研究范式已经积累了较为成熟的理论和实验。然而，目前的研究在下列方面还有待于提升。 第一，还缺少针对汉语的阅读障碍形音捆绑的语言特异性的研究。大量形音捆绑的研究都是从拼音文字下的阅读障碍研究中获得，其跨语言的一致性还有待验证。汉语的结构单元和结构方式都与拼音文字明显不同，作为一种表意和书写更加困难的文字，汉语的阅读和学习，对于形音捆绑的精确性、自动化与熟练性具有更加严格的要求。因此，应当加强本土化的研究，如研究中可结合字母和笔画部件的语言特异性，将实验范式中的一般认知图形（如图片，符号等）转化为语言文字（如字母，汉字部件）。第二，有关实验设计还要更加完善。实验范式和条件没有严格控制，导致现有的形音捆绑缺陷研究出现不一致的结果，难以形成普遍认可的结论。第三，从理论和分析的层次上，有一些重要而核心的问题还有待深入研究。是语音缺损造成了形音捆绑落后，还是形音捆绑落后影响语音的获得？如果是形音捆绑的缺陷，具体的加工过程是如何形成的？这些问题需要进一步深入研究。第四，国内要开展结合形音捆绑范式下的脑机制研究，设计有关实验任务，积累有关研究资料。 综上所述，跨通道的形音捆绑研究已经取代传统的单通道的研究范式，但是有关的具体的认知加工过程和脑机制仍然不清楚。我们相信，针对汉语阅读障碍的形音捆绑深入探讨，一定会给阅读障碍研究注入新的活力。
