颞叶前部在词汇处理中起介导关联与分类邻近效应的作用

《Cortex》：Anterior Temporal Lobe Mediates Associative and Taxonomic Neighborhood Effects in Lexical Processing

　　程潇|索菲·阿雷克斯-帕拉斯|尼古拉斯·里卡迪|卡里姆·乔哈里|鲁特维克·H·德赛 南卡罗来纳大学语言学项目 摘要：处理一个词的含义会激活与其在关联或分类上相关的若干语义邻居词。虽然先前的研究已经表明这两种类型的邻居词都会影响词汇处理，但它们背后的神经机制仍不明确，尤其是前颞叶的作用。本研究采用高密度经颅直流电刺激技术，探讨左侧前颞叶在关联性和分类性语义邻居词如何影响抽象词与具体词的词汇语义处理中的作用。42名参与者在有无左侧前颞叶刺激的情况下完成了词汇语义具体性判断任务，同时改变邻居词的数量。在真实刺激和假刺激条件下都观察到了显著的具体性促进效应，这与传统的具体性效应一致。关联性和分类性语义邻居词都会影响语义判断。关键的是，无论邻居词是按关联关系还是分类关系定义的，前颞叶刺激都会降低那些邻居词较少的词的响应速度。此外，这种邻居词效应在抽象词上更为明显，仅在抽象词中观察到了刺激与邻居词之间的显著交互作用。总体而言，这些发现强调了关联性和分类性语义邻居词在词汇语义处理中的独立作用，并表明前颞叶会调节这两种类型语义邻居词的激活，从而挑战了仅将其视为分类中枢的观点。

引言：当人们处理一个词的含义时，他们不仅会提取该词的具体语义特征，还会激活与该词相关的语义、正字法及语音邻居词（Buchanan等人，2001；Carreiras等人，1997；Grainger & Jacobs，1996；Yates等人，2004）。许多研究探讨了在各种词汇处理任务中语音和正字法邻居词的影响（Carreiras等人，1997；Vitevitch & Luce，2016；Ziegler等人，2003）。然而，由于语义邻居词本身的复杂性和丰富性，尤其是对于抽象词而言，相关研究相对较少（Reilly & Desai，2017）。语义邻居词的特征也会以多种方式影响词汇处理（Buchanan等人，2001；Reilly & Desai，2017）。

语义邻居词可以根据连接一个词与其邻居词的语义关系类型来划分。其中两种类型尤为重要：关联关系和分类关系。关联关系指的是在时间和空间上共同出现或相互作用的概念（Lin & Murphy，2001）。例如，“狗”这个词的关联邻居词可能是“骨头”，因为它们会在同一场景或事件中出现（比如狗啃骨头）。词的共同出现模式还可以体现与事件或结构中特定角色相关的主题关系（Mirman等人，2017；Whitmore等人，2004）。而分类关系则是基于概念之间的共有特征和类别相似性（McRae等人，2005）。对于“狗”这个词，其分类邻居词可能是“狼”，因为狗和狼具有四条腿、尾巴、毛发等共同特征，且同属一个类别（犬科动物）。不过，目前尚不清楚这两种类型的邻居词在词汇语义处理过程中是否会产生独立的影响。本研究通过语义判断任务，探讨关联性和分类性语义邻居词如何影响抽象词与具体词的加工过程。此处“关联”一词含义较广，因此将主题关系也归入关联关系范畴。

一个词的语义邻居词是指根据关联强度、特征重叠度以及余弦相似度等指标，在语义空间中与该词较为接近的一组其他词。聚集程度较高的词被认为拥有更密集的邻居词群，而相距较远的词则拥有较稀疏的邻居词群。关联型语义邻居词通常通过关联度量标准来测定（De Deyne等人，2019；Nelson等人，1998）。分类型语义邻居词则更难以衡量，因为它们往往依赖于手动生成的特征度量标准（McRae等人，2005），这类度量标准通常只适用于数量相对较少的具体词。另一种衡量语义邻居词的方法是基于语料库的技术（如LSA，Landauer & Dumais，1997；HAL，Lund & Burgess，1996；word2vec，Mikolov等人，2013；GloVe，Pennington等人，2014）。基于常见共现现象的语料库方法得出的邻居词估计结果中既包含关联型邻居词也包含分类型邻居词，但往往更侧重于关联型邻居词（Reilly & Desai，2017）。以往关于语义邻居词的研究大多聚焦于关联型邻居词（Riccardi等人，2024；Schwartz等人，2011；Schwen Blackett等人，2022）。

语义邻居词已被认为是词汇识别和词汇命名的重要预测因素（Buchanan等人，2001；De Deyne等人，2012；Muraki & Pexman，2024）。早期研究要么只考察关联型语义邻居词，要么只考察分类型语义邻居词，这些研究都发现语义邻居词会对词汇识别产生促进作用（Buchanan等人，2001；Pexman等人，2002；Yates等人，2003）。例如，Buchanan等人（2001）在词汇判断任务中发现，那些拥有更密集关联型邻居词群的词，比那些邻居词群较稀疏的词被更快、更准确地识别出来。Mirman和Magnuson（2008）在研究分类型语义邻居词时发现，既有促进效应也有抑制效应：当一个词有大量邻近词时，词汇处理速度会变慢（因为竞争加剧），而当一个词有大量远距离邻居词时，处理速度则会加快（因为能更快地找到正确答案）。此外，最新研究还发现，这两种类型的语义邻居词反映了语义表征的不同方面：关联型语义邻居词体现上下文和经验关系，而分类型语义邻居词则反映层次性相似性（Mirman & Magnuson，2008；Reilly & Desai，2017）。这些观察到的表征差异表明，在词汇处理中应将关联型与分类型语义邻居词视为独立的测量指标（Mirman等人，2017；Reilly & Desai，2017）。

在研究关联型与分类型语义邻居词的影响时，现有文献揭示了三个显著但存在分歧的方面。第一个方面涉及支持关联型和分类型语义关系的神经基础，尤其是前颞叶的作用。双重中枢模型（Mirman等人，2017）提出了明确的神经解剖学区分：前颞叶主要是分类中枢，而颞顶联合区/角回则是主题中枢。这一观点得到了病变-症状对应研究的支持。Schwartz等人（2011）在图片命名任务中发现了分类错误与主题错误之间的差异：患有卒中后失语症的病人若出现分类错误，其病灶多位于左侧前颞叶；而出现主题错误的病人则病灶多位于左侧颞顶联合区。此外，患有语义性痴呆的病人，由于颞叶萎缩，在词汇判断任务（Merck等人，2014）和图片匹配任务（Merck等人，2019）中虽分类知识受损，但主题知识却相对保留。不过，其他研究的结果对这一区分提出了质疑。Jackson等人（2015）发现，关联型和分类型关系可能涉及相同的神经网络，包括双侧前颞叶、后颞叶以及下额叶皮层。此外，针对慢性失语症患者的研究也表明，主题关系也在前颞叶中得到处理（Riccardi等人，2024；Schwen Blackett等人，2022），这说明前颞叶在处理主题关系和分类关系方面都起着作用。Bonni等人（2023）对健康受试者的前颞叶和颞顶联合区施加阳极经颅直流电刺激，发现前颞叶刺激主要影响分类关系的 Semantic处理，而颞顶联合区刺激则不会影响主题关联的判断。Stochel & Sandberg（2025）的fMRI研究在包含抽象词和具体词的情况下，也没有找到支持双重中枢模型（Mirman等人，2017；Schwartz等人，2011）的证据。另外，对健康受试者前颞叶进行1Hz重复经颅磁刺激，也会在不同的语义处理任务中降低反应速度（Hoffman & Crutch，2016；Jung & Ralph，2021；Pobric等人，2007，2010；Woollams等人，2017）。综合来看，这些矛盾的结果凸显出有必要进一步研究前颞叶在语义邻居词处理中的作用。值得注意的是，尽管这些研究者使用了“主题”这一术语，但其描述与本文中广义上的“关联”关系十分相似。

第二个方面的分歧在于，关联型与分类型语义邻居词的效果在具体词和抽象词之间是否存在差异（Recchia & Jones，2012；Reilly & Desai，2017）。实证研究根据邻居词类型和词的具体性不同，得出了不同的结果：Reilly和Desai（2017）发现，密集的分类型邻居词会减缓具体词的处理速度，但对抽象词没有影响；而Recchia和Jones（2012）则发现，密集的关联型邻居词有助于抽象词的处理。这些行为上的差异可以用双重编码理论（DCT）来解释（Paivio，1991，2010），该理论认为具体词同时由语言编码和视觉编码表示，而抽象词主要依靠语言编码。在双重编码理论框架下，抽象词以语言为主的表现形式可能受益于密集关联型邻居词提供的上下文支持，而具体词以感官特征为基础的表现形式则可能因密集分类型邻居词中的特征重叠和竞争而受到干扰。此外，还有独立证据表明，抽象概念和具体概念涉及部分可分离的神经系统（Bucur & Papagno，2021；Desai等人，2023；Johari等人，2021，2022；Sandberg等人，2022；Skipper-Kallal等人，2015；Wang等人，2010），并且由不同的底层语义网络支撑（Diveica等人，2025a；Stochel & Sandberg，2025）。这些矛盾的发现，再加上已观察到的表征差异，表明语义邻居词的效果可能不会在所有词类中都保持一致。因此，目前尚不清楚所观察到的实证差异（Recchia & Jones，2012；Reilly & Desai，2017）是由于邻居词类型（关联型或分类型）、词的具体性（具体词与抽象词），还是二者之间的交互作用所致。另外，当使用关联关系而非基于相似性的关系来探测语义知识时，前颞叶功能受损的受试者仍表现出明显的具体性效应（Hoffman, Jones等人，2013）；不过，这项研究并未设置抽象词相似性条件。更广泛地说，以往的研究很少在同一项研究中同时考察关联型与分类型语义邻居词在具体词和抽象词上的差异，通常只研究一种类型的邻居词或仅限于分析某一种词类。本研究通过同时考虑两种类型的邻居词和两种类型的词，弥补了这一不足，探讨了前颞叶刺激如何影响词汇语义处理中关联型与分类型语义邻居词的效果。

第三个方面的分歧在于语义邻居词效果的存在任务相关性。语义邻居词的效果在很大程度上取决于任务类型（Danguecan & Buchanan，2016）。隐性语义任务，如词汇判断或图片命名，往往只需基于表层词汇线索（如前缀或后缀）就能以相对浅层的语义激活来完成，而显性语义任务则需要有意识的含义评估，因此更有可能调用更深层的语义表征。以往的研究发现，语义邻居词的效果会随着语义处理深度的不同而变化。例如，一些研究者（Pexman等人，2008；Yap等人，2011）发现，对于具体词而言，由特征数量和关联词数量所体现的密集语义邻居词群能够提升词汇判断的表现，但对显性语义任务没有影响。但Muraki和Pexman（2024）发现，一个词的关联邻居词的特征对词汇判断表现的解释力度，要低于其对语义判断的解释力度。为了直接检验语义需求在邻居词效果中的作用，Danguecan和Buchanan（2016）比较了四种具有不同语义需求的任务，结果发现，只有在对抽象词进行处理时，四种任务中都 consistently出现了关联型邻居词效应，而具体词则没有。他们的发现与Crutch和Warrington（2005）提出的表征框架相吻合，该框架认为具体概念具有类别化的组织结构，而抽象词则存在于关联型神经网络中。具体词（如“狗”）通常具有较低的语义多样性，因为它们的含义在大多数语境中都相对稳定。相比之下，抽象词（如“力量”）则具有较高的语义多样性，这使得它们更具语境依赖性，也更容易受到语义需求的影晌（Hoffman, Lambon Ralph等人，2013）。

总之，行为研究表明，关联型与分类型语义邻居词都会影响词汇处理，而且这些影响会与词的具体性及任务需求相互作用。这些关联关系的神经解剖学基础尚不十分明确，尤其是ATL的作用存在诸多争议。在本研究中，我们采用高分辨率经颅直流电刺激技术，通过一项明确的语义判断任务，探究ATL在具体词与抽象词的联想语义邻域及分类语义邻域处理中的作用。作为一种非侵入性脑刺激技术，高分辨率经颅直流电刺激通过置于头皮上的电极传递微弱电流，旨在改变神经元的去极化敏感性（Quartarone等人，2006年）。多项研究表明，经颅直流电刺激能够产生即时的兴奋性和抑制性效应（例如Binney等人，2018年；Quartarone等人，2006年），从而显著调节认知过程。高分辨率经颅直流电刺激通过一系列特殊设计的较小电极提升刺激的空间分辨率。脑建模研究表明，使用该技术调控的皮质区域比传统经颅直流电刺激使用的标准双极电极配置更为集中且效果更明显（Mueller等人，2022年；Villamar等人，2013年）。此外，阳极和阴极的高分辨率经颅直流电刺激都能调节大脑活动，但其效应并不一定等同于兴奋性和抑制性效应（Garnett等人，2015年）。已有研究表明，针对ATL的阳极经颅直流电/高分辨率经颅直流电刺激能产生可靠的效果（例如Papagno等人，2021年；Ross等人，2011年）。单次20分钟的刺激后，其效应通常可持续2小时左右（Kuo等人，2013年）。直接比较显示，阳极高分辨率经颅直流电刺激相比阴极刺激能带来更明显的脑电图活动变化（Tabari等人，2024年）。因此，在本研究中，我们选择了对左侧ATL进行20分钟的阳极高分辨率经颅直流电刺激，旨在探讨提高皮质兴奋性是否会影响词汇-语义处理。由于高分辨率经颅直流电刺激的深度限制，刺激范围包括ATL的背外侧和腹外侧区域，但不包括内侧表面。ATL的侧部区域能够支持多种概念类型的语义处理（Binney等人，2016年；Hoffman等人，2015年；Lambon Ralph等人，2017年），这有助于我们明确ATL在语义邻域处理中的作用。在本研究中，我们利用语义邻域距离指标来衡量联想语义邻域和分类语义邻域。该指标用于量化目标词与其语义邻居之间的平均语义距离，数值越大表示语义邻域越稀疏，数值越小则表示语义邻域越密集。语义邻域的界定既可以基于距离阈值，也可以依据固定数量的最近邻居来确定（Buchanan等人，2001年）。为全面了解语义邻域的不同方面，我们同时采用了已在先前研究中得到验证的联想语义邻域距离和分类语义邻域距离指标（Reilly & Desai，2017年；Shaoul & Westbury，2006年）。本研究旨在探讨在具体性判断这一明确的语义判断任务中，左侧ATL在处理具有不同联想语义邻域距离和分类语义邻域距离的抽象词与具体词时的作用。虽然还有其他用于明确语义判断的任务，比如“有生命/无生命”判断，但很多这类任务并非同样适用于抽象词和具体词，或者对两者没有中性影响。我们选择具体性判断任务，是因为它对这两类词都适用。具体而言，我们假设联想语义邻域和分类语义邻域会分别独立影响抽象词和具体词的词汇-语义处理。此外，我们预计会出现显著的交互作用，即左侧ATL的刺激会同时调节联想语义邻域效应和分类语义邻域效应。同时，鉴于抽象词和具体词在表征上的差异，我们预计在左侧ATL刺激下，这两种词会表现出不同的语义邻域效应。本研究通过非侵入性脑刺激技术，探讨了词汇语义表征中联想关系和分类关系的神经基础，以及任务要求如何影响这些关系，为此专题研究做出了贡献（Diveica等人，2025b）。研究明确了与语义邻域相关的词汇-语义表征的两个维度，并表明它们是词汇概念变异性的重要来源。

参与者
共有42名健康成年人参与了本研究（72%为女性，年龄均值20.4岁，标准差1.9岁，年龄范围18-25岁）。首先，我们排除了刺激后平均阻抗超过50的参与者（1人），以及准确率低于组均值两个标准差以上的参与者（3人），最终有38名参与者参与了分析。所有参与者均为英语母语者，根据爱丁堡用手性量表评估为右利手（Oldfield，1971年），且大脑功能正常。

刺激效应
在该任务中，参与者的平均反应时间（标准差）为971毫秒（371毫秒）。假刺激条件下的平均反应时间（标准差）为947毫秒（344毫秒），而真实刺激条件下的平均反应时间（标准差）为995毫秒（396毫秒）。如图2和表3所示，与基线条件（即假刺激）相比，ATL刺激显著延长了词汇-语义判断的反应时间（B=49.25，标准误=8.61，t值=5.72，p值<0.001）。当分别分析抽象词和具体词时，刺激同样显著影响了反应时间。

讨论
在本研究中，我们利用针对左侧ATL的高分辨率经颅直流电刺激技术，探讨了在语义判断任务中，抽象词和具体词的联想语义邻域及分类语义邻域的影响。与我们的假设一致，我们发现联想语义邻域和分类语义邻域都会独立影响词汇-语义处理。此外，我们还证实了左侧ATL刺激会调节词汇-语义处理中的这两种语义邻域效应的假设。正如我们所预测的那样……

结论
研究结果表明，联想语义邻域和分类语义邻域在词汇-语义处理中具有不同的作用，而左侧ATL刺激会影响这两种类型的语义关系处理。这些发现表明，左侧ATL有助于在词汇-语义处理中激活联想语义邻域和分类语义邻域。值得注意的是，无论语义邻域的密度如何，ATL刺激都会减缓对语义邻域较稀疏的单词的反应速度。

科学透明度声明
数据：所有支持本研究的原始数据和处理后的数据均公开可用：https://osf.io/3qh68/overview?view_only=f609de31d54c473ba5de643362a8eb36
代码：所有支持本研究的分析代码均公开可用：https://osf.io/3qh68/overview?view_only=f609de31d54c473ba5de643362a8eb36
研究材料：所有支持本研究的材料均公开可用：https://osf.io/3qh68/overview?view_only=f609de31d54c473ba5de643362a8eb36
研究设计：本文报告的所有研究内容……

未引用参考文献
Brysbaert等人，2014年；Hoffman等人，2013年；Pennington等人，2014年。