來自意大利的研究人員在Brain Structure and Function雜志上發(fā)表文，探討了日常動作的運動和語言表征的功能相關(guān)性，特別是如何使用相關(guān)動作語句引起的潛在感覺運動激活效應(yīng)。以往研究發(fā)現(xiàn)，觀察簡單的動作（例如，精確抓握）和聽取特定動作的聲音（例如，行走）會激活感覺運動表征，但是更復(fù)雜的行為和更抽象的語言表征（例如，口頭描述）的感覺運動表征的激活機制則尚不清晰。語言表征在動作執(zhí)行或行為觀察是否會激活特定感覺運動表征也尚未可知。本研究在日?；顒又?，要求20名被試完成了分別完成：執(zhí)行（EXE），觀察（OBS）、聆聽簡短的口頭動作描述（LIS），在聆聽的同時觀察它們（OBS–LIS）以及聆聽的同時執(zhí)行動作（EXE–LIS）這5項任務(wù)，探討在執(zhí)行不同任務(wù)時感知覺運動網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的血流動力學(xué)激活模式（通過功能性近紅外光譜法，fNIRS）。研究發(fā)現(xiàn)，左半球中，在完成簡單觀察、觀察與聆聽相結(jié)合任務(wù)時，血流動力學(xué)響應(yīng)最低，在簡單執(zhí)行、聆聽并執(zhí)行動作時血液動力學(xué)反應(yīng)最大。研究結(jié)果表明，加工對動作的口頭描述可能會使感覺運動網(wǎng)絡(luò)比僅僅觀察動作更活躍。 

研究背景

動作理解不僅發(fā)生在觀察或執(zhí)行特定運動動作的過程中，也可以通過聲音表征引發(fā)。當(dāng)動物執(zhí)行特定動作并聽取與這些動作相關(guān)的聲音時，靈長類動物運動前皮層中的特定神經(jīng)元便會激活。此類神經(jīng)元細胞被標(biāo)記為視聽鏡像神經(jīng)元（audiovisual mirror neurons）。無論是否執(zhí)行，收聽或觀察動作，它們都會激活。此外，視聽鏡像神經(jīng)元甚至被認為可以編碼抽象內(nèi)容，即動作的含義。因此，聲音通道成為了研究感知覺運動系統(tǒng)中動作表征的另一種方法。此外，視聽鏡像神經(jīng)元作為一種基本的系統(tǒng)，參與人們對行動的理解和交流，它是手勢和語言之間的交互接口。

運動和運動語言概念表征之間的聯(lián)結(jié)得到了神經(jīng)影像證據(jù)的支持，這些證據(jù)表明，傳統(tǒng)的皮質(zhì)區(qū)中，被認為僅與運動或語言處理相關(guān)的區(qū)域，對運動和語言加工都有貢獻。本研究旨在探討日常行為動作的運動和語言表征的功能相關(guān)性，主要關(guān)注因使用與動作有關(guān)的句子而引起的感覺運動皮層激活效應(yīng)。以往的研究大多集中于動詞和與動作相關(guān)的句子，但是本研究更多的討論了通過語言描述的動作執(zhí)行和動作觀察對感知覺皮層的激活。

本研究根據(jù)日?；顒樱▓?zhí)行動作，觀察動作和口頭描述）設(shè)計了光學(xué)成像實驗，關(guān)注被試在執(zhí)行與動作相關(guān)的不同任務(wù)期間，腹前運動區(qū)和軀體感覺區(qū)的血流動力學(xué)激活模式?；谝酝芯?，本研究提出如下假設(shè)：

（1）動作的實際執(zhí)行將激活腹側(cè)前運動和體感結(jié)構(gòu)區(qū)，因為它們是感知覺運動網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵動作編碼腦區(qū)；

（2）根據(jù)視聽鏡像神經(jīng)元和具身認知理論，動作執(zhí)行，動作觀察和聽取與日常動作相關(guān)的語言刺激將部分和不同程度地激活側(cè)腹前運動和體感結(jié)構(gòu)區(qū)；

（3）因為在語義與運動表征存在相關(guān)性，因此與動作執(zhí)行和觀察相結(jié)合時，描述日常動作的語言將調(diào)節(jié)與任務(wù)相關(guān)的血液動力學(xué)反應(yīng)。 

被試

20名被試（10名女性，平均年齡24歲，年齡范圍22-28）參與了此次試驗，均為右利手，裸眼視力和校正后視力正常。

 實驗流程

任務(wù)順序在不同參與者之間進行拉丁方平衡，以控制由于任務(wù)順序而引起的潛在偏差。實驗包括五個條件，參與者必須完成：

（1）觀看日常動作的簡短視頻片段（OBS）；

（2）聽取日常傳遞動作的簡短口頭描述（例如“倒酒”，“擠海綿”； LIS）；

（3）在觀看日常動作的簡短視頻片段的同時，聽其口頭描述（OBS-LIS）；

（4）執(zhí)行日常動作（EXE）；

（5）在聽取口頭描述（EXE–LIS）的同時執(zhí)行日常動作。

在任務(wù)開始時，會給被試提供特定的指導(dǎo)語，以提醒他們完成每個特定任務(wù)所要做的事情（例如，“觀察”，“執(zhí)行”，“聽”，“邊聽邊觀察”和“邊聽邊執(zhí)行”）。每一個block包含了22種日常動作。因此實驗的試次總數(shù)為110，實驗刺激材料的呈現(xiàn)也是隨機的，以避免順序效應(yīng)偏差。

每一個試次開始時，被試會看到一個呈現(xiàn)2秒的“+”注視點。每個試次的完成任務(wù)的時間為6秒，之后跟隨一個10秒的空白屏。在執(zhí)行和執(zhí)行聽任務(wù)期間，主試會將用于實際動作操作的物體放在被試面前，通過肌電圖監(jiān)測外展肌的活動，來檢測運動執(zhí)行的開始并給fNIRS系統(tǒng)發(fā)送開始信號。

圖1 實驗設(shè)計與流程

實驗材料

在正式實驗開始之前，進行實驗材料的評定。50名未參與正式實驗的被試參與了對實驗材料的評定（36名女性，平均年齡為29歲，年齡范圍18-61歲）。被試要求對50個日常行為動作進行打分，分別對：熟悉度、復(fù)雜度、具體度和操作性進行打分。使用了Likert五點量表，1表示最不符合，5表示最符合。同時，也詢問被試完成該動作所使用的手，是使用利手還是非利手，還是兩只手都可以完成該動作。

對于每一個日常動作，實驗者都記錄了短視頻（5秒左右）、音頻和語言描述（5秒左右）。所有是視頻都在室內(nèi)環(huán)境高清拍攝。讓男性專業(yè)播音員閱讀簡短句子并錄音，這些句子描述了傳遞行為。

本研究對所有測試的動作的熟悉度，具體性和復(fù)雜性以及所涉及對象的可操作性進行了排名，然后選擇了22種最合適的動作作為實驗刺激（選擇標(biāo)準(zhǔn)：高度熟悉，高度具體; 低復(fù)雜度；動作中涉及到的可操縱對象高；使用優(yōu)勢手執(zhí)行的動作）。 

數(shù)據(jù)采集與分析

近紅外光學(xué)成像數(shù)據(jù)由NIRScout fNIRS系統(tǒng)收集，使用LED光源探測頭（光源波長：760和850nm）。根據(jù)10/10國際通用系統(tǒng)位置放置的16探測頭（8發(fā)射頭和8接受頭），放置于前運動區(qū)和體感區(qū)（Koessler等，2009）。采樣率為6.25 Hz。

圖2 根據(jù)10-10國際標(biāo)準(zhǔn)的fNIRS光極排布圖

紅點表示近紅外光源的位置；綠點表示探測器的位置；虛線灰線表示記錄通道。 

根據(jù)比爾-蘭伯特定律（Beer–Lambert law），計算出每個記錄通道的氧合血紅蛋白（O₂Hb）和脫氧血紅蛋白（HHb）濃度的相對變化值，并考慮到發(fā)射光的波長，傳感器的位置和通道之間的距離。使用0.01-0.3 Hz的帶通濾波器過濾原始數(shù)據(jù)，并目視檢查以剔除偽影（剔除標(biāo)準(zhǔn)：Hb信號的幅度超過±3 標(biāo)準(zhǔn)差范圍）。隨后，將時間窗鎖定為目標(biāo)刺激呈現(xiàn)后的6秒，并以此計算每個被試和每個通道的與任務(wù)相關(guān)的O₂Hb和HHb平均濃度。基線為目標(biāo)刺激呈現(xiàn)前的6s。然后使用與任務(wù)相關(guān)的基線來計算特定任務(wù)的加權(quán)差異指數(shù)（d值）。對于含氧血紅蛋白和脫氧血紅蛋白，d值計算為基線（m1）與任務(wù)相關(guān)（m2）的平均Hb濃度之差除以基線測量值的標(biāo)準(zhǔn)差（SD1），即d =（m2-m1）/ SD1。

    （小編注：由于本文的關(guān)注重點是刺激前后，每個通道中與任務(wù)相關(guān)的O2Hb和HHb平均濃度的變化程度，所以作者并沒有采用傳統(tǒng)的GLM模型來估計不同刺激條件對O2Hb和HHb的貢獻，即β值，而是用更適合的衡量方式，即本文中使用的加權(quán)差異指數(shù)，d值。）

通過使用導(dǎo)出的基線加權(quán)指數(shù)（d值），可以正確比較記錄通道，實驗條件和被試之間的血液動力學(xué)反應(yīng)，并避免由于fNIRS原始變化的被試內(nèi)/被試間差異而導(dǎo)致的解釋偏差。為了增加信噪比，基于每一個試次數(shù)據(jù)來計算特定任務(wù)的均值。同樣，將16個記錄通道的d值平均為四個感興趣的區(qū)域（ROI）：左腹前運動區(qū)，右腹前運動區(qū)，左體感區(qū)和右體感區(qū)（見圖2）。最后，將統(tǒng)計分析應(yīng)用于O₂Hb-和HHb數(shù)據(jù)。由于HHb分析并未顯示明顯的影響，因此我們僅報告氧和血紅蛋白結(jié)果。

 結(jié)果

采用重復(fù)測量方差分析分析d值。把區(qū)域（運動前與體感區(qū)），大腦偏側(cè)（左半球與右半球）和條件（OBS，OBS-LIS，LIS，EXE-LIS，EXE）作為固定因子。通過Mauchly的球形度測試來測量方差的同質(zhì)性，并通過應(yīng)用Greenhouse-Geisser校正來控制潛在的Type-I誤差。通過成對比較（t檢驗）檢查了簡單效應(yīng)。使用Bonferroni進行多重比較校正。

方差分析結(jié)果表明，條件的主效應(yīng)檢驗顯著（p = 0.008）。條件與偏側(cè)的交互作用顯著（p ＝0.001）。事后檢驗發(fā)現(xiàn)，OBS-LIS 與EXE條件存在顯著性差異（見圖3a），在EXE條件下的腦區(qū)激活更大相比于在OBS條件下。此外，通過分析條件與偏側(cè)化的交互作用，發(fā)現(xiàn)在EXE和EXE-LIS條件下的左側(cè)大腦激活更大相比于右側(cè)大腦（均p <0.05）。但是在OBS活動中，右側(cè)大腦的激活要強于左側(cè)大腦見圖3b）。此外，簡單效應(yīng)檢驗發(fā)現(xiàn)，相比于與OBS，OBS–LIS和LIS條件，左半球的激活程度在EXE條件下最高（所有p <0.05）。相對于OBS和OBS–LIS條件，EXE–LIS條件也導(dǎo)致更大的左側(cè)皮層激活（p均<0.05；圖3c-e）。

注釋：

（1）OBS：觀看日常動作的簡短視頻片段；

（2）LIS：聽取日常傳遞動作的簡短口頭描述（例如“倒酒”，“擠海綿”）； 

（3）OBS-LIS：觀看日常動作的簡短視頻片段的同時，聽其口頭描述； 

（4）EXE：執(zhí)行日常動作；

（5）EXE-LIS：在聽取口頭描述的同時執(zhí)行日常動作。

圖3 OBS、OBS-LIS、LIS-EXE、LIS以及EXE條件下，任務(wù)相關(guān)的血流動力學(xué)反應(yīng)的直方圖和拓撲圖

a 總體O₂Hb的平均值

b 左(L)、右(R)感興趣區(qū)中O₂Hb的平均d值

c 左側(cè)腹前運動區(qū)和軀體感覺區(qū)中O₂Hb的平均d值

d 不同實驗條件下O₂Hb(紅線)和HHb(藍線)總平均波形，陰影部分表示平均值的±1SE

e O₂Hb的拓撲激活圖，綠->藍：氧合血紅蛋白濃度下降；綠->紅：氧合血紅蛋白濃度升高

結(jié)論

本研究表明，使用與動作相關(guān)的語言描述，可以調(diào)節(jié)感覺運動網(wǎng)絡(luò)的激活及促進神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)訪問存儲的動作表征的加工。未來的研究可以使用更廣泛的腦成像研究，進一步關(guān)注構(gòu)成和擴展的感覺運動網(wǎng)絡(luò)的不同皮層和皮層下結(jié)構(gòu)對復(fù)雜日常動作的言語描述編碼及其與動作觀察和執(zhí)行過程的相互作用的貢獻。并在臨床應(yīng)用中，探討運動障礙或運動失用癥是如何發(fā)展的。
原文：Linguistic and motor representations of everyday complex actions: an fNIRS investigation

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