2025年7月，智语实验室燕浩教授团队张文嘉副教授在Brain and Language期刊发表了题为“The neural mechanisms underlying semantic unification and semanteme integration” 的文章。
该研究通过功能磁共振成像（fMRI）技术同时考察了语义整合与义素整合的神经机制以及二者之间的关系。研究结果表明右侧颞叶前部（RATL）在义素整合和语义整合中均起到关键作用，而双侧角回（AG）在义素整合中发挥了重要作用。该研究支持义素整合相比语义整合可能更加复杂，在大脑中激活范围更广，并且涉及更多的跨半球功能连接。
一、研究背景
人类语言的核心特征之一是可组合性，即通过有限的语义单元组合出无限的意义表达。组合性可以体现在短语或句子水平的语义整合，也可以体现在词汇水平的义素整合上。而以往研究多借助最小组合或语义违背范式探讨语义整合的神经机制，忽视了义素整合神经机制的考察。因此，本研究旨在借助fMRI技术，同时探讨语义整合与义素整合的脑机制，全面比较二者间的共性与差异，进而系统揭示语言特异性组合加工的脑机制。
二、研究方法
1、被试
22名汉语母语者参加了fMRI实验，其中3人因头动过大或正确率过低被剔除，最终纳入19名被试（11名男性，平均年龄21.58岁）。所有被试均为右利手，视力或矫正视力正常，无神经系统相关疾病或阅读障碍史。所有被试实验前均签署书面知情同意书。
2、实验材料
本研究实验材料分为语义整合与义素整合两部分。其中，语义整合任务中，实验材料为30套汉语动宾结构短语。其中，语义合理条件下，动词和名词可构成正常短语（如“服用药物”），此外，通过替换动词构建对应语义违背条件下的实验短语（如“穿上药物”）。
义素整合任务中，实验材料为亲属相关词汇。如图1所示，通过操控性别（男性/女性）与辈分（同辈/长辈）两个关键义素特征，构建八个亲属词。其中，合理条件下，义素特征整合结果与亲属词匹配（如“男性+同辈=哥哥”）。而违背条件下，义素特征整合结果与亲属词不匹配。
图1 义素整合任务的八个亲属词
为避免语义相关性对实验结果的潜在影响，另招募24名被试对所有实验材料进行语义相似性评分。其中，语义整合部分，被试需要评定短语中动词和名词的语义相关性，而义素整合部分，被试需要评定义素特征与亲属词之间的语义相关性。评分结果表明两个部分材料的语义相关性均比较低，并且两类材料间无显著差异，进而支持本研究违背与合理条件间脑成像结果的差异主要源于组合加工自身，而非高语义相关性引起的语义加工促进作用。
3、实验流程
使用 E-Prime 3.0 软件呈现实验刺激并收集行为反应。所有刺激均在浅灰色背景下以宋体呈现，其中关键词以粗体呈现。具体实验流程如图2所示。语义整合任务中，电脑屏幕中央会依次呈现注视点（0.5s）、空屏（0.5s）、动词（1s）、空屏（0.5s）和关键名词（2s）。之后，被试需要按键判断短语是否语义合理。义素整合任务中，屏幕中央会依次呈现注视点（0.5s）、空屏（0.5s）、第一个语义特征（1s）、空屏（0.5s）、第二个语义特征（1s）、空屏（0.5s）和亲属词（3s）。之后，被试需要按键判断两个语义特征词整合结果与亲属词的一致性。
图2 实验流程
4、数据收集与预处理
MRI数据采集使用西门子3.0T Prisma磁共振扫描仪，功能图像主要扫描参数为TR=2000ms、TE=30ms、37层、分辨率2×2mm²、层厚3mm；高分辨率T1结构图像使用MP-RAGE序列采集。数据预处理采用SPM12和Matlab自编函数，涉及头动校正、配准、分割和平滑（FWHM=6mm）等关键步骤。
5、数据分析
激活分析：基于广义线性模型（GLM）分别进行全脑及兴趣区（ROI）的激活分析。ROI包括大脑两侧半球的双侧颞叶前部(ATL)、颞叶后部(PTL)、角回(AG)以及额下回(IFG)，共8个ROI。
功能连接分析：使用广义心理生理交互作用（gPPI）分析方法，考察违背效应所诱发的不同脑区间的连接变化。gPPI分析仍以激活分析中的ROI为种子点，进而可以系统比较这些语义加工关键ROI在激活与功能连接结果间的差异。
三、研究结果
1、行为结果
如图3所示，语义整合任务中，违背条件的正确率显著高于合理条件，反应时显著短于合理条件。而义素整合任务中，合理与违背条件在正确率和反应时上均无显著差异。
图3 两个任务的行为结果
2、激活分析结果
全脑分析激活结果表明，语义整合任务中，违背条件相比于合理条件主要激活了右侧颞叶前部（RATL）；而义素整合任务中，违背效应则诱发了左半球更广泛的激活，主要包括颞叶后部（PTL）、角回（AG）、额下回（IFG）及额上回（SFG）等脑区。
图4 全脑激活分析结果
ROI分析结果表明，语义整合任务中，违背条件相比于合理条件仅在RATL诱发了更强的激活；而义素整合任务中，在RATL、双侧PTL和AG脑区，违背相比合理条件均诱发了更强的激活。
图5 ROI激活分析结果
3、功能连接分析结果
PPI结果表明语义整合任务下未发现显著结果，而义素整合任务下违背效应诱发了四对显著的功能连接。这些连接包括左侧颞叶前部（LATL）与右侧角回（AG）、右侧额下回（IFG）的连接，以及右侧颞叶前部（RATL）与双侧角回（AG）的连接。
图6 义素整合任务PPI分析结果
四、研究结论
综上所述，本研究利用fMRI技术，通过激活分析与PPI功能连接分析，揭示了语义整合与义素整合的脑机制，以及二者之间的关系。研究发现，相比于语义整合，义素整合在大脑中激活范围更广，涉及更多高级语义加工相关区域，并且涉及更多跨半球的功能连接。其次，RATL在两类任务中均起到关键作用，支持其在汉语语义和义素整合加工中的重要功能。最后，双侧角回在义素整合任务中扮演着重要角色。
【文章信息】
原文：The neural mechanisms underlying semantic unification and semanteme integration
作者：Wenjia Zhang, Jie Dong, Genyi Feng, Gang Wang, Zongwen Gu, Xu Gao, Xinyi Liu, Hao Yan
期刊：Brain and Language
发表时间：2025.7
DOI：10.1016/j.bandl.2025.105629
