识别电位认知功能探析
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摘要：识别电位(Recognition Potential，RP)是被试看到可识别视觉刺激时，在200-250ms内达到峰值的脑电反应。识别电位的研究正处于理论探讨阶段，有两种主要观点用于解释RP。一种观点强调RP反映了视知觉分析成分；另一种观点强调RP反映了语义或概念加工成分。两种观点至今未达成一致。最近，针对两种观点质疑，研究者们提出了类别特征加工的观点，这一新观点在理论上符合大脑经济性的原则，具有一定的优越性，但尚需要更多的实证研究的支持。未来的RP研究应从实验材料的多样化、多研究方法结合、类别特征加工能力的习得机制等方面展开。
关键词：识别电位；视觉信息加工；语义加工；类别特征加工
分类号：B842；B845
识别电位(Recognition Potential，RP)，是被试看到可识别视觉刺激(如词或图片)时，在约200-250ms内达到峰值的脑电反应，它由美国纽约州立大学布鲁克林医学中心的Rudell教授于1991年首次描述(Rudell，1991)。
陈兴时、张明岛和Davis于1995年介绍了RP的研究，他们对Rudell实验室诱发识别电位所用的刺激特点、实验方法等做了细致的介绍。近年来这一电位的研究有了值得注意的新发展，研究者们对这一电位的功能展开了理论探讨，出现了两种不同的观点。本文先简要介绍识别电位的研究范式，然后主要讨论目前存在的两种观点的争论，并在此基础上提出一种可以融合两种观点的新观点。最后讨论这一新观点的未来研究方向。
1 识别电位的研究范式
目前，RP的研究一般沿用Rudell于1992年发展的快速流刺激(Rapid Stream Stimulation，RSS)范式。这一范式是将可识别刺激(词或图片)与不可识别刺激(背景刺激)以很快的速率交替呈现(刺激呈现时间为200-300 ms)。背景刺激没有特定的结构或意义但与可识别图像有相同的物理属性(如，亮度、大小、饱和度等)。被试看到的大部分是背景刺激，目标刺激在间隔2-7个背景刺激之后随机出现。
RSS范式得以发展有两个原因(Iglesias et al.，2004)：一方面。快速呈现刺激可以减少被试对无关变量的加工进而提高电生理信号：背景刺激的引入能减少视觉相关成分对RP的影响。如N1-P2复合体的潜伏期易与RP的潜伏期重叠，且可以抑制晚成分对RP的影响。另一方面，可识别刺激随机出现在2-7个背景刺激之后，可以防止前一个可识别刺激诱发的晚期负成分与新的可识别刺激出现的时窗重叠而使RP波形受到污染。背景刺激的作用是避免被试形成反应定势或提前反应，并缓解被试保持高度注意引起的疲劳。
Iglesias等人(2004)检验了RSS范式的效度，他们系统地改变背景刺激出现的概率，结果显示，在没有背景刺激的正常语言刺激中(如句子)，同样可以获得RP，只是成分不是很清晰，有些弯曲，波峰无法确定，而使用RSS范式可增加RP的可视性(visuability)。因此，RSS范式是一种很好的提高信噪比的方法(Martin-Loeches，2007)。尽管如此。使用RSS范式可能存在一定的风险。如，Dien(2009)指出，RSS可能改变了RP正常的激活时程。
RSS范式并不是获得RP的唯一方法。Dien，Frishkof￡Cerbone和Tucker(2003)使用主成分分析(Temporal Principal Component Analysis，tPCA)方法也获得了RP。他们只呈现可识别的词，用这些词构成可读的句子，使句子中的最后一个词与前面的语境一致或不相关。然后对大量被试样本的脑电记录进行主成分分析(tPCA)使RP分离出来。Mari-Beffa。Valdes，Cullen.Catena和Houghton(2005)用不同于RSS和启动任务的范式(没有背景刺激，只是延长刺激呈现时间，使启动刺激与探测刺激在时间上分割开来)，用传统的平均值检验法，也观察到了类似RP的负成分。2识别电位的两种理论解释
目前，对RP的功能解释存在两种主要的观点。一种观点认为，RP是视知觉信息加工的反映；另一种观点认为，RP是语义或概念早期加工的反映。两种解释都得到了相应的支持数据。
2.1视觉信息加工的解释
RP的发现者Rudell起初认为，RP可能反映了视觉刺激的知觉分析加工。他们的研究主要集中于描述影响RP的视觉的或“格式塔”的特征，通过加入不同知觉变量探讨可能影响RP的因素。结果表明：一些因素可以增加RP的潜伏期，如降低图像的质量(Rudell＆Hua，1995)、在可识别刺激和背景刺激中添加随机点(Rudell&Hua，1996a)、加大刺激在视网膜上的刺激区域(Rudell&Hu，1999)、对刺激进行翻转(Rudell，Hu，Prasad，&Andersons，2000)。
Rudell等(2000)认为，RP反映了个体对刺激模式的知觉经验。相似形状的视觉模式倾向于组成一个整体，特别是当模式间距离较小时，这种现象更明显。包含相似元素的区域倾向于被看作一个整体而从各不同的元素背景中突显出来，格式塔的这一原则是后天识别经验所导致的而并非先天具体的，因此，对模式的熟悉性可能在相似元素组成整体的过程中起着关键作用。如，在Rudell(1999)的研究中，词语被分为高频和低频两类，呈现速率均为200 ms/个，词语间的时间间隔为800ms，在两词语间加入随机字符串。结果发现，高频词与低频词诱发RP的平均潜伏期间存在显著差异，前者比后者短26ms。Rudell因此认为RP的潜伏期反映了词语快速呈现时的词频效应。
RP是对视觉刺激的格式塔特征的反映而非语义加工的反映(Rudell et a1.，2000)。Rudell和Hu(1999)假设，如果大的、复杂的目标由于其刺激更大的视网膜区域而被看作是强度更大的目标，那么它诱发的反应将比小目标表现出更大的波幅和更短的潜伏期，反之亦然。研究者通过改变5*5矩阵中字母行数的变化来控制目标的大小。例如，如果矩阵中的五行都为字母O，此为大目标刺激；如果矩阵中间的一行为字母Of而其余四排为非字母)，则为小目标刺激。他们的研究结果表明(如图1)，识别刺激的面积大小决定了参与识别过程的神经组织数量，从而导致RP波幅的变化。此外，可识别刺激特征上的复杂性(如，O与G)也会导致RP波幅的变化。
从上文可以看到，RP的视觉信息加工解释，仅仅强调刺激的物理属性对RP的潜伏期和波幅的影响，并没有研究RP和语义早期加工的关系。
2.2语义早期加工的解释
Rudell和Hua(1997)曾经提到，RP也可能是
对刺激的语义早期加工的反映，因为他们的研究只比较了真词与不可识读的字母串，不能排除RP与正字法加工的相关性。但是他们并没有进一步检验RP代表了正字法加工的可能性。随后，Martin-Loeches，Hinojosa，Gomez-Jarabo和Rubia(1999)认为Rudell等人所有先前的研究都没有考虑正字法的不同水平。因此，他们在实验中使用了4类反映不同语言加工水平的刺激材料：非词、无意义的不符合正字法规则的随机字母串、符合正字法规则无意义的假词、真词，让被试在快速刺激流中完成语义判断任务。结果发现，四种水平的刺激都能诱发RP，且所诱发的RP波幅有显著差异，RP的波幅随刺激接近真词而逐渐增加，真词的RP波幅最大。这项研究可作为说明RP对语义刺激敏感的最直接的证据，同时，研究指出，RP不是全或无的现象，而是对阅读不同分析水平的渐进反应。
Martin-Loeches等人其后的一系列研究发现：动物词比非动物词诱发更大的RP波幅值(Martin-Loeches，Hinojosa，Gomez-Jarabo，&Rubia，2001a)；具体词比抽象词诱发更大波幅的RP(Martin-Loeches，Hinojosa，Fernandez-Frias，&Rubia，2001b)；开音节词(open-class words)比闭音节词(closed-class words)诱发的RP波幅值更大(Hinojosa et a1.，2001)。总之，RP波幅随词汇特征的不同而不同，这些词汇特征只有通过适当的语义加工才能识别(Martin-Loeches，2007)，因此，RP波幅反映了词汇的早期语义加工。
Martin-Loeches，Hinojosa，Casado，Munoz和Fernandez-Frias(2004)采用RSS实验范式与获得N400的经典实验范式相结合。即在RSS中加入句子，使句子中的词与无意义的背景刺激交替出现，句中最后一个词与前后句子的关系分为一致与不一致两类。结果表明.与上下文一致的词在264ms记录到RP，与上下文不一致的词在顶枕部记录到N400。这一结果使RP语义加工的观点更为明确，即RP反映的是更早的语义加工过程，其本质是自动化的。
3 识别电位两种解释的质疑
到目前为止，有关RP的解释仍然没有达成共识，它究竟反映了大脑对视觉刺激的知觉分析过程，还是反映了受到自上而下加工调节的语义加工呢?
似乎视觉加工的观点和语义早期加工的观点都有解释不了的实验数据。例如，视觉加工的解释不能解释为什么词汇类别(动物词与非动物词，具体词与抽象词等)以及上下文效应导致RP波幅上的变化，也不能解释为什么词语启动(Rudell＆Hua，1996a)、预先的提示信号(Rudell＆Hu，2001)都会影响RP的潜伏期；RP的语义加工观点不能解释为什么降低图像的质量、添加随机点、加大刺激在视网膜上的刺激区域，会影响RP的波幅或潜伏期。
近来，Pu，Peng，Demaree，Song，Wei和Xu(2005)针对RP的语义解释提出了质疑，他们用假字、非汉字作为背景刺激，让被试在不同的背景(假字或非汉字背景)中探测真字。结果发现，在不同的背景条件下，真字诱发的RP在波幅和潜伏期上均不同。他们推断，这一结果可能是由真字与背景字(假字或非字)在物理特征上的差异检测导致的。
Hinojosa，Martin-Loeches，Munoz，Casado和Pozo(2004)让两组被试分别完成两类任务：字母大小写区分判断任务和动物名字检测任务。研究者认为在两类任务中被试对刺激加工的深度是不同的，前者属于浅加工，后者属于深加工。但结果表明，两类任务中诱发的RP并无差异。这一研究结果是视觉加工理论和语义早期加工理论都无法解释的。
另一些研究也发现类似的结果，例如，Dien等人(2003)用主成分分析法分析RP，发现源于左半球梭状回的RP对词语与上下文的符合程度敏感，而起源于右半球的RP则对非语义的维度敏感。这一研究结果也是视觉加工理论和语义早期加工理论都无法解释的。
Martin-Loeches(2007)重新诠释了RP的功能解释，并否定了他先前提出的语义加工的观点，转而认为RP可能反映了词形分析阶段的加工。这一加工过程与面孔加工模型(Bruce＆Young，1986)、物体加工模型(Ellis&Young，1996)、人名视觉加工模型(Black&Behrmann，1994)类似。RP溯源可能在视觉词形区(Visual Word Form Area，VWFA)，词形分析是一个受到自上而下与自下而上信息加工双重调节的阶段，它接合了视知觉分析与语义加工提供的信息(Martin-Loeches，2007)。Dien(2009)持类似的观点，认为在250ms这一时段内，不同通路的信息被快速激活以达到对语言的初步加工.此时刺激并末被真正的识别。
这一解释强调RP反映了词形分析阶段的加工，实际上与Rudell的解释相似，即RP反映了视知觉分析，因此也不能解释为什么词汇类别(动物词与非动物词，具体词与抽象词等)以及上下文效应导致RP波幅上的变化。虽然这一解释也认为词形分析是一个受到自上而下与自下而上信息加工双重调节的阶段，整合了视知觉分析与语义加工提供的信息，但是很难解释视知觉分析与语义加工提供的信息是如何整合的。
因此，RP需要一个新的解释，能够解释语义加工的观点和视觉加工的观点所不能够解释的实验结果。
4 类别特征加工的新观点
4.1类别特征加工解释的基本观点
新观点认为(zhang，Liu，&Zhang，2009；Manuscript)，RP可能反映了视觉刺激的早期类别自动分拣机制，这一分拣机制是凭借类别特征的加工而实现的。这里所说的类别特征既可以是视觉的类别特征，也可以是语义的类别特征。两类特征的加工谁主谁辅、谁强谁弱，取决于实验任务，大脑具有高度的灵活性。类别特征加工能力是经验的结果，受学习的影响。
这一新观点既承认RP与视觉刺激的类别特征有关，例如，视觉刺激的物理特征发生变化的时候(如镜像汉字与正像汉字、正立的汉字与旋转之后的汉字、图像质量的高与低)，其类别特征发生了变化，所以会影响RP的潜伏期或波幅。
这一新观点也承认与自上而下的语义类别加工有关，主要体现为实验任务的影响，例如。指导语要求被试识别汉字的时候，可识别的图形和汉字的RP会有显著的差别；指导语要求被试识别动物词的时候，非动物词和动物词的RP会有显著的差别。
4.2类别特征加工解释的实验证据
类别特征加工的观点承认RP与视觉类别特
征有关，这已经得到实证研究的支持。例如，可识别的真字和不可识别的假字的RP差异主要表现在潜伏期上，而不在波幅上fzhang et a1-2009)。这一研究结果说明，真、假字由于具有相同的类别特征(看上去像汉字)而无法在早期成分RP上分离开，二者的区分应该发生在视觉刺激经过类别分拣并输送到汉字识别加工区之后的精细识别。张烨等的新近研究(zhang et a1.，Manuscript)结果进一步证实类别分拣的存在.真、假字的分离出现在晚期成分上(如P300)。其次，类别分拣机制是以类别特征(如，汉字的特征)加工为基础，这一假设也得到相应的实验证据(zhang，Yuan，Bao，&Zhang，2008)。正常情况下的汉字识别的RP波幅总体偏高；但是在非正常的情况下(如镜像汉字的识别)RP波幅因此会有不同程度地降低(zhang et a1.，2008)。Zhang等(2009)的研究结果显示，正像汉字比镜像汉字诱发的RP波幅更大。Zhang，Qiu，Huang，Bao和Zhang(in press)也指出，250ms左右出现类似RP的N2可能与词形特征加工有关。
类别特征加工的观点承认RP与语义类别特征的加工有关，这也有实证研究的支持。Mari.Beffa等(2005)报告了一个与RP的潜伏期和地形图分布极其相似的负成分，研究者认为这一负成分对刺激的语义分类(如有生命与无生命的词汇)敏感。又例如，Rudell和Hua(1996b)的研究让汉一英双语者按任务要求检测不同类型的目标词(重叠的白色英语单词、重叠的蓝色汉字、或重叠的白色英文单词与蓝色汉词)，结果发现，RP受任务指示的影响，随目标刺激类型的变化而变化。这可能是由于研究中使用了不同的颜色来标示词类，如白色的英文单词和蓝色的汉字，每一特定的颜色代表特定刺激类别，因此类别特征是RP在此研究中产生的主要原因。类似地，非字母格式塔模式(Rudell&Hu，2000)和被试不认识汉字(Hinojosa et a1.，2000)也可被看作是具有特殊类别特征的刺激，从而引起RP反应。
类别特征加工的观点认为类别特征的加工能力是学习的结果，这也有实验证据的支持。Rudell和Hua(1996a)认为，知识经验是诱发RP的前提条件。也有研究发现(，陈文峰，焦书兰，2001，)，视觉系统内的特异化区域的形成不是先天具有的，而是通过学习使特定特征组合形成的。再以Martin-Loeches等(1999)的发现为例。他们发现，越符合真字字形特征的刺激，诱发的RP越大。被试在完成检测任务的过程中已建立起对每类刺激一般特征的印象。这样，假词诱发的RP与真字RP相似，而词语碎片由于特征和特征间的组合关系与真词相差甚远而没有诱发RP反应。
类别特征加工的观点在理论上，符合大脑经济性的原则，具有一定的优越性。对于不同类别的视觉刺激(例如汉字、英文、图片等)，大脑是用不同的特异化区域进行加工的，在这之前，脑凭借“类别分拣”机制将不同类别视觉刺激输送到不同的特异化区域对其进行精细识别。从认知经济的角度来看，类别特征加工的观点具有一定的优势：人脑先对刺激的类别特征进行加工，再将其输送到相应的“特异化区域”进行加工，这样可以防止相关的多个“特异化区域”之间的无序竞争，大大节省认知资源。
5 识别电位研究展望
类别特征加工的观点在某种程度上是对先前两类主要解释的继承和拓展，但这一新观点仍需要更多实证研究结果的支持和进一步发展。未来的研究应从以下几个方面着手：
首先，类别特征加工的观点承认RP与视觉刺激的类别特征有关，也与语义类别特征有关，那么这两类特征的加工是一种机制在不同条件下的不同表现.还是它们本身就具有不同的机制?如果是不同的机制，那么什么时候自动启动什么机制?语义类别特征是什么，视觉类别特征的关系是什么?两种特征加工之间的关系是并行不悖的还是相互竞争、相互抑制的?这有待更深入的研究。
其次，从类别特征学习过程的角度揭示RP的本质。因此，可以预言，类别特征的早期加工能力也是学习的结果，类别特征的假设表现出强烈的学习色彩。因此，进一步研究可以考虑引入新颖刺激的学习过程，探讨RP在不同学习阶段上的特征，以进一步揭示RP所代表的类别特征加工的习得机制。
再次，诱发RP的刺激材料应多样化。RP虽被界定为“识别电位”，但在Rudell和Martin-Leeches等人的研究中使用最多的刺激材料是词汇，这容易导致将RP看作是语言的特异成分。类别特征加工观点的相关研究仍是以词汇为主要刺激，未来研究需要采用词汇以外的多种多样的刺激，以进一步探讨RP代表类别特征加工的普遍性。
最后，RP的研究应结合多种数据记录手段和分析方法。Dien等人(2003)开创性地使用了参数主成分分析法探讨RP。这一结果也启发了Martin-Leeches(2007)，他在文章中讨论到VWFA与RP间的相关性。二者是否存在功能性联系需要功能核磁共振技术(Functional Magnetic ResonanceImaging，fMRI)的介入。将fMRI与ERP结合使用来记录RP激活过程及参与这一过程的相关脑区，能更好地检验RP与VWFA之间的关联性。