汉字认知及其脑神经机制研究

北京师范大学汉语文化学院 冯丽萍

本文将对目前认知心理学、认知神经科学等领域所进行的有关汉字认知及其神经机制的研究予以介绍。文章分以下五个部分:

1 汉字认知的行为实验的研究结果;2汉语作为第二语言学习中的汉字认知研究;3汉字认知的神经机制的研究方法;4汉字的认知神经机制研究; 5 综合讨论。

 

1 汉字认知的行为实验的研究结果

行为实验的结果为认知神经机制的研究提供了基础,认知心理学在此领域取得了相当丰硕的成果。目前认知心理学中关于汉字加工的研究主要围绕着形音义三个要素来进行。

11 关于汉字字形加工的研究

受西方研究理论的影响,长期以来关于汉字识别的加工单元也有两种观点:一是认为识别汉字要先对笔画、部件等汉字的字形特征进行分析,然后将分析的结果整合从而识别整字。因此,汉字识别过程中会存在笔画数效应、部件数效应等。二是认为识别汉字直接以整字为单元,强调字形知觉的整体性。而目前越来越多的研究结果表明汉字加工并非经过单一通路,其加工方式的选择受到多种因素的共同影响。笔画、部件、整字在汉字加工中都可能得到激活。

111 笔画

早期的研究主要是验证了汉字识别中笔画数效应的存在。喻柏林、曹河圻两人曾于1991年较系统地考察了2-15画常用字和不常用字的命名反应时,结果表明:无论是常用字还是不常用字,反应时都随笔画数的增多而加长,但这种变化不是线性的,而是阶梯式上升。用眼动技术研究阅读中笔画数与阅读注视时间的关系发现:汉字从1画增加到24,注视时间增加106毫秒,平均1画增加4.6毫秒。从汉字识别中的笔画数效应研究者们可以间接地推论笔画是汉字加工中的一个单元。

后来的研究对笔画在汉字加工中的作用又进行了更深入的研究。张积家等(2002)的研究发现:汉字识别中存在着笔画重复性效应,笔画重复多的汉字比笔画较少重复的汉字识别时间短,错误率也低,其原因在于在笔画重复率高的汉字中,由于同一笔画多次重复,它的激活阈限就比不重复的低,因此汉字识别中笔画层的分析就变得更为迅速。这一结果为笔画是汉字加工中的一个单元提供了更为直接的证据。

112 部件

部件是由无意义的笔画组成、可直接参与构字的一个层次,有的部件还具有音和义,是一个重要的构字单元、识别单元与教学单元,因此对它的研究较多。研究结果发现:

部件数量影响汉字识别。王春茂、彭聃龄(1997)的实验发现:在控制笔画数的条件下,低频字中部件的数量影响汉字的识别,但这种影响不是线性的,2部件字最快最好,3部件字最差最慢,而独体字居中。

部件位置影响部件的作用方式。目前以不同的实验任务所得到的实验结果不尽一致。彭瑞祥等(1983)的研究表明:在快速识别条件下,左部件比右部件重要,上部件比下部件重要;彭聃龄等(1995)以真假字判断任务进行的研究发现:在假字和非字识别中,右部件的作用强于左部件。

部件功能不同则加工方式不同。将标准形声字中的左形旁和右声旁与非形声字中的左右部件以部件识别的任务相比,形声字中的左形旁与右声旁差异不大,但形声字的右声旁快于非形声字的右部件,左形旁也快于非形声字的左部件识别。这说明形声字的整体结构与特征对部件知觉有易化作用。

部件组合的作用与部件大体一致。韩布新(1996)研究发现:在识别高频三部件左右型合体字时,位于左边的部件组合(如部)表现出易化作用,而位于右边的两部件组合(如湿)表现出干扰作用,部件组合表现出了与部件相似的识别方式。

实际上部件是否和如何起作用并非绝对的。韩布新(1998)的研究表明:整字识别过程中存在着对局部结构的加工,而部件识别过程中也有对整体结构的加工,整体与局部相互促进和干扰。作用的关键在于整体与局部频率的相互关系,如整体频率占优势,则以整体加工为主,如整体频率的作用较低,对局部信息的分析就得以表现出来。

113 整字结构

在该层次上的研究发现:结构对称性汉字的识别快于结构不对称汉字(陈传锋,黄希庭,1999);汉字空间通透性越高,即笔画间离散程度越大,汉字越容易被检测,汉字再认的成绩越好(周新林,曾捷英,2003);一般来说,整体轮廓信息多于内部细节信息;在快速呈现条件下,左右结构字识别快于上下结构字;上下字的部件结合较左右字紧密,因此上下结构字中部件的分解与组合都较难(曾性初,彭瑞祥等,1995)。

 

12 关于汉字的语音加工

鉴于汉字意音文字的性质,认知心理学关于汉字加工中语音作用的研究主要围绕两个问题进行:首先是语音在汉字加工中是否起作用?其次是语音在汉字加工中如何起作用?即在字词的视觉识别中,是否必须通过语音信息的加工才能实现对语义的提取?研究中发现的多种效应证实了汉字加工中语音激活过程的存在。

语音规则性效应。所谓规则性是就形声字声旁与整字读音间的关系而言,声旁与整字读音相同的为规则字,规则声旁对整字的语音识别起促进作用而不规则声旁有干扰作用。特别是在不熟悉的低频字中,声旁的语音提示作用更加显著。规则性意识有一个逐步发展的过程,它以识字量的增长、汉字知识的积累为前提。对儿童来说言,同一年级内语文能力高者会更早地发现并使用声旁对语音识别的线索作用。

一致性效应。所谓一致性是指由同一声旁构成的一组形声字的读音相似性。若具有同一声旁的全部形声字读音相同,则称为一致字,若某个字与同一声旁的其它大多数字的读音不同,则该字称为不一致字。研究结果表明:一致字的读音快于并好于不一致字,声旁读音多的字反应时较长。一致性效应的存在表明在汉字识别中声旁及声旁相关字都会得到激活。

上述声旁语音效应的存在证明了声旁在形声字加工中的激活。那么声旁语音作用的实质是什么?形声字中声旁的亚词汇加工仅仅是一个纯粹的语音事件,只涉及到声旁的语音加工,还是同时也是一个语义事件,涉及到声旁语义信息的激活?周晓林(2002)采用启动方式进行的研究表明:相对于完全无关的控制组,声旁意义与目标字相关的启动字对目标字(如冯-牛)识别产生了显著的抑制效应。这说明:在整字加工的同时,声旁在心理词典中的语音和语义表征也得到了激活,汉字声旁的亚词汇加工既是个语音事件,也是个语义事件,与词汇水平的加工没有本质的区别。

关于语音是否在汉字的语义通达中激活是一个迄今为止仍在争议的问题,是与否两种观点都各自得到了一些研究结果的支持。杨晖(1998)的博士论文较为系统地研究了汉字识别中语音的作用及其机制。根据实验结果,作者认为:汉字整字和声旁的语音激活之间遵循整字优先和高频优先的原则。 整字优先,即当整字与声旁的频率没有显著差异时,整字的语音激活掩盖声旁的语音激活,具有高频声旁的高频字中整字的启动作用大于声旁的启动作用。 高频优先的原则,即加工中如果整字与声旁的频率差别很大,频率高的语音激活掩盖频率低的语音激活。

 

13 汉字的语义加工

我们这里所说的语义并不是指汉字整字所表示的语义,因为在这个层次上的意义实际上是将汉字作为词素或单字词所进行的研究。这里的意义主要是指部件意义在整字识别中的作用。

关于形声字义符在整字识别中的作用。利用语义范畴判断的研究结果表明,在单字词的语义提取中,形声字的义符对语义判断有显著影响。有标明上属概念的义符存在,,对于范畴判断的肯定反应起促进作用,对否定反应(如婿)则有干扰作用。

对于儿童来说,随着年级和语文能力的由低到高,形旁意识也逐步发展。低年级形旁意识尚未出现,但三至六年级儿童已意识到形旁与词义的关系,并能利用形旁来学习和推理整字意义。在语义相关判断中,三、五年级儿童对形旁相同字和声旁相同字的选择比率没有很大差异,但六年级儿童选择形旁相同字的比率已显著高于声旁相同字。对语义透明度差的汉字,高年级儿童更懂得利用形旁来推理整字的意义。儿童对形声字形旁与语义关系的认识与年级、语文能力相关,形旁知识随年级的增高而逐渐出现并发展(舒华等,1997)。

周晓林、鲁学明、舒华(2000)利用启动命名技术,探讨了汉字加工时是否存在形旁的语音激活,发现: 当目标字(如深)与启动字(如躲)的形旁读音相同时,低频目标字的命名速度显著加快,高频合字体则没有此效应,说明形声字形旁的语音也得到了激活。

上述关于形旁的语音激活与声旁的语义激活的研究引发了研究者关于汉字亚词汇成分激活的性质的考虑。多数实验都发现亚词汇成分的加工只在低频汉字的加工中表现出来,这也许并不意味着高、低频汉字的加工具有不同的机制。研究者更倾向于认为,在对整字的加工中,高、低频字的亚词汇成分能够同样被分解出来,激活它们对应的语音、语义信息,但对高频字来说,整字的信息激活较快,词汇和亚词汇信息之间的相互竞争使亚词汇信息的激活效应很难表现出来。对低频字来说,整字的信息激活较慢,与亚词汇的竞争较弱,使亚词汇信息的激活效应有机会表现出来。

将汉语与英语的研究结果进行比较可以发现:英语单词素词的亚词汇加工与词汇水平加工不同,前者只是一个语音事件,即亚词汇成分对应的语音能够被激活,但不会激活其字形对应的语义,不影响词汇加工,英语中的亚词汇加工过程主要是为整词提供语音信息;而汉语中亚词汇水平部件的加工涉及该结构对应字形的语音、语义两个方面,与词汇水平的加工特点没有本质的不同。

 

2 汉语作为第二语言学习中的汉字认知研究

近年来关于这一领域的研究发展非常迅速,所取得的成果也为我们更好地开展汉字教学提供了参考。

尤浩杰(2003 利用汉语中介语语料库,分析了汉字的笔画数和部件数以及拓扑结构类型等因素对非汉字文化圈学习者掌握汉字情况的影响。通过大量的数据统计分析,作者认为:非汉字文化圈学习者对高频汉字的加工只经历笔画和整字两个层次,对低频汉字的加工则经历笔画、部件和整字三个层次,且他们的加工方式主要是序列加工而非平行加工。

高立群等(20002001)的研究结果表明,随着第二语言学习者汉语水平的不断提高,其对汉字字音、字形信息的意识是不断增强的。但是在汉语阅读过程中,无论是初级、中级还是高级水平的第二语言学习者,字音和字形信息在其汉字识别中的相对作用并没有像汉语母语者那样存在着一个转换的过程,而是始终以字形的作用为主,以字音的作用为辅。这一结果与利用汉语母语者、英语母语者进行的研究结果都不一致。研究还发现,母语和HSK等级和留学生形声字的掌握有密切的关系;外国留学生对规则字和不规则字的学习没有差别,表明他们对规则和不规则字具有同样的依赖字形信息的加工策略。

冯丽萍(2004以左右和上下两种不同结构的汉字为材料,通过部件频率的改变,研究了汉字加工中部件位置信息的作用。结果表明:对欧美学生来说,右部件和下部件的作用较强。其原因可能来自于汉字系统的特点和外国学生的汉字学习方式等方面。

对汉语母语者来说,正字法意识是随着识字量的增加而逐步形成与发展的,小学中高年级儿童已经具有汉字的正字法意识,那么对于第二语言学习者来说,正字法意识是如何形成与发展的?

鹿士义(2002)以初、中、高三级汉语水平、母语为拼音文字的汉语学习者为被试,以左右、上下、半包围三种结构类型的真、假、非字为实验材料,探讨其汉字正字法意识的发展。发现:母语为拼音文字的成人,其正字法意识的发展是一个渐进的过程。从初识汉字到正字法意识的萌发需要2年左右的时间。冯丽萍(2004)以左右和上下两种结构、真假非三种不同性质的汉字为材料,研究了具有汉字背景的日、韩学生和完全没有汉字背景的欧美学生汉字正字法意识的特点、正字法意识与汉字结构和部件位置的关系。结果发现:两种不同汉字背景的留学生到中级阶段都具有了汉字的正字法意识,左右结构汉字的正字法意识强于上下结构,欧美学生的正字法意识更多地受字型结构的影响。

 

人是由生理的、心理的、社会的等不同层面特征组成的整体,语言作为人类最重要的表达各种心智活动的手段,它的产生也具有特定的生理基础,因此对语言神经机制本身的研究一直是科学家们关注的重要课题之一。汉字作为记录汉语的书写符号系统,它的表征与加工具有什么样的神经生理机制?汉语母语者与以汉语作为第二语言的非母语者在汉字认知加工的神经机制方面具有哪些异同?近年来迅速发展的认知神经科学研究已经在此方面取得了不少成果,这为我们从人类语言学习的神经生理层面了解汉字学习的特性,进一步探讨语言学习的普遍性与特异性提供了极为重要的参考。

 

3 汉字认知的神经机制的研究方法

目前的研究技术主要有:PET(正电子发射断层扫描positron emission tomopraphy)、ERP(事件相关电位event related potential)、FMRI(磁功能共振成像,functional magnetic resonance imaging)、EEG(脑电图,electron cephalography)MEG(脑磁图,magnetron cepholography),这些方法为研究人类大脑语言信息加工的功能定位和时间进程提供了更为严密和精细的实验结果。这些技术有其各自的原理与优势,这里我们对功能磁共振成像作一简单介绍。

功能磁共振成像是近年来在认知神经科学领域发展起来的研究手段,现在已广泛应用于人类认知过程的研究,包括对感知觉、工作记忆、语言、注意、运动等方面的大脑功能的考察。它最大的优势是可以在无损伤条件下观察人脑在进行一定活动中各脑区生理功能的变化,从而为揭示人脑各脑区的功能定位提供新的依据,这是以前的技术做不到的。该技术的原理是, 当大脑处于活动状态时,神经元和神经胶质细胞的生物化学过程会快速增强,特别是突触的离子流处于高速活动状态。这时突触部位会有大量的能量消耗,需要额外补充葡萄糖和氧,这会导致大脑局部脑血流(rCBF,regional cerebral blood flow)的增加。来自动物研究的结果发现,局部血流量和葡萄糖的新陈代谢率与该区域神经活动情况有内在关系。这样通过考察rCBF变化情况及大脑局部代谢率(rCMF,regional cerebral metabolic rate)的变化(PET技术)或脑血流中血氧含量的变化(FMRI技术),就可以得到大脑各区域神经活动的情况。FMRI正是利用这一原理对脑功能进行研究的。当某一脑区的神经活动增加时,血流量及血液中的血氧含量将会发生改变,并会在血管周围引起磁场变化,从而使磁共振图像发生变化。

目前FMRI技术的数据采集已经可以达到在40毫秒内完成一次平面扫描,而且能够获得很高的空间分辨率,目前在主视觉皮层可以达到12mm的分辨,高空间分辨率可以增加信号的精确性。更为重要的是,其研究结果的可靠性正在得到检验。例如,FMRIPET两种技术所基于的原理和方法虽然不同,但二者的研究结果却有较好的一致性。

在语言加工研究中,还有一种研究方法是将不同脑区病变从而产生不同症状的失语症病人与正常被试进行对比测试,可以研究脑区病变与语言能力之间的关系以及大脑神经的功能定位。

 

4       汉字认知神经机制研究

人脑的两半球具有各自的分工,二者通过胼胝体等神经束相联结。信息的传输具有对侧传导的特点,即由右侧传来的视觉听觉信息首先输送到左半球,而右半球则首先接受由左侧传输的信息。自裂脑人的研究报道以来,大脑半球功能的研究多偏重于探讨两半球的功能是如何分工的。例如一般认为左脑与语言有关,右脑与空间方位有关。也有研究表明语言功能是由不同的脑半球所特化的。句法是由左半球控制的的,而语义和语音则在很大程度上受右脑的支配,这表明两半球在信息加工中都起着一定作用。

关于汉字认知与大脑两半球之间的关系,基本上有两种观点:一是认为汉字认知主要是左半球的功能,另一种是认为汉字是大脑左右半球并用的复脑文字,目前较多的研究支持后者。郭可教 杨奇志(1995)的研究探讨了汉字的字形、字音、字义认知上的大脑两半球的功能差异,发现字形、字音、字义认知均与两个大脑半球有关,显示出了汉字认知的复脑效应。作者认为汉字认知的复脑效应与汉字本身的特点是分不开的。张武田 、冯玲(1998)的研究结果表明,形似材料双侧视野同时识别与单侧视野识别成绩无显著差别,而同音与近义材料则表现出双侧呈现显著优于单侧呈现的作业成绩。

根据不同的实验结果,研究者们目前倾向于认为:对汉字字形(视觉)的最初加工可能发生在视觉初级中枢(两侧枕部),而对汉字字音(听觉)的初步加工可能是在整合中枢(中央部)而不在听觉初级中枢(颞叶)。字形加工属于较浅层次的加工,因此它的同侧视野与对侧视野的反应时没有很大差别,就是说字形加工在大脑半球内就可完成;而字音和字义由于加工信息复杂,要求大脑两半球间的协同作业,因此半球间的加工优于半球内,右半球善于加工较低能量的信息,表现出前语言优势,而左半球更适合加工具有高分辨率的信息。

实际上,大脑认知神经与语言功能的结合有一个逐渐发展的过程。7-16岁母语为汉语的儿童作研究对象,发现,7-10岁儿童对汉字词与英文单词的认知表现出左脑优势,11-16岁儿童则都表现为两脑均势,从而说明,由于汉字性质、语言环境等因素的影响,对汉字词的认知机制、加工策略有一个随个体发育从左脑优势到两脑均势的发展过程(张武田等,1984)。

关于双语者的汉字认知神经机制,羊彪、许世彤等(1989通过比较汉语母语者与拼音文字母语的成人(英语、藏语、维语)、比较学过或未学过汉语的拼音文字母语者对汉字及拼音文字的识别,发现他们具有不同的神经认知机制。对于汉字识别,汉语被试与熟练掌握汉语的拼音文字母语者(包括留学生与少数民族学生)都表现出左右脑均势;对于拼音文字识别,熟练掌握汉语的拼音文字母语者也表现出了两脑均势,但是未学过汉语或刚学过汉语而尚不熟练者则表现出了左半球优势,从而说明成年熟练读者汉字认知的两脑均势以及语言学习对语言加工机制、策略的影响。Ding等(2003)利用FMRI技术探讨了中英双语者语言加工所激活的大脑区域。他们采用强调字形知觉过程的字形搜索任务(在汉字材料中搜索是否包含部件厶,在英语材料中搜索是否包含字母 D)和强调语义加工的语义范畴判断任务(判断所看到的中文或英文单词所表达的意义是否属于动物,如狗判断为是,桌子判断为否),以6名母语为汉语的熟练汉英双语者为被试,研究发现:在字形搜索任务中,与中文加工相比,被试完成英语的任务激活了更多的右半脑,这一结果支持了第二语言加工更多地定位于右半脑的假设。本研究中文和英文加工区域的不同应该是通达母语和第二语言心理词典的不同方式造成的。

 

5       对研究结果的分析

氵 工

 

Jiang

 
 


意义

 

 

 


gong

 
部件

 

 

 


笔画 语音

字形

我们利用上面的简图对汉字认知的研究结果进行总结:在成熟的汉语母语者的心理词典中,存在着笔画、部件、整字三个层次的表征,视觉汉字的加工过程就是从笔画特征开始到意义的通达,在汉字加工中三者都可能得到激活,成为汉字的加工单元。其中部件层的激活方式及作用最为灵活,它的功能、数量、位置、频率等都会影响其激活,而它的激活是否会影响整字的识别主要取决于它与整字的频率对比,成字部件的激活与整字的激活方式之间没有本质的差异。在长期的语言学习与运用中,汉语母语者逐步形成合理的汉字心理词典,并能以最合理、最经济的方式完成汉字的识别。

将第二语言学习者的汉字加工方式与汉语母语者相比较,可以发现:L2学习者的最终目的是形成逐渐接近于汉语母语者的汉字表征与加工方式。但它是随汉字量、、汉语水平、语言能力等因素的发展而逐渐形成的。在汉语学习初期,L2学习者还不能充分利用部件这一重要单元所提供的信息,无法在有限的时间内对汉字各单元进行平行加工。由于汉字的独特性质,L2学习者对汉字语音的提取较为困难,因此在汉字教学中应该有意识地培养和引导学生对部件功能的认识、加强形音义之间的及相关汉字之间的联结,形成合理、有效的汉字识别方式。

 

总的来说,近年来汉字识别研究取得了很大进展:研究中更多地考虑到汉字本身的特点,而不仅仅是将汉字作为拼音文字的对比材料来进行研究:提出了针对汉字特点的成分和整字平行加工说;研究更加细化,在发现了笔画数效应和部件数效应的基础上,又进一步探讨了其作用的机制与性质、影响因素等;采用新技术进行研究,如脑成像技术,眼动技术,增加了对汉字识别研究的角度、途径。但是目前研究中尚存在一些问题:如在行为实验的研究中,由于实验任务、实验材料等因素的不同所导致的实验结果的差异。而在认知神经机制的研究中,敏感的、难以控制的因素就更多,如来自语言材料方面的语言性质、文字性质、语言相似性、语音系统等;来自被试方面的被试的年龄、AOA(到达目的语环境时间)、母语背景、双语水平等;来自实验本身的实验任务、实验范式、实验材料、实验数据的采集分析与解释等多个方面,这些都可能导致实验的结果不同 。目前很多学者认为:由于大脑活动的复杂性,脑区激活程度不一定完全反映任务的完成情况,因此最好同时用行为实验进行检验。因此在今后的研究中,必须以对以往研究的综合分析和比较为基础,通过数量更多、设计更为精细巧妙的实验,从不同角度、不同层次进行更深入的研究,才能更好地描写人类语言加工的心理过程与神经机制。

 

注:由于本文涉及参考文献较多,无法在此一一列出,见谅!