2.3 阅读心理的脑功能研究方法
2.3.1 PET
什么是PET
PET是positron emission tomography（正电子发射断层扫描）的简称，是20世纪70年代中期发展起来的一种核医学成像技术。PET可以把发射正电子的同位素作为标记物，将其引入脑内某一局部区域以参与已知的生化代谢过程，通过监测发射正电子的分子在脑内的分布，利用现代化计算机断层扫描技术将其特定代谢过程的代谢率以影像方式显示出来，得到脑功能三维图像，从而了解脑内的功能活动（吕勇，2012）。
PET的空间分辨率为数毫米，可用于认知活动中脑激活区的定位。PET是一种无创性的、能定量测量脑化学物质分布的技术。
PET的成像原理
自然界中的生命物质主要由C、H、O、N四种元素组成，它们也构成所有生物体内的代谢物质。这些元素组成的化合物可用它们的同位素（包括正电子核素）来标记。当放射性同位素与普通元素相混合时，可以利用其放射性的特点来探测标记原子所在的位置和数量，从而研究该物质在运动过程中所显示的性质和运动规律。
用PET来定位人类认知活动时的大脑激活区的过程是：第一，利用回旋加速器加速带电粒子（如质子、氚核）轰击靶核，通过核反应产生正电子的放射性同位素（如11 C、13 N、15 O等），这些同位素在衰变过程中发射带正电荷的电子。正电子在脑组织中运行很短距离后，与周围物质中的电子相互作用，发生湮没，放出方向相反、能量相等的两个光子。第二，通过采用一对相连的探头来探测湮没辐射出的光子。第三，用计算机将收集到的数据加以处理，可重建大脑的断层图像，再现断层内面放射性核素的放射性分布，从而得到大脑中正电子同位素的断层分布图。
因此，用PET对大脑的神经活动进行检测时，首先要给被试注射同位素，如11 C、13 N、15 O等。其次把能发射正电子的同位素结合到适当的化合物上，可以检测脑内许多生物化学过程。例如，用同位素标记葡萄糖，可以观察大脑的代谢活动；用同位素标记神经递质，可以观察相应受体在大脑不同区域的密度和分布。最后通过计算机对数据进行处理，可得到大脑的神经活动的位置图。
PET的优缺点
1.PET的优点
第一，PET具有空间分辨率高的优点。它采用短半衰期核素，可在短时间内重复使用，而且由于可用较大剂量，故比单光子发射型计算机断层扫描提高了图像对比度和空间分辨率。新的PET，其空间分辨率可达4—8mm，是一种非常敏感的分析工具，能够检测出皮摩尔级的标记化合物的浓度或密度（寿天德，2001）。
第二，PET可以作量化分析，例如可用来测量血流量的绝对值（韩世辉，朱滢，2007）。
第三，PET技术中所用的正电子发射核素多为体内固有元素的同位素，故可以极方便地用于人体或标记生物活性物质，最大限度地发挥示踪剂原理的优势。从这个意义上讲，PET是真正的活体生化显像、代谢显像、分子显像。
第四，探测效率高。基于探测原理，对PET的准直器要求简单，设计制作容易，而且可最大限度利用核素放出的射线。
第五，PET的深部响应好，其分辨率不受探测距离的影响，能够对一定体积的组织快速获得多达63层面的断层影像。
2.PET的缺点
第一，PET的成像时间较长。获得一张简单的PET脑图像需要一到数分钟，再加上射线曝光所需要的时间，限制了有效时间中能够获得的PET图像的数量。因此在实验模式上选择余地很小，通常只能采用区块设计（block design），即为了使脑血流处于稳定状态，在一个阶段中反复执行同一种任务（韩玉昌，于泽，2006）。
第二，PET不适合那些需要被试多次参加实验的研究。虽然PET技术基本上属于无创伤性技术，但仍受放射性物质计量的限制，同一被试不宜频繁参加PET技术实验。
第三，系统造价很高。因需要正电子断层扫描机，同时还需配备一台加速器用以制备放射性同位素，所以造价比其他脑成像设备要高。
用PET研究阅读的案例
1.第一语言和第二语言加工的脑区是否相同
Klein、Zatorre、Milner、Meyer和Evans（1994）使用PET技术，以5岁以后学习第二语言的儿童为被试，探讨第二语言的习得是否涉及和第一语言一样的神经基础。两种语言都以词的形式听觉呈现。结果发现，当重复听第二语言的词语时，大脑的血流量比重复听第一语言的词语时产生了少量的脑血流（CBF）的变化，这种变化发生于左侧壳核。据此，研究者提出，大脑的这一区域可能在第二语言的发音中起到了重要的作用。
Perani等人（1996）利用PET技术，对早期和晚期高度熟练的第二语言学习者的大脑进行研究，将12名在4岁之前学习荷兰语的西班牙语—荷兰语双语者，与9名在10岁之后开始学习英语的意大利语—英语双语者进行了比较，且将该研究中的高度熟练的晚期意大利语—英语双语者与低熟练水平的晚期意大利语—英语双语者进行比较。结果发现，高度熟练双语者的第二语言激活了颞顶区、颞中回的左上部和后部区域，而熟练水平较低的晚期双语者则与此不同。
2.词汇产生过程的脑区
Klein等人（1994）利用PET技术，以母语为英语且精通法语的人为被试。被试的任务是词汇判断任务，即语音、语义以及一种语言词汇在另一种语言中的翻译。研究的目的是考察语音和语义的产生是否激活了相似的脑区，以及第二语言和第一语言的神经基础是否相似。结果发现，被试在完成任务时大脑被激活的脑区包括布罗德曼分区（BA）中的BA47、BA46、BA45、BA48以及左侧额叶。同时还发现，不管词汇判断是以语音为线索还是以语义为线索，都引起了被试大脑左侧额叶下部的激活；且不管任务发生在语言间还是语言内部，激活的脑区都是相似的。
2.3.2 fMRI
什么是fMRI
fMRI是functional magnetic resonance imaging（功能性核磁共振成像）的简称。fMRI是20世纪90年代以来随着磁共振快速成像技术（MRI）的发展而出现的一种新技术（朱滢，2014）。它与常规的磁共振成像技术的不同之处是：研究人员不仅可以观察到脑结构形态，还可以通过局部血流及葡萄糖代谢来了解脑功能的变化。因此利用fMRI可得到大脑在执行阅读任务时的功能映射图。从20世纪70年代开始，MRI就已经被运用于医疗领域，而在过去40年间，这项技术发生了极大的变化。开发MRI技术的先驱是美国伊利诺伊大学的Paul Lauterbur和英国诺丁汉大学的Peter Mansfield。鉴于在这项技术上的杰出工作，他们共同获得了2003年的诺贝尔医学奖。
fMRI的工作原理
fMRI技术中应用最广的方法是血氧水平依赖（blood oxygenation level dependent，BOLD）磁共振成像。这种BOLD成像技术的原理是，神经元功能活动对局部氧耗量和脑血流的影响程度不同，从而导致局部磁场性质变化（朱滢，2014）。当神经元活动增强时，脑功能区皮层的血流量和氧交换增加，但与代谢耗氧量的增加不成比例，一旦超过细胞代谢所需的氧供应量，可导致功能活动区血管结构中氧合血红蛋白相对增加，脱氧血红蛋白相对减少。血红蛋白包括氧合血红蛋白和脱氧血红蛋白，两种血红蛋白对磁场有完全不同的影响。氧合血红蛋白是抗磁性物质，对质子弛豫没有影响。脱氧血红蛋白是顺磁性物质，fMRI对其在血管结构中的浓度变化极为敏感，当其浓度变化时，可引起局部脑组织信号降低或升高，从而在脑功能活动区显像。此技术称作血氧合度依赖的对比（blood oxygenation level dependent contrast，BOLD contrast）。这种方法可在无需对比剂和放射剂的条件下进行人脑功能定位的研究，并具有较高的空间分辨率。
fMRI的优缺点
1.fMRI的优点
第一，较好的空间分辨率和采样速度。利用fMRI方法定性观察一定刺激下脑功能对应的皮层活动区域，所获得图像的空间分辨率目前可以精确到100μm。fMRI还有较高的采样速度，十分钟内连续拍摄数千张脑状态图是不成问题的，这就使得跟踪比较研究某些认知过程和神经系统功能性疾病成为可能（汪云九，陈润生，唐孝威，1996）。
第二，无损伤性。fMRI是完全无创伤的，可在同一被试身上多次重复实验。
第三，成像能力比较强。fMRI有多个参数可以灵活调配，故可以做从解剖到BOLD、从血管到弥散甚至白质纤维束等多种目的、多种对比的成像（韩世辉，朱滢，2007）。
2.fMRI的缺点
第一，fMRI探测的只是血氧浓度的变化，而不是神经元本身的电活动。其测量的血氧变化信号一般滞后于神经活动4.8s，目前能够达到的时间分辨率最多只有数百毫秒数量级。
第二，fMRI对多种伪迹十分敏感，特别是被试的头动，在整个实验过程中哪怕只有一次几毫米的头动，就可以污染整个实验的数据，严重时甚至使数据完全报废。尽管人们使用了很多固定头部和软件修正的方法，这个问题至今还常常带来不小的困扰（韩世辉等，2007）。
第三，高场强的fMRI对磁化率十分敏感，因此实验中容易出现形变或者是信号失真的情况。
第四，fMRI扫描总是伴随着很强的噪音，对于听觉实验的进行是不利的。
fMRI应用于阅读研究的案例
1.语音和语义的加工是分离的
语音和语义是语言的两个重要组成部分。神经生理学研究发现，左前额叶皮质的下部参与语音和语义的加工，但两者的加工是否存在分离却不清楚。Poldrack等人（2001）利用fMRI研究语音和语义的加工。结果发现，在进行语义加工任务时，左前额叶皮质的下部出现广泛激活；在语音加工任务中，靠近额下沟的左额下回背侧出现激活。比较语义和语音加工，语义加工使左额下回的腹侧优先激活，这表明在左额叶皮质的下部有个分离的区域参与语义加工。
2.词加工的具体性效应的脑机制
具体性效应指被试加工具体概念的词比加工抽象概念的词更快、更准确的现象。尽管大量的心理语言学研究已经证明具体性效应的存在，但对具体性效应的产生机制却存在分歧。Jessne等人（2000）利用fMRI研究负责词的具体性效应的脑区，结果发现，与抽象名词相比，在具体词编码期间左右顶叶下部、左额叶下部以及楔前叶出现更大的激活。该研究表明，具体词的编码优势可能来源于：（1）左顶叶和额叶联合区激活所反映的更丰富的言语的语境信息；
（2）右顶叶中有一个非言语的、可能是以空间意象为基础系统的额外激活。
Grossman等人（2002）用fMRI研究不同范畴语义知识的脑激活模式，要求被试对看到的动物名词、工具名词和抽象名词做出“愉快或不愉快”的回答。结果发现，当被试看到工具名词和抽象名词时，大脑左颞叶外侧后部和左前额叶都出现激活，但是被试在阅读抽象名词时，其大脑右颞叶外侧后部和右前额叶也被激活，而在动物名词呈现时，只有大脑左侧枕内侧出现激活。研究者据此推断：被试在知觉特征不同范畴词时出现大脑激活区重叠的现象，至少说明语义记忆不可能是按感觉运动通道贮存的。
3.汉语加工的脑机制
（1）汉语加工是否有特殊的脑机制
汉语是不同于拼音文字的书写系统，因此，找出汉字加工和拼音文字加工在神经结构和功能激活上的异同，对探索人类语言加工的普遍性和特殊性具有重要意义。Tan等人（2000）在他们的实验中，要求被试根据出现的汉字产生一个语义相关的词语。结果发现，在阅读汉字时，左侧额叶（BA9-47）和颞叶皮质（BA37）及枕叶（BA17-19）、顶叶（BA3）和小脑出现广泛激活，而且不管词语是意思模糊还是意思明确，或者是由单个汉字还是两个汉字组成，左侧额叶的激活区几乎完全重合，这与以前研究者假设的阅读单个汉字偏向右侧加工，而阅读词语时偏向左侧加工的观点不一致。
有研究者（王川红，孙俊谟，田志雄，2005）发现受试者无论是在执行同义字还是同音字判断任务时，其皮层激活区域均以左侧大脑半球为主，包括布洛卡区和威尔尼克区，在双侧辅助运动区、纹外视区以及颞叶腹侧皮层亦可见激活信号。研究者认为汉字加工时也能够发现大脑的活动，而且汉字语言加工与西方（字母）语言加工时大脑的激活区域基本一致。另外还发现语义和语音加工所激活的脑功能区之间没有明显差异，这与语音和语义加工是字词阅读中两个最基本的工作方式这一传统观点相矛盾。对此，研究者认为一种解释是当阅读字词的时候，无论有无特别指令，语音和语义系统都将自动被激活；另一种解释是可能使用了不同的语言。
（2）汉字出现频率对汉字加工的影响
了解不同出现频率的汉字字符的大脑加工情况可以阐明字形变化对大脑语言加工的影响程度。Kuo等人（2003）利用事件相关fMRI来研究汉字出现频率对汉字加工的影响。结果发现，当阅读低频词时，在左侧运动前区、额下回和补充运动区，左侧岛叶前部，左侧顶、颞上回后部，左侧顶上小叶出现更多的激活。当阅读高频词时，在左侧缘上回、角回和左楔前叶出现更多的激活。研究者认为阅读低频词时的脑的激活情况可能反映了低频词在词的提取、产生和语音输出上有更多的加工需求。
2.3.3 MEG
什么是MEG
MEG是magnetoencephalography（脑磁图）的简称，它通过测量脑内神经电流发出的极其微弱的生物磁场信号来探测大脑神经功能的活动。1968年，Cohen首次成功地记录到与脑电图（EEG）相似的、包括α节律的神经磁场或脑磁的波动，即脑磁图。1972年，美国《科学》（Science ）杂志发表了Cohen博士的题为《脑磁图：用超导磁场计探测脑的电气活动》的论文，从此揭开了用超导技术探测人脑生物磁场奥秘的篇章，奠定了脑磁图的基础。1975年，Brenner等人首次获得与事件相关电位（ERP）相似的事件相关磁场（ERF）。自此，脑磁被引入基础研究的许多领域。
由于MEG的检测过程不会释放任何对人体有害的射线、能量或机器噪声，也不需要注射任何造影剂或显像剂，因此，它是一种完全无侵袭、无损伤的脑功能检测技术，广泛用于脑功能的研究。它具有毫秒数量级的时间分辨率，而且对电活动源的定位可达到2mm的精度。与其他脑成像技术相比，MEG提供了对脑生理活动进行反映的最佳空间灵敏度和时间灵敏度的平衡（刘正东，尚可，林宇，1999）。
MEG的成像原理
MEG所测量的磁场主要来源于大脑皮质锥体细胞树突所产生的突触后电位。在单位面积脑皮质中，有数千个锥体细胞同时产生神经冲动，从而产生集合电流，产生与电流方向正切的脑磁场。由于脑神经元产生的磁场极其微弱，最大的神经磁信号，如癫痫棘波，只有数pT（1pT=10—12T，Tesla为磁场强度单位，简称T）。地球磁场和环境噪音比癫痫棘波高106—108倍，因此要测量脑神经兴奋产生的磁场必须具有可靠的磁场屏蔽系统及灵敏的脑磁场测量装置。磁场屏蔽系统主要由屏蔽室构成，大多数屏蔽室由一层或多层高磁导率的合金组成，如钼合金磁导率极高，可以较好地屏蔽低频信号，铝合金可以屏蔽高频场的涡流（沈德立，2013）。
MEG磁场测量系统必须非常灵敏，超导量子干涉设备（SQUID）的出现使测量脑磁成为可能。直接测量脑电磁信号的是检测线圈，也称为磁通量感应器，它通过电磁感应与SQUID相连。整个检测线圈及SQUID须要放入-270℃的液氦中，以保持SQUID呈超导状态。
MEG的优缺点
1.MEG的优点
第一，MEG的最大特点是使用磁记录。大脑神经磁场检测不受源和探头之间组织的影响，因为这些组织对低频磁场是透明的。因此，使用磁记录可以收集到比电记录更准确的有关神经活动源的信息（刘正东，尚可，林宇，1999）。
第二，MEG可对大脑活动进行真正的实时监测。MEG有与大脑对信息进行处理的相同数量级的时间分辨率，可实现对大脑活动的实时监测。
第三，无创性。MEG测量系统在检测过程中不会发出任何射线、能量或机器噪声，而只是对脑内发出的极其微弱的生物磁场信号加以测定和描记，因此，对人体无任何副作用及不良影响。
第四，对信号不需要进行复杂的统计分析，信号明显。
2.MEG的缺点
第一，MEG的定位受所检测区域影响显着。当采用脑球状模型时，若神经电流源所处的区域不同，MEG定位误差受神经电流源方向的影响和头颅形状的影响是不同的。当神经电流源位于脑顶部区域时，不论头颅具有怎样的形状，不论神经电流源具有怎样的方向，MEG的定位结果都十分精确。但是当神经电流源位于脑前部区域时，定位的误差受头颅具体形状和电流源方向的影响就大了，有时该定位误差甚至高达4cm。当神经电流源位于脑后部或两侧的太阳穴区域时，不论头颅的形状怎样，也不论神经电流源的方向怎样，定位精确度一般都较低（赵仑，2004）。
第二，MEG要求被试在检测过程中头部不动，这样使以儿童为被试的研究受到限制（胡洁，胡净，黄定君，2003）。
第三，维护难和造价贵。MEG需要超导量子干涉设备与磁屏蔽设备，因此维护难且造价高。
MEG应用于阅读研究的案例
1.用MEG探讨第二语言学习的脑机制
人脑会不会使用或者发展别的神经组织来负责第二语言的学习呢？Zhang、Kuhl、Imada、Kotani和Tohkura（2005）利用MEG技术，对此问题进行了探讨。实验探讨被试对音位的加工，被试为10个日本被试和10个美国被试，实验材料是日语中没有而英语中有的特殊音节。在实验一中，控制材料为英语和日语中都有的音节。在实验二中，控制材料为模拟特殊音节的语音，任务为语音辨别任务。实验结果表明，日本被试对模拟语音的差异不如美国被试敏感，而且在加工非母语语音音节时，运用大脑两个半球中更多的脑资源，大脑的颞上部和顶下部位激活的时间更长。而对于英语和日语中都有的音节，日本被试和美国被试则没有显着差异。基于此，研究者提出：早期特定语言的经验产生了对该语言的语音特征的神经专职化，从而干扰了外语的加工过程，使之效率降低。这样看来负责组织学习第二语言语音学习的脑区和年龄存在很大的关系。
2.运用MEG探讨早期句法切分过程的脑机制
有研究者（高兵，曹晖，曹聘，2006）运用MEG技术来确定参与早期句法切分过程的大脑皮层结构。他们向被试听觉呈现包含词类错误的句子，要求被试判断其句法正确性，记录被试对句法违反时的大脑反应。结果发现，早期句法切分过程由颞叶区域（可能是颞上回前部）和左侧额叶支持。在这些区域，五名被试中的四名表现出左脑优势的双侧激活。左侧颞叶区域对早期句法过程的作用比左侧额叶区域的作用更大。
2.3.4 fNIRS
什么是fNIRS
fNIRS是functional near-infrared spectroscopy（功能性近红外光成像技术）的简称。20世纪70年代末出现，近20年来同脑电图、功能性核磁共振成像等技术一样，成为探索脑机制，特别是阅读心理的有效工具。fNIRS是一种非侵入式的脑功能成像技术，它利用近红外光，穿过头皮及脑组织，直接监测神经活动引发的脑区血液动力学的变化状况。通过氧合血红蛋白浓度（HbO）、脱氧血红蛋白浓度（HbR）、总含氧量（HbT）等指标反映出脑各区域的活动情况（刘宝根，周兢，李菲菲，2011）。
fNIRS的原理
基于不同的发射光原理，fNIRS分为三种类型：时域系统（time-domain）、频域系统（frequency-domain）和连续波系统（continuous wave，CW）（Hoshi，2007）。时域系统的入射光源是一个超短脉冲，通过计算该脉冲在脑组织内传播过程中的变化程度得出结果；频域系统采用高频调制光源，通过检测反射光的衰减和相位变化情况得到数值；连续波系统以恒定强度的入射光为光源，通过测量光强的衰减情况计算脑组织对光子的吸收程度（Wolf，Ferrari，& Quaresima，2007）。目前常用的是连续波系统，在这个系统中，近红外光以恒定波幅照射在大脑皮层上，光源经过脑组织的反射，最终被同样放置在头皮上的探测头监测到，其中损耗的光能通过数据计算就可以得到，然后通过修正版的比尔定律（Lambert-Beer law），就可以获得HbO和HbR等指标。同其他光学成像技术一样，它具有可靠的信度，并且快速、安全、易用。
fNIRS的优缺点
1.fNIRS的优点
fNIRS是一种非侵入式的脑功能成像技术，它通过近红外光，穿过头皮及脑组织，直接监测神经活动导致的脑区血液动力学变化状况。fNIRS操作简便，造价低，对人体无损伤，便携性好，适用于自然情境、低幼儿童和特殊人群的认知神经科学研究（刘宝根等，2011）。由于fNIRS对被试实验过程中的动作不是特别敏感，对运动具有较高的宽容度，所以相比于对运动敏感的fMRI，fNIRS为运动领域脑功能活动的研究开辟了一条新路，提高了该领域研究的生态效度。
2.fNIRS的缺点
脑组织的穿透性低，只能探测大脑皮层的活动状况，生理噪声会掺杂在皮层神经活动所引发的血液动力学信号中，从而影响对神经活动的观测。不能得到HbR和HbO浓度的绝对量，时间分辨率低，空间分辨率有限。
运用fNIRS的研究案例
1.言语流畅性的fNIRS研究
权文香、白云峰、董问天、田菊和杨淑珍（2012）采用近红外脑功能成像仪，探讨正常人在言语流畅性任务中额叶激活状态的特点。实验中有77名右利手健康被试，其中男性38名，女性39名，男女被试者的年龄、受教育年限差异均无统计学意义。结果发现，被试以给出的字为首说出的平均词汇数为4.07±1.15；将额叶11个通道的测试开始后5—10s与测试开始前5s进行比较，氧合血红蛋白平均值的差异有统计学意义。这表明近红外光成像技术可用于对正常被试言语流畅性的检测，但该研究仅为初步探讨，只关注了任务的脑激活时程信息，报告的激活通道信息有限，且仅为前额区的探测，所以对该任务的研究还有待进一步深入。
宋明桥、郑文旭、李晓红和刘萍（2011）尝试编制一种类似于英语版本的汉语言语流畅性测验。该测验包括三个汉语文字流畅性测验和一个汉语分类流畅性测验。第一个汉语文字流畅性测验是给出一个汉字发音，让被试说出与此发音相同的同音字；第二个测验是给出一个声母，让被试说出以此声母开头的汉字；第三个测验是给出一个音节，让被试说出以此音节开头的词语。汉语分类流畅性测验是给出一个表示类别的词语，让被试说出符合此类别的词语。在该实验中，研究者选取30名母语为汉语的读者作为被试，要求他们完成新编测验，同时用fNIRS技术检测对PET的激活作用。结果发现，提示音节说词语的汉语文字流畅性测验在60s内的平均成绩为12.8个，在位于PET的13个通道中有12个通道测验中的血红蛋白浓度的相对值显着高于测验前和测验后。该实验结果表明，新编制的提示音节说词语的汉语文字流畅性测验与英语版本在形式上相似，并有客观证据证明其能有效激活人脑PET的神经活动，能作为一种测量PET功能的神经心理学测验应用于以汉语为母语的人群。
2.语言产生的fNIRS研究
Cannestra、Wartenburger、Obrig、Villringer和Toga（2003）用两通道近红外光谱仪来比较正常人运动区和语言区的血氧和脱氧变化情况。8个被试被要求做3个任务，包括视觉物体命名、口腔运动、右指反向运动。测量位置为运动区和额下区。结果发现，视觉命名任务中脱氧量的变化在大小、位置、时程方面都区别于其他任务。Kovelman等人（2009）采用fNIRS研究双语者语言加工的语言特异性和认知整体性脑机制问题。实验使用图片命名任务，被试为高水平手语—口语双语者，包括美国标准手语—英语双语者组、美国标准手语单语者组、英语单语者组。任务包括单语模式（每次用一种语言）和双语模式（同时或者快速切换地使用双语）的图片命名。结果发现，在双语模式下，双语者的颞叶后端（威尔尼克区）比单语模式下有更强的激活。这表明双语者熟练的双语能力与具有语言加工特异性的颞叶后端区域有关。Moriai-Izawa等人（2012）采用fNIRS比较了出声命令任务与默声命名任务的不同，30名健康被试参加了实验。结果发现，出声命名任务与经典的左半球言语区（左侧额下回、颞中回、颞上回、前中央区和后中央区）的含氧血红蛋白的提升有关，同时双侧的颞中回和颞上回被激活，而默声命名任务仅激活了左侧颞中回。此激活模式反映了出声词生成功能网络的主要部分。
2.3.5 ERP
什么是ERP
ERP是event-related brain potential（事件相关脑电位）的简称。ERP是在EEG的基础上，采用简单的平均技术把与特异性的感觉、认知以及运动事件相关的神经反应从EEG中提取出来，这些特异性反应就是ERP。1964年，Walter等人发现了第一个认知ERP成分CNV（伴随性负变化）。CNV反映了被试对即将到来的靶刺激的准备。1965年Sutton等人发现了P3，即当被试不能预计下一个刺激是听觉刺激还是视觉刺激时，刺激会诱发一个大而正的P3成分，峰值在刺激后300ms左右，从此P3成了认知心理学的研究热点（沈德立，2013）。
ERP的原理
ERP有两个重要的特性：（1）潜伏期恒定；（2）波形恒定。与此相对，自发脑电则是随机变化的。所以，可以将同一事件多次引起的多段脑电记录下来，每一段脑电都是各种成分的综合。将由相同刺激引起的多段脑电进行多次叠加，由于自发脑电或噪音是随机变化的，有高有低，相互叠加时就出现正负抵消的情况。而ERP的信号有两个恒定的特性，所以不会被抵消，反而其波幅会不断增加，当叠加到一定次数时，ERP信号就显现出来了。ERP的提取原理见图2.16。
叠加n次后的ERP的波幅增大了n倍，因而再除以n，使ERP恢复原形，即还原为一次刺激的ERP数值。所以ERP也被称为平均诱发电位，平均指的是叠加后的平均。
ERP实验操作程序
ERP的记录装置是一个电极帽，上面有多个记录头皮电活动的电极，这些电极在帽子上的位置是根据国际脑电图学会于1958年制定的10—20系统确定的。每一个电极记录到的脑电变化代表的是特定位置头皮上的电位情况。
10—20系统的原则是头皮电极点之间的相对距离以10%与20%来确定，有两条标志线。一条称为矢状线，是从鼻根到枕外隆凸的连线，从前向后标出5个点：Fpz、Fz、Cz、Pz、Oz。Fpz之前与Oz之后的线段长度占全长的10%，其余各点间距离均占全长的20%。另一条称为冠状线，是两外耳道之间的连线，从左到右也标出5个点：T3、C3、Cz、C4、T4。T3和T4外侧各占全长的10%，其余各点间距离均占全长的20%。Cz点是两条线的交汇点，常作为确定电极帽是否戴正的基准点（魏景汉，罗跃嘉，2002），见图2.17。
ERP测量的一般程序是这样的：多次呈现词汇刺激，同时记录脑电信号，叠加并平均这些信号以消除自发电位的影响，由此得到事件相关电位。
开展一项实验的具体步骤是：（1）在被试头皮上安置许多电极；（2）被试要完成一些任务，如看一串词，并且当一个特殊词出现时给予反应。每一个刺激词呈现时，每个电极都会产生波形，表明电位的变化（与参照电极相关），这种波形产生于刺激词的开始。测量所得就是头皮上某一位点的电活动的总和。为了获得与每个刺激类型相一致的信号，波形要取多次试验（一般多于20次）的平均值。ERP的实验操作流程见图2.18。
ERP的成分
ERP中的正波被命名为P，负波被命名为N，在P或N后标出潜伏期，例如200ms的负波记为N200。也有标记该成分出现次序的，如果该成分为刺激后出现的第1个负波，可标记为N1；如果该成分为刺激后出现的第1个正波，则标记为P1。
ERP成分较多，主要有P80、N100、P200、N200、P300、N400和LPC等。P300是最稳定的，且受关注程度及应用最广泛。P80、N100、P200为外源性成分，易受刺激影响，但尚未真正参与认知，相当于外周的成分。N200、P300、N400等为内源性成分，不受刺激物理特性的影响，与认知有密切关系。
ERP的优缺点
1.ERP的优点
第一，极高的时间分辨率。ERP是刺激事件引起的实时脑电波，直接反映了神经的电活动，时间精度可达毫秒级。
第二，简单且适用年龄广。ERP测量相对简单，适合任何年龄的被试（屈晓兰，2004）。
第三，价格低。ERP的造价较低，使用维护也比较方便。
第四，可以同时收集到行为数据和神经生理学资料。即将行为表现和ERP波形结合，可研究认知活动的规律。
2.ERP的缺点
第一，较低的空间分辨率。ERP在空间上只能达到厘米级，主要的影响因素是容积导体效应与封闭电场。
第二，不宜研究复杂的认知活动。ERP只有在刺激非常简单且所给任务只涉及基本认知过程时才更有说服力。
第三，试验次数多，被试易疲劳。为了得到一致的平均波形，每一类刺激需要大量重复，实验的持续时间较长，被试很容易感到疲惫。
运用ERP进行阅读研究的案例
1.句子理解过程的研究
句子理解的三阶段模型主张句子理解包括三个阶段：第一个阶段为纯句法阶段，在词类的基础上建立其最初的句法结构，为基于词类信息的句法结构建立过程；第二阶段为词汇语义和形态句法加工，进行主题角色分配；第三阶段为多种类型信息（包括句法信息）的整合，形成对句子意义的最终解释（Friederici，2002）。而与句法信息整合相关的阶段一般被认为存在于第一阶段和第三阶段。关于这两个阶段的神经机制的探索主要应用了ERP技术。
LAN和P600所反映的分别是第一阶段和第三阶段的加工。左前负波（left anterior negativity，LAN）一般被认为是由词类违反所导致的。LAN主要分布在大脑左半球前部，因此被叫作左前负波，其潜伏期为300—500ms（Friederici，Hahne，& Mecklinger，1996）。Weber-Fox和Neville（2001）比较了二语被试和母语被试处理封闭类词汇和开放类词汇时的差异。在英语中，开放类词汇主要表达有参考意义的内容，而封闭类词汇则主要与句子加工中的语法信息相关。在母语被试中，两类词都诱发了负波，但是在潜伏期和脑地形图的分布上存在差异。开放类词汇的负波分布广泛，峰值出现在350ms；而封闭类词汇的负波在左前脑区的分布更明显，峰值出现在280ms。另外，在二语习得年龄方面，习得年龄为7岁以后的学习者较7岁以前的学习者，封闭类词汇引发的N280效应的潜伏期延长了。而对于开放类词汇来说，则没有这样的情况。研究者认为是二语被试和母语被试习得年龄的差异引起功能词处理上的差异。
2.字词加工的研究
N400是ERP的一个负相、内源性成分，它反映了大脑对语言的认知加工过程。研究者一般从N400的波幅、潜伏期和头皮分布特征这三个方面来分析大脑的语言认知加工过程。波幅的大小与语言认知加工的难易程度有关，潜伏期能反映语言认知加工的时间进程，头皮分布特征则表明语言认知过程的脑内源。Kutas和Hillyard（1980）首先发现了N400。他们给被试呈现与语境不一致的歧义词，例如，“他给热的面包涂上袜子”，发现该句尾歧义词——袜子——诱发的ERP在400ms左右出现了一个负成分，即N400。词汇水平加工的困难会影响到词汇后加工的整合过程，从而间接导致N400的变化，因此，直接影响N400的还是词汇后整合过程。
吴岩、王协顺、陈烜之（2015）以汉字为实验材料，在实验中操纵两种部件结合率：携带位置信息的部件结合率（position-specific radical combinability，SRC）和不携带位置信息的部件结合率（position-general radical combinability，GRC）。实验中，研究者要求被试进行方位判断，并记录被试脑电的变化。其中，实验一以假字作为填充刺激，结果发现SRC的变化引发P200效应，而GRC的变化引发了大脑半球右侧化偏向的N400效应。实验二以简单几何图形作为填充刺激，结果发现SRC所引发的P200效应消失了，但GRC所引发的大脑半球右侧化偏向的N400效应保持稳定。该结果说明部件结合率可以在汉字加工中产生作用，但是携带位置信息的部件结合率在汉字加工中容易受到假字所引发的注意偏向的影响，而不携带位置信息的部件结合率在汉字加工中的作用相对稳定。
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