具体词与抽象词多维度语义通达的神经动力学分化

《Brain and Language》：Divergent neural dynamics of multidimensional semantic access for concrete and abstract words

　　

时间分辨ECoG编码揭示六个语义维度的动态特征。具体词汇更偏好感觉运动语义；抽象词汇更偏好社会语义。具体词的感觉运动效应峰值出现在250毫秒；抽象词的社会效应峰值出现在225毫秒。语义通达灵活地根据概念类型调整其时间层级。引言语义加工是人类语言与认知的核心能力，即理解和诠释词语、短语及句子含义的认知过程（Fernandino等人，2022；Ralph等人，2017）。理解一个词语需要大脑调取多个维度的意义，涵盖感知和运动属性，以及更抽象的维度，如空间、时间、社会知识和情感。与这一多维观点一致，神经影像研究已识别出广泛分布于颞叶、顶叶和额叶皮层的语义网络（Binder等人，2009；Huth等人，2016），并进一步揭示了不同语义维度神经相关物之间系统的重叠与分离（Fernandino等人，2016；Kranjec等人，2012；Lin等人，2024；Peer等人，2015）。然而，一个关键问题依然存在：在语言理解过程中，多个语义维度如何随时间展开？电生理学和脑磁图（MEG）研究为词汇和语义通达的时间提供了重要约束。已有报告表明，词语与非词语在约160毫秒处即出现早期分化，表明意义相关的加工可在刺激呈现后迅速启动（Hauk等人，2006）。N400始终是语义通达和整合的经典标志，其峰值出现在约400毫秒，并对语义相关性、语境可预测性以及词频等词汇因素表现出稳健的敏感性（Kutas和Federmeier，2011；Kutas和Hillyard，1980a，1980b；Lau等人，2008；Van Petten和Kutas，1990）。较晚期的成分，包括P600和晚期正成分（LPC），与持续的解释性操作有关，如重新分析和与更广泛的语篇表征的整合（Brouwer等人，2012；Van Petten和Luka，2012）。MEG通过将与储存词表征相关的词汇通达联系起来，进一步细化了这一时间过程，如将中潜伏期反应M350与之关联（Pylkk?nen和Marantz，2003；Pylkk?nen等人，2002）。跨模态MEG研究还报告了独立于模态的概念类别表征，在约150毫秒处涌现，并在图片和词语（外显阅读）中均持续至约450毫秒（Dirani和Pylkk?nen，2020；Giari等人，2020）。值得注意的是，独立于模态的概念表征与语义和视觉内容均相关，表明跨模态概念编码整合了跨特征类型的信息（Dirani和Pylkk?nen，2024）。综合来看，这些发现支持将语义计算视为快速、多阶段且在时间上延展的观点。然而，它们往往将"语义"视为单一表征目标，而非一组可分离的维度的集合。与之形成对比的是，越来越多的行为学、计算和神经学证据表明，语义知识并非嵌入在未经分化的语义空间中，而是沿着一组核心经验维度组织。大规模评定研究和基于神经生物学的模型表明，词语可以可靠地沿视觉、动作、空间、时间、社会性和情感等维度定位，且沿这些维度的变异可预测语义相似性判断、范畴化、记忆和神经反应（Binder等人，2016；Fernandino等人，2016；Fernandino等人，2022；Huth等人，2016；Wang等人，2025；Wang等人，2023；Zhang、Wang、Lin、Dong等人，2025）。关键的是，这些维度映射到部分不同的神经子系统：视觉特征调用枕叶-颞叶区域；动作相关特征调用（前）运动和感觉运动皮层；空间表征涉及顶叶和内侧后部区域；时间知识激活内侧后部、下顶叶和额颞区域；社会知识与心智化回路（包括内侧前额叶和颞顶叶区域）重叠；情感意义激活内侧前额叶和相关情感网络（Binder等人，2016；Fernandino等人，2016；Lin等人，2024）。这种空间分离自然引出了一个时间问题：如果部分不同的神经系统支持不同维度，它们在理解过程中是否也表现出不同的调用动态？现有的电生理学研究提供了暗示性证据，表明语义维度在时间上可能存在分化。例如，关于动作词的研究报告了200至300毫秒范围内早期的类别敏感性效应，这与词汇理解过程中快速调用运动相关信息一致（Hauk和Pulvermüller，2004；Hauk等人，2008；Pulvermüller，2005）。情感词加工研究同样表明，情感内容在多个阶段调节神经反应——包括200至300毫秒窗口及之后的效应——指向语义内容、注意力和持续精细加工之间的相互作用（Bo等人，2022；Citron，2012；Kissler等人，2007，2009；Scott等人，2009）。社会语义显示出同样早期的时间特征：MEG研究表明社会动词效应可早至约180毫秒出现（Amoruso等人，2025），而ERP证据表明社会信息的早期负偏效应从约150毫秒开始，支持社会语义加工的特异性（Fan等人，2023）。综合来看，这些发现支持对特定语义内容的通达在时间上是结构化的这一观点。然而，它们未能提供一个多维语义通达的统一解释，因为它们通常针对单一特征类别，并依赖精心策划的刺激集，可能过度代表特定维度并限制对更广词汇的推广。多变量解码和表征分析已开始更直接地应对多维性问题，尤其是针对视觉物体刺激。物体知觉研究表明，不同物体维度可能具有不同的时间特征，以主要视觉属性的早期峰值（约125毫秒）和更概念性属性的晚期峰值（约300毫秒）为特征，且晚期效应常表现出更大的个体间变异性（Teichmann等人，2026）。ECoG和MEG研究同样报告，在物体识别和命名过程中，语义属性可在200至500毫秒窗口内被编码（Clarke等人，2015；Rupp等人，2017）。对于书面词语，机器学习方法表明，感知/字形信息可更早被解码，而语义特征如有生命性、可操作性和大小则出现较晚（通常在250毫秒之后）（Sudre等人，2012）。ERP研究提示，多种特征类型——包括功能和运动相关知识——可在200毫秒之前影响神经活动，支持词形与概念知识并行计算、并在皮层系统中具有时间动态调用的观点（Amsel，2011）。然而，即使在这一新兴的多变量文献中，所研究的语义维度往往偏向于以视觉为基础的或物体中心的属性。关于高级经验维度——尤其是社会性、情感、空间和时间——在词汇理解过程中的在线动态，目前所知较少，很少有研究在一个统一框架内探讨这些维度在具体词和抽象词中是否呈现不同的展开方式。预期多维语义动态存在分化的关键动机来自具体概念和抽象概念在表征侧重上的既定差异。根据双重编码理论，概念知识由两个部分可分离的系统支持：一个基于感觉和运动经验的非语言感知系统，以及一个支持基于语言的意义（包括抽象概念）的言语符号系统（Clark和Paivio，1991）。与此观点一致，具身账户表明具体词——尤其是与动作相关的词——激活模态特异性的感知和运动皮层（Hauk和Pulvermüller，2004）。相比之下，抽象概念与语言中介和整合机制的关联更强（Bi，2021），近期的社会语义研究强调社会信息和人际信息作为抽象意义的核心成分，沿非感觉运动维度如社会性组织（Pexman等人，2023）。综合来看，这些发现激发一个更强有力的机制性问题：当多个经验维度可用时，理解系统是否以跨概念的共通时间过程调用它们，还是维度调用的时间特征取决于概念类型？换言之，具体词和抽象词的多维语义通达时间过程是相似的，还是系统性地分化的？这一问题具有理论重要性，因为具体和抽象概念被认为依赖不同的信息源（如感觉运动知识与社会—情感知识），这可能合理地重塑在线理解过程中不同维度何时被优先处理。本研究通过刻画词汇意义计算过程中多个经验维度的时间动态，并检验这些动态在具体概念和抽象概念之间是否存在分化，来填补这一空白。我们同时考虑感知/运动维度（如视觉、动作）和更高级的经验维度（如社会性、情感、时间、空间），使得在统一的分析框架内直接比较它们的起始时间、时间持续性和相对优先级成为可能。为最大化生态效度并捕捉真实语境约束下的意义建构，我们分析自然主义聆听，该方法产生广泛分布于具体词和抽象词的连续语篇。与孤立词语范式不同，自然主义理解是强烈由语境驱动且具有预测性的：神经生理学证据表明语境可以预先激活即将到来的语义特征，效应在与预测过程一致的晚期窗口中出现，超越当前词的即时词汇-语义分析（Goldstein等人，2022；Wang等人，2020）。这使连续叙事成为语义动态在持续整合和预测中展开时的关键试验场。在自然主义理解情境中，我们检验两组相互竞争假设。首先，我们评估多维语义信息随时间展开的替代性解释。具体而言，我们对比（Q1H1）时间同步账户，即多个语义维度并行激活且时间过程大致重叠，这与语义加工主要在N400时间窗口（约300至500毫秒）内表达的经典观点一致；以及（Q1H2）时间优先账户，即语义维度原则上并行处理，但在起始或峰值潜伏期上表现出系统性差异，使某些维度优先于其他维度被调用。该账户与孤立物体-词语范式的证据一致，后者表明感知特征的通达早于更抽象或概念性信息的调用。其次，我们检验这些时间动态是否受概念类型调节。我们对比（Q2H1）一个预测具体词和抽象词在时间组织上没有系统性差异的账户，这与孤立词研究主要报告幅度调节（如N400幅值）而非不同时间过程的发现一致；以及（Q2H2）一个提出原则性分化的账户，即具体概念和抽象概念不仅在反应幅度上存在差异，而且在在线处理过程中语义维度的时间优先级也存在差异。具体而言，受具身/基于经验的账户启发，我们预测具体词优先较早调用感觉运动维度，而抽象词优先较早调用社会（及其他非感觉运动）维度，从而在概念类型间产生不同的时间轨迹（Barsalou，1999；Borghi等人，2014；Kousta等人，2011；Pexman等人，2023；Pulvermüller，2005）。章节摘要ECoG数据关于EcoG数据集的详细信息，请参见Zada等人（2025）。九名参与者（五名女性，四名男性；年龄24至48岁）在纽约大学医学院综合癫痫中心接受临床颅内监测，电极放置由临床标准决定。在排除位置不佳或噪声较大的电极后，保留了1330个中的1268个电极（图1a），为语言区域提供了全面覆盖。参与者聆听了一段30分钟的叙事维度特异性效应的跨被试一致性我们首先评估了每个词集分析的跨被试一致性（见2.3.5节的判据）。如表1所示，运动和社交在全部三个词集中均满足该标准。视觉和情感在三个分析中的两个满足该标准；时间仅在完整词汇分析中满足；空间在全部分析中均未满足。在完整词汇分析中，视觉、运动和社会性显示出广泛覆盖（分别为9/9、7/9和8/9名参与者），且没有参与者贡献超过约三分之一讨论通过结合颅内ECoG记录与连续语义评定，本研究刻画了自然主义言语理解过程中多个经验维度的调用方式，并揭示了具体概念与抽象概念之间的清晰分离。在空间上，具体词的感觉运动维度涉及更多显著电极，而抽象词的非感觉运动维度则表现出更广的电极参与。这一模式与结论一致。结论通过自然主义ECoG记录和多维语义评定，我们证明语义通达的时间动态在概念类型间存在实质性分化。这些发现通过提供更细粒度的维度特异性过程账户，补充了经典的语义加工窗口，这些过程在自然主义理解过程中对语义时间尺度的神经反应作出贡献。具体而言，具体词诱发了早期的感觉运动激活，视觉和运动CRediT作者贡献声明Zhang Yunhao：写作——审阅与编辑，写作——初稿，可视化，软件，资源，方法论，正式分析，数据整理，概念化。Wang Shaonan：写作——审阅与编辑，写作——初稿，监督，项目管理，资金获取，正式分析，概念化。Zong Chengqing：写作——审阅与编辑，监督。

林楠：写作 – 审阅与编辑、方法论、形式分析、概念化。
伦理声明
本研究分析的神经营数据由普林斯顿神经科学研究所和普林斯顿大学心理学系提供。在分发之前，所有神经营数据均经过去标识化处理，以确保没有任何信息能够与个别参与者联系起来。原始数据收集涉及自愿接受颅内监测以用于临床目的的参与者。所有参与者在参与之前均提供了书面和口头知情同意。
利益冲突声明
作者声明他们没有已知的竞争性经济利益或个人关系，这些利益或关系可能会影响本文所报告的工作。
张云浩 | 王少男 | 宗成清 | 林楠