心理所研究揭示低限定性語境下的語義預測加工

大腦在什么情況下進行語言預測？

　　哲學家克拉克提出“人類大腦是一個預測機器”。根據當前情境對將要出現的信息進行預測，是人類重要的認知智能。而語言作為雕刻在人類大腦上的一件復雜而精致的禮物，其交流與理解過程也上演著預測加工。在日常交流中，人們常常遇到一方話音未落，另一方已經猜到對方想要表達什么的情況。無論是個體經驗或實驗證據，均表明在口語或書面語理解與交流中，大腦對尚未出現的語言信息進行著主動預測。例如，在聽到“喝咖啡時，我喜歡加點糖和…”，大腦會主動預測下一個詞語及其相關信息。

　　大腦在什么情況下進行語言預測？大多數的研究證據來自于高限定的語境，在這類語境中，可以預測到某一具體詞匯(喝咖啡時，我喜歡加點糖和奶)。那么，語言預測是否僅發生在可預測到具體詞匯的高限定性語境中呢？在低限定性語境下，預測是否會發生？對該問題的澄清具有重要的理論價值，因為低限定性語境更符合大部分自然語言理解的情境，同時可以揭示大腦基于有限的信息，預測抽象語義特征的能力。

　　為了回答上述問題，中國科學院行為科學重點實驗室李興珊研究組的青年特聘研究員屈青青牽頭開展了一項研究，考察了在低限定性語境下，當語境僅提供抽象語義概念線索時，大腦是否基于有限的信息進行語義特征預測。該研究采用腦電技術、結合表征相似性分析(RSA)，利用漢語中特異性的量詞，考察生命性語義特征的預測加工。

　　漢語量詞限定著隨后出現的名詞生命性，比如，與“一位”這一量詞搭配的名詞是有生命性的，而與“一張”搭配的名詞是非生命性的。漢語量詞并不會限定隨后出現的具體名詞，“一位”搭配的可以是“教授”，也可以是“老人”，而“一張”可以搭配為“一張椅子”“一張紙”。已有研究表明，有生命性實體比無生命性實體共享更多相似的特征，比如有生命的實體大多會呼吸、會活動、有知覺等等。該實驗利用漢語量詞對名詞的生命性限定作用，分別選取了一組具有生命性限制的量詞(如“位”，“匹”)，一組具有非生命性限制的量詞(如“本”，“件”)，并選取了與每一個量詞搭配的名詞。實驗中視覺分屏呈現量詞與名詞，并實時記錄被試的腦電信號。

　　基于有生命性的名詞比無生命性的名詞共享更多的語義特征(圖1)，我們預期有生命性的名詞(“教授”，“小孩”，“猴子”)引發的神經活動模式相似度將高于非生命性名詞(“雪花”，“石頭”，“椅子”)之間的神經活動相似度。研究結果驗證了上述研究預期，表現為與非生命性名詞相比，有生命性名詞之間的神經活動相似度更高。更重要的是，這種相似性效應在名詞呈現之前已開始展現(240 ms，圖2A)；同時，事件電位分析發現，在名詞呈現之前出現了“預測波”(prediction potential，圖2B)。上述研究結果為低限定語境下的語義預測加工提供了證據。

圖1. 量詞(A)與名詞(B)的語義相似性矩陣

圖2. 表征相似度分析與事件相關電位分析結果。A.表征相似性分析顯示名詞呈現前240毫秒開始出現名詞生命性的神經表征相似度效應 B.事件相關電位分析顯示名詞呈現前開始出現預測波(prediction potential)C和D.量詞-名詞的不一致搭配引發N400效應

　　綜上所述，該研究利用神經表征相似度分析與漢語量詞的特性，揭示了在低限定語境下，當語境僅提供抽象語義概念線索時，大腦依然基于有限的信息進行語義特征預測。面對龐大而冗雜的語言信息洪流，大腦也許不能時時精確地預測出下一個詞語、下一個句子，但是在一直盡可能地預測著：接受著當下的信息，激活著過去的知識，構建著對未來事件的期許。

　　該研究受國家自然科學基金面上項目(32171058)、國際(地區)合作與交流項目(62061136001)、北京市科技新星項目(20220484081)、中國科協青年人才托舉項目(YESS20200138)、中國科學院青年創新促進會項目、中科院心理所“揭榜掛帥”項目(E2CX3625CX)的資助。

　　該研究成果已在線發表于Cerebral Cortex，文章的第一作者為心理所訪學學生黃紫睿，通訊作者為心理所青年特聘研究員屈青青。

　　論文信息：Zirui Huang, Chen Feng, Qingqing Qu.* Predicting coarse-grained semantic features in language comprehension: evidence from ERP representational similarity analysis and Chinese classifier, Cerebral Cortex, 2023, bhad116, https://doi.org/10.1093/cercor/bhad116

　　相關論文信息：Li, X., Li, X., & Qu, Q.* (2022). Predicting phonology in language comprehension: Evidence from the visual world eye-tracking task in Mandarin Chinese. Journal of Experimental Psychology: Human Perception and Performance, 48(5), 531–547. https://doi.org/10.1037/xhp0000999