吳 彤 黃慧雯 竇嘉樂 賈春華 韓布新

(1 北京中醫(yī)藥大學中醫(yī)學院，北京，100029; 2 陜西中醫(yī)藥大學基礎醫(yī)學院，咸陽，712046；3 浙江中醫(yī)藥大學基礎醫(yī)學院，杭州，310053；4 中國科學院心理研究所心理健康重點實驗室，北京，100101)

五行學說作為中醫(yī)理論的重要組成部分，一直是中醫(yī)學者研究的重點。近年來，關于五行學說的起源[1-2]、邏輯解析與科學性[3-5]、概念隱喻[6-8]及其范疇化[9-12]等研究相繼展開。然而，五行學說應用過程中的獨特思維卻未得到應有的重視，有關五行推理的認知神經(jīng)科學研究仍為一片空白。

前期研究表明：五行成員通過家族相似性進入木、火、土、金、水5大家族，進而形成五行系統(tǒng)。在納入五行系統(tǒng)之后，成員又接受了系統(tǒng)賦予的“行”與“行”間的生克關系，最終形成一個可供推理的事物演運系統(tǒng)[13]。其中，“行”與“行”間的相生和相克關系是五行推理的核心[13]。本文以事件相關電位(Event-related Potential，ERP)和功能性磁共振成像(Functional Magnetic Resonance Imaging，fMRI)技術為工具，觀察五行生克關系判斷過程中誘發(fā)的腦電成分和激活腦區(qū)，分析五行生克關系判斷的思維加工過程，為五行學說的思維獨特性提供認知神經(jīng)科學的依據(jù)。

1 資料與方法

1.1 資料

1.1.1 研究對象 選取40名北京中醫(yī)藥大學在校生參與了ERP實驗，其中包含本科生13名，研究生27名。男生共22名，女生共18名。年齡20～28歲，平均年齡(23.65±2.59)歲，受教育時間15～21年，平均受教育時間(17.38±2.03)年。被試者在滿足基本要求之外，還需要符合專業(yè)為中醫(yī)專業(yè)、中西醫(yī)結合專業(yè)或針灸推拿專業(yè)[14]。為確保被試者熟悉并掌握五行類屬關系，所有被試者均經(jīng)過五行歸類測驗且正確率達到90%。有4名被試者因腦電效果不佳而被剔除，其余36名被試者實驗數(shù)據(jù)均予以納入。本實驗經(jīng)北京中醫(yī)藥大學倫理委員會審批通過(倫理審批號：2022BZYLL0508)。

33名北京中醫(yī)藥大學在校生參與了fMRI實驗，其中本科生11名，研究生22名。男生17名，女生16名。年齡20～31歲，平均年齡(24.36±2.88)歲，受教育時間13～22歲，平均受教育時間(17.64±2.57)年。其他基本要求同上。

1.1.2 語料 本實驗所涉及的五行成員均來自“十一五”國家級規(guī)劃教材中“事物屬性的五行歸類表”[15]。

ERP實驗語料：選取屬于五腑、五臟、五季、五氣、五味、五體、五色、五官、五志和五方概念中的五行成員，將其組成相生關系詞對和相克關系詞對各50個，共有詞對100個。詞對格式為“A-B”，如“肝-心”“肝-脾”。

fMRI實驗語料：選取上述語料中屬于五臟、五色、五氣、五季、五腑、五官的成員，將其依據(jù)相生關系組成相生詞對30個，依據(jù)相克關系組成相克詞對30個，共有詞對60個。

1.1.3 儀器 ERP實驗應用Compumedics公司生產(chǎn)的Neuroscan 64導電極帽，采用Curry 8記錄腦電數(shù)據(jù)，使用E-prime 3.0記錄行為學數(shù)據(jù)。fMRI實驗在中國科學院心理研究所磁共振成像研究中心進行，實驗應用GE Discovery MR750腦成像系統(tǒng)，3.0 T磁共振掃描儀。

1.2 方法

1.2.1 實驗設計與程序 實驗應用關系判斷任務[16]，采用單因素重復測量的實驗設計。自變量是詞對的相生、相克關系，因變量是被試者進行生克關系判斷時的反應時、正確率、腦電數(shù)據(jù)的平均波幅以及所激活腦區(qū)。實驗刺激的呈現(xiàn)用E-Prime 3.0軟件完成。

ERP實驗流程如圖1，被試者理解實驗流程后開始實驗，屏幕首先呈現(xiàn)注視符800 ms,接著呈現(xiàn)格式為“A-B”的詞對，如“肝-脾”，呈現(xiàn)時間為6 000 ms。在這個界面，要求被試者判斷詞對的生克關系，相生則按J鍵，相克則按F鍵。共100試次，詞對呈現(xiàn)順序經(jīng)偽隨機處理。正式實驗前，被試者均會進行練習實驗，練習實驗與正式實驗范式相同。

圖1 五行生克關系判斷的ERP實驗流程

fMRI實驗采用組塊設計，整個實驗共有6個組塊，每一組塊包含10個試次，每一組塊內呈現(xiàn)單一類型的詞對，相鄰2個組塊呈現(xiàn)的刺激類型不一致。實驗在專業(yè)的磁共振實驗中心進行，被試者進入磁體室之前，主試會告知被試者所有實驗流程及實驗中需要注意的相關事項。進入磁體室內，被試者平躺在掃描儀內，通過頭頂?shù)姆垂忡R觀看電腦屏幕上呈現(xiàn)的信息，被試者左、右手各有一個按鍵板，每個按鍵板上有2個數(shù)字按鈕，右手的按鍵板是1鍵和2鍵，左手的按鍵板是3鍵和4鍵。

fMRI實驗流程如圖2。實驗正式開始后，屏幕首先呈現(xiàn)注視符16 000 ms，之后開始呈現(xiàn)第一個組塊的題目，在同一組塊內，屏幕依次呈現(xiàn)10個格式為“A-B”的詞對，每個詞對呈現(xiàn)時間為4 000 ms，詞對之間呈現(xiàn)空屏1 000 ms。在詞對呈現(xiàn)界面，被試者按照實驗要求盡快做出正確反應。若詞對屬于相生關系則按1，相克關系則按2。實驗共呈現(xiàn)6個組塊，每2組塊之間呈現(xiàn)注視符16 000 ms。實驗共包含60試次，每一組塊內，詞對呈現(xiàn)順序經(jīng)過隨機處理。

圖2 五行生克關系推理的fMRI實驗流程

1.2.2 數(shù)據(jù)記錄與分析 ERP實驗地點要求及數(shù)據(jù)記錄遵循公認的操作要求[14]。腦電數(shù)據(jù)離線處理使用基于MATLAB R2014a軟件的EEGLAB v13.6.5b和ERPLAB工具包完成。采樣頻率為500 Hz，采用24 dB/oct低通濾波，使用獨立成分分析方法剔除眨眼、眼動、肌電等偽跡。行為學數(shù)據(jù)利用E-DataAid3和E-Merge3進行處理。

fMRI實驗在中國科學院心理研究所磁共振成像研究中心進行，實驗應用GE Discovery MR750腦成像系統(tǒng)，3.0 T磁共振掃描儀。采用平面回波成像序列(Echo Planar Imaging，EPI)，隔層掃描。參數(shù)設置如下：矩陣大小(matrix size)=64 mm×64 mm，視野(Field of View，F(xiàn)OV)=224 mm×224 mm，體素大小(Voxel Size)=3.5 mm×3.5 mm×3.5 mm，層數(shù)(Slice Number)=37，重復時間(Time Repetition，TR)=2 000 ms，層厚(Slice Thickness)=3.5 mm，回波時間(Echo Time，TE)=30 ms，層間距(gap)=0 mm，翻轉角(Flip Angle，F(xiàn)A)=90 deg。結構像采用3D-T1成像技術，擾相梯度回波序列(Spoiled Gradient Echo，SPGR)序列掃描獲得，參數(shù)設置如下：矩陣大小(Matrix Size)=256 mm×256 mm，F(xiàn)OV=256 mm×256 mm，層厚=1 mm，體素大小=1 mm×1 mm×1 mm，F(xiàn)A=12 deg。數(shù)據(jù)處理與分析使用基于MATLAB R2014a軟件的SPM12、xjView和MarsBaR工具包完成。數(shù)據(jù)處理經(jīng)過預處理和一階建模2個步驟。數(shù)據(jù)分析從2個方面進行，分別是全腦分析(二階分析)和感興趣區(qū)(Region of Interest，ROI)分析。

預處理：去除每個實驗的前5個時間點(TR)后，依次進行時間校正、頭動校正、圖像配準、分割、兩次空間標準化和平滑。其中，經(jīng)頭動校正后，剔除平動>3 mm，轉動>3 deg的數(shù)據(jù)?？臻g標準化中，依次以3 mm×3 mm×3 mm和1 mm×1 mm×1 mm的大小對大腦圖像進行重采樣處理。以6 mm的高斯核對圖像進行平滑處理。一階建模：對每位被試者單獨進行分析。對4種條件下的BOLD信號進行對比，構建的對比有：相生關系、相克關系、相生關系>相克關系、相克關系>相生關系。全腦分析：考察組水平下所構建對比激活的有關腦區(qū)。應用單樣本t檢驗對上述每種對比分別進行檢驗。為更全面的展示實驗結果，分別呈現(xiàn)閾值為0.001(P)和0.005(P)，均為未校正，選擇激活體素大于5的區(qū)域。ROI分析：依據(jù)全腦激活的結果選取興趣區(qū)域，采用特定毫米為半徑的球體的中心坐標進行定義。

1.3 統(tǒng)計學方法 借助IBM SPSS Statistics 26統(tǒng)計軟件進行數(shù)據(jù)分析。對2種條件下的ERP實驗中收集的反應時、正確率以及fMRI實驗中ROI分析獲得的數(shù)據(jù)分別進行檢驗，若數(shù)據(jù)符合正態(tài)分布，則使用配對t檢驗，否則使用2個樣本相關的非參數(shù)檢驗進行分析。ERP數(shù)據(jù)中，選取合適的時間窗和電極點，對2種條件下的平均波幅進行重復測量方差分析。反應時由于數(shù)據(jù)不符合正態(tài)分布，因此選擇非參數(shù)檢驗。

對150～650 ms以100 ms為單位分為5個時段分別進行平均波幅檢驗。選取F3、FZ、F4、FC3、FCZ、FC3、C3、CZ、C3、CP3、CPZ、CP4、P3、PZ、P4共15個電極點進行檢驗。對條件2(相生關系；相克關系)×前后5(前F3、FZ、F4；前中FC3、FCZ、FC4；中C3、CZ、C4；中后CP3、CPZ、CP4；后P3、PZ、P4)進行2因素重復測量方差分析；對條件2(相生關系；相克關系)×左右3(左F3、FC3、C3、CP3、P3；中FZ、FCZ、CZ、CPZ、PZ;右F4、FC4、C4、CP4、P4)進行2因素重復測量方差分析。分析結果均經(jīng)Greenhouse-Geisser法進行校正。

2 結果

2.1 行為學結果 結果顯示，相生關系的反應時小于相克關系,差異有統(tǒng)計學意義(Z=-2.99，P<0.01)。見表1。

表1 相生與相克反應時與正確率

正確率的基本統(tǒng)計結果顯示相生與相克的正確率差異無統(tǒng)計學意義(t=1.40，P=0.17)。

表2 條件、前后、左右的重復測量方差分析結果

圖3 相生關系和相克關系條件下的平均波形

250～350 ms：條件的主效應不顯著[F(1，35)=2.825，P=0.10，η2=0.08]。

550～650 ms：條件與左右存在交互作用[F(2，70)=3.69，P=0.03，η2=0.10]，事后比較顯示：左、中、右腦部，相生、相克條件差異均不顯著[統(tǒng)計結果分別為：F=0.53，P=0.47，η2=0.02；F=0.42，P=0.52，η2=0.01；F=2.69，P=0.11，η2=0.07]。

2.3 fMRI全腦分析結果

2.3.1P=0.001(未校正)，體素>5 實驗結果如表3，當設定P=0.001(未校正)，體素>5時，相生關系和相克關系未見明顯的正激活。相生關系和相克關系的相互比較見明顯激活腦區(qū)。

表3 相生關系和相克關系條件存在差異的腦區(qū)(P<0.001,未校正)

相生關系>相克關系：右腦額葉的額內側回區(qū)域顯著激活。相克關系>相生關系：右腦頂葉的頂上小葉區(qū)域顯著激活。見圖4。

圖4 “相生>相克”對比的全腦激活圖(左)；“相克>相生”對比的全腦激活圖(右)

2.3.2P=0.005(未校正)，體素>5 實驗結果顯示，在相克條件下和生克關系相互對比時可見明顯的激活腦區(qū)見表4。

表4 相生和相克條件下激活的腦區(qū)和存在差異的腦區(qū)(P<0.001，未校正)

相克關系：右腦頂葉的頂下小葉區(qū)域見顯著激活。相生關系>相克關系：右腦額葉的額內側回、右腦額葉的中央旁小葉、右腦葉下的島葉和左腦枕葉的楔葉區(qū)域顯著激活。相克關系>相生關系：右腦頂葉的頂上小葉和右腦額葉的中央前回區(qū)域顯著激活。見圖5。

圖5 相克條件下的全腦激活圖(左)；“相生>相克”對比的全腦激活圖(中)；“相克>相生”對比的全腦激活圖(右)

2.4 感興趣區(qū)域分析結果 選取P=0.005(未校正)，體素>5時，全腦激活的9個區(qū)域作為興趣區(qū)域，經(jīng)過統(tǒng)計學分析，僅有4處差異有統(tǒng)計學意義，結果分別是：枕葉楔葉(BA18；-9，-79，26；3)、頂上小葉(BA7；21，-67，44；21，-67，56；4)處均表現(xiàn)為相生大于相克，額葉中央前回(BA6；30，-7，53；2)處表現(xiàn)為相克大于相生。見表5。

表5 有統(tǒng)計意義的感興趣區(qū)域坐標及激活強度

3 討論

3.1 生克關系加工的基本策略 人類認識世界，統(tǒng)籌世界知識的關鍵是進行規(guī)律、有序的組織語義知識。語義知識的組織形式大概分為2種，一種是基于事物之間的相似性，以事物的特征為依據(jù)，對紛繁復雜的外事件、事物進行分類組織；另一種則是依照事物之間，或與其他實體的外在關系進行組織[17-18]。前者是分類關系，后者是主題關系。關于語義關系的ERP研究顯示，主題關系加工的腦電成分主要表現(xiàn)為400 ms事件相關電位負波(Negative ERP component peak around 400 ms，N400)和晚期負成分(Late Negative Component，LNC)[19-22]，而分類關系加工則表現(xiàn)為300 ms事件相關電位正波(Positive ERP component peak around 300 ms，P300)、晚期正成分(Late Positive Component，LPC)等[23]。關于語義關系加工的fMRI研究顯示，主題關系和分類關系的加工腦區(qū)并不相同[18,24]。神經(jīng)影像學研究結果表明，分類處理特別激活了雙側視覺區(qū)域(楔葉，BA18)，主題處理激活了雙側顳-頂葉網(wǎng)絡，包括頂下小葉(BA40)和顳中回(BA39/21/22)[25]?；趫D-詞干擾范式的語義關系研究也表明頂葉在主題關系加工的重要意義[26]?；谡Z義啟動范式的研究發(fā)現(xiàn)，類別關系詞對的加工涉及右側額葉的激活，并且相較于主題相關詞對，類別關系詞對額外激活了島葉區(qū)域[27]。

五行成員間的相生關系和相克關系是成員納入五行系統(tǒng)之后，經(jīng)木、火、土、金、水之間生克關系嫁接而來。五行成員依照木、火、土、金、水的順序對應，相鄰位置的成員之間為相生關系，隔一位置的成員之間則為相克關系。結合語義關系相關理論判斷，五行成員間的生克關系應該屬于語義關系中的主題關系。然而實驗結果顯示，生克關系加工并未誘發(fā)與主題關系加工相關的腦電成分，反而誘發(fā)了與分類關系加工有關腦電成分，分別是出現(xiàn)在150～250 ms的200 ms事件相關電位正波(Positive ERP component peak around 200 ms，P200)、350～450 ms的P300和450～650 ms的LPC成分，fMRI研究中，相較于相克關系推理，相生關系額外激活了枕葉、額葉和島葉區(qū)域，ROI分析顯示，楔葉(BA18)在相生、相克均有激活，且相生激活更加顯著。由于BA18是分類關系加工的主要區(qū)域，提示生克關系的加工是依據(jù)分類關系進行的。

導致這一現(xiàn)象的原因可能是，參與實驗的被試者均已掌握五行學說基本內容，尤其是五行生克關系判斷的基本規(guī)律，即“相鄰相生，隔一相克”。此外，被試者在回憶五行成員時，更傾向于按照五行表縱向的成員進行背誦，如“肝心脾肺腎”。實驗中，處于相鄰位置的相生關系更容易進行判斷。在此前提下，依據(jù)思維經(jīng)濟學原則，被試者傾向于以較為簡單的相生關系類別判斷為實驗任務。即當呈現(xiàn)詞對為相生關系則符合預期，判斷為相生關系；當呈現(xiàn)詞對不是相生關系時，則不符合預期，判斷為相克關系。此時，生克關系的判斷并不涉及2種關系具體含義的加工，即主題關系加工并未激活。因此，生克關系加工是基于分類關系加工進行的，這種認知策略則會相繼誘發(fā)P200、P300和LPC成分，與分類關系加工的相關研究相符。

3.2 相生關系加工的優(yōu)先性 依據(jù)分類關系的ERP研究，P200成分出現(xiàn)在早期知覺階段[28]，是大腦自上而下加工的反映[29]，誘發(fā)更大P200成分的刺激與大腦的預激活內容相匹配[30]。類別的典型性效應研究支持P200成分是大腦早期對于類別典型特征快速檢測的敏感指標[30]。P300成分則是分類關系加工的關鍵指標，更大的P300成分一則反映大腦預期與典型特征目標的高度匹配[22，31]；二則反映大腦對于目標刺激投入較多的認知資源[32-34]。在分類關系加工中，晚期成分LPC是P300成分的延續(xù)，反映認知資源分配[23]。

ERP實驗中，相較于相克關系，相生關系加工誘發(fā)更大的P200、P300和LPC成分。fMRI實驗中，相較于相克條件，相生條件顯著激活了與決策信心水平相關的頂上小葉(BA7)[35]，提示相較于相克關系，相生關系詞對與大腦預期更為匹配，決策信心水平更高。

此外，從語義距離的角度來看，相關研究表明，語義距離是影響語義關系加工反應時的重要因素，近距離的語義關系存在大腦加工的優(yōu)先性，行為學上表現(xiàn)為反應時短于遠距離反應時[36]。在本實驗的行為學結果中，相生條件反應時短于相克條件反應時，即是大腦優(yōu)先加工相生關系的體現(xiàn)。

4 小結

本研究應用ERP和fMRI技術觀察五行生克關系判斷的大腦加工過程。行為學結果顯示，相生關系判斷的反應速度小于相克關系判斷。ERP結果顯示，相生關系判斷和相克關系判斷過程先后誘發(fā)P200成分、P300成分和LPC成分。3種成分的平均波幅統(tǒng)計結果均為相生條件大于相克條件。fMRI結果顯示，相克關系判斷激活頂葉區(qū)域；相較于相生關系判斷，相克關系額外激活頂葉和額葉區(qū)域；相生關系判斷比相克關系額外激活枕葉、額葉和島葉區(qū)域。ROI分析顯示，楔葉(BA18)處和頂上小葉(BA7/8)處均表現(xiàn)為相生條件激活更為顯著。

研究結果表明，五行生克關系判斷的策略為基于分類關系加工的認知策略，詞對關系是否符合相生關系是分類策略加工的核心。這也提示相生關系比相克關系的加工更具有優(yōu)先性。

本研究考察了五行2個成員間生克關系判斷任務的大腦加工過程。然而，在五行學說的應用過程中，生克關系的應用還體現(xiàn)在成員間生克關系的傳遞和推理，關于此類推理的大腦加工過程，有待進一步研究。