韩在柱教授课题组于2024年在《Journal of Neuroscience》杂志上发表了题为“Spatiotemporal Neural Network for Sublexical Information Processing: An Intracranial SEEG Study”的研究论文。该研究使用立体定向脑电图（stereo-electroencephalography, SEEG）技术，借助于颅内植入电极的癫痫病人，探讨了汉字识别过程中亚词汇加工的神经机制。
快速而准确地进行物体识别对生物的生存至关重要。物体识别通常旨在识别整个物体，但高效的识别往往需要考虑其子成分。如我们常说“可见一斑，一叶知秋”。因此，子成分的加工是一个重要的科学问题。然而，区分子成分与整体物体加工机制并不容易，因为自然界中物体和其成分通常传递一致的信息。幸运的是，有一个例外：人类创造的词汇，其中子成分（如亚词汇信息）的语音或语义信息可能与整个词的语音或语义信息发生冲突。因此，词汇为揭示物体子成分的加工提供了独特的机会。
该研究通过操纵汉字形声字中部件与整字之间的关系，设计了不同类型的汉字。通过比较大脑在阅读不同类型汉字时激活的差异，揭示亚词汇效应，进而推测出与汉字部件加工相关的脑区。这些亚词汇效应包括：声旁语音规则性效应（regularity effect）、声旁语音一致性效应（consistency effect）和形旁语义透明性效应（transparency effect）。例如，“清”字的声旁“青”与其发音一致，形旁“氵”与其意义相关，使得其在语音上是规则的，且在语义上是透明的。而“猜”字的声旁“青”与形旁“犭”均与其发音和意义不一致，使其在语音上不规则、语义上不透明。语音一致性效应指的是带有相同声旁的汉字在发音上的一致性，如带有“皇”声旁的字（如蝗、惶、煌）均发音为/huang2/。相反，带有“青”声旁的“清”、“猜”、“倩”、“精”则发音各异，体现出的是不一致性。
该研究让39名癫痫患者口语阅读了以上不同类型的汉字。同时，这些患者接受了立体定向深部电极植入手术，定位癫痫发作区域以进行手术治疗。这些患者共被植入了401根电极，共5,703个位点。去除信号不稳定或阻抗较高等位点后，最终剩余2,524个有效位点。首先，研究人员对颅内电信号进行激活的分析，确定了完成实验任务所涉及的脑区。随后，将各个脑区进行组分析，选出存在显著三种亚词汇效应的脑区和时间段。最后，使用格兰杰因果（granger causality）分析考察了这些亚词汇加工脑区之间的信息交互。
结果表明，口语阅读任务中激活的脑区包括额下回三角形部（IFG-tri）、岛叶（INS）、中央前回（PrCG）、中央后回（PsCG）、颞上回（STG）、颞中回（MTG）、颞下回（ITG）、梭形回（FG）、舌回（LG）和枕中回（MOG）（图1）。根据激活潜伏期，这些区域可分为潜伏期较短的低级语言加工区域（MTG、ITG、FG、LG和MOG）和潜伏期较长的高级语言加工区域（IFG-tri、INS、PrCG、PsCG和STG）。在这些激活脑区中，存在亚词汇效应的区域包括IFG-tri、PrCG、PsCG、STG、MTG、ITG、FG和MOG。这些脑区均表现出语音亚词汇效应，而语义亚词汇效应则只存在于PsCG、STG、MTG、ITG和MOG中（图2）。格兰杰因果分析的结果表明，从MOG到PsCG的信息传递中观察到语义亚词汇效应，而从PsCG到FG的信息传递通路中则观察到了语音亚词汇效应（图3）。
这项研究首次通过SEEG探讨了汉语中亚词汇加工的神经机制，确定了大脑中加工汉字亚词汇信息的脑区及其时间进程，揭示了这些脑区之间的复杂信息交互在汉字部件加工中的重要作用。这表明，大脑对亚词汇信息的加工不仅依赖于单一脑区的激活，还涉及多个脑区的协调与交互。
该论文通讯作者为北京师范大学韩在柱教授和三博脑科医院关宇光教授，第一作者为北京师范大学博士生赵春宇，其他作者也为这篇论文做出了重要贡献。该研究得到了国家自然科学基金的资助。
图1. 电极植入位点、数据分析流程及激活脑区示意图
(TFT: time-frequency transformation; HGA: high gamma activity; TFR: time-frequency representation; ERSP: event-related spectral perturbation. IFG-tri: inferior frontal gyrus, triangular part; INS: insula; PrCG: precentral gyrus; PsCG: postcentral gyrus; STG: superior temporal gyrus; MTG: middle temporal gyrus; ITG: inferior temporal gyrus; FG: fusiform gyrus; CS: calcarine sulcus; LG: lingual gyrus; MOG: middle occipital gyrus)
图2. 存在亚词汇效应的脑区及时间段
图3. 存在亚词汇效应的脑区通路
论文链接：
https://www.jneurosci.org/content/44/45/e0717242024
Zhao, C., Liu, Y., Zeng, J., Luo, X., Sun, W., Luan, G., ... & Han, Z. (2024). Spatiotemporal Neural Network for Sublexical Information Processing: An Intracranial SEEG Study. Journal of Neuroscience, 44(45).
