韩在柱课题组在《Journal of Neuroscience》发表论文揭示视觉词汇识别中信息的时空变化过程
韩在柱教授课题组于2021年在Journal ofNeuroscience发表了题为"Early top-downmodulation in visual word form processing: Evidence from an intracranial SEEGstudy"的研究论文。该研究使用立体定向脑电图技术（Stereo-electroencephalography, SEEG），采集癫痫病人的颅内脑电信号，探讨了视觉词汇识别过程中高级语言区对视觉词形区的反馈调节作用。
视觉词汇识别是对视觉输入的词汇基本视觉特征进行编码，并进一步获取词汇的形音义等信息的过程。这个过程至少包含对视觉字形和高级语言信息的加工。目前有关视觉字形在大脑中的加工方式存在两种理论：自下而上理论（bottom-up theory）认为大脑按照层级式进行信息加工，在基本的视觉字形特征加工完成之后，再进行高级语言信息加工；交互作用理论（interactive theory）则认为，视觉字形加工早期便受到了高级语言信息的反馈作用。韩在柱教授课题组曾通过脑损伤病人构建起了视觉词汇识别的脑白质网络（Li et al., 2021），也通过正常人的词汇学习实验为交互作用理论提供了支持性证据（Li et al., 2020）。在这项研究中，该课题组和合作者进一步使用高时空分辨率的SEEG技术，记录33名癫痫患者在完成词汇判断任务时的脑电信号，得到视觉字形和高级语言信息两种加工过程的时空间分布情况，并进一步发现高级脑区对视觉字形加工区存在早期反馈作用。
该研究共设计了四种实验刺激：真字（real words: RW）、符合正字法假字（pseudo words: PW）、违背正字法假字（nonwords: NW）和笔画改变字（stroke-changed words: SW）。被试在对这些字完成真假字词汇判断任务时，记录其脑电信号（图1）。对收集的脑电信号，首先使用时频分析方法，以BGA（broadband gamma activity: BGA, 60-140 Hz）能量值为指标，选取在实验任务中激活的位点，并将这些激活的位点根据AAL90模板进行脑区划分，定位出激活的脑区。随后，将同一个脑区的位点进行组分析，选出存在显著字形效应（word form effect: PWvs. NW）和词汇效应（lexical effect: RWvs. PW）的脑区和时间段。最后，使用格兰杰因果（granger causality）分析计算出脑区间的信息流动方向。
结果表明，90个脑区中，13个脑区得以激活。其中8个左侧脑区（枕叶中回、梭状回、颞叶下回、颞叶中回、角回、顶叶下回、中央前回和中央后回）从刺激呈现后50 ms显现出字形效应，而5个左侧脑区（距状裂、颞叶中回、颞叶上回、中央前回和中央后回）在刺激呈现后100 ms出现词汇效应。在有些脑区中，字形效应和词汇效应存在的重叠时空分布（中央前回：300-500 ms；中央后回：100-200 ms和250-600 ms）（图2）。另外，高级语言区在刺激呈现后150 ms之前对视觉加工区存在早期反馈信息（图3）。这些发现为视觉词汇识别过程的交互作用理论提供了新的支持性证据。
该研究主要由韩在柱教授团队和首都医科大学三博脑科医院关宇光教授团队联合完成，并受到北京语言大学邢红兵教授团队和北京师范大学宋艳教授团队的协助支持。论文第一作者刘怡是国家重点实验室在读博士生。
图1. 实验样例、实验范式、电极植入位点位置
（Semantic radical, S; Phonetic radical, P; Real words, RW; Pseudowords, PW; Nonwords, NW; Stroke-changed words: SW）
图2. 字形效应和词汇效应的时空间分布
（Calcarine sulcus, CS; Fusiform gyrus, FG; Inferior frontal gyrus,IFG; Insula, INS; Inferior parietal lobe, IPL; Inferior temporal gyrus, ITG;Middle frontal gyrus, MFG; Middle occipital gyrus, MOG; Middle temporal gyrus,MTG; Precuneus gyrus, PcUN; Precentral gyrus, PrCG; Postcentral gyrus, PsCG;Superior temporal lobe, STG）
图3. 不同实验条件下，视觉字形加工区和高级语言区间的信息流动的方向