2014.10.31 認知科學(六) Semantic networks

outline

• theories of semantic memory
• reading for meaning
• 重點放在閱讀的意義理解
• semantic development
• 從發展角度切入語意發展
• 以及後續的缺損
• semantic deficits

長期記憶

• 陳述記憶(declarative memory)：可陳述的知識
• 事件記憶(episodic m,)：與特定的人、事、物相關，例如我5歲生日時，爸媽和我一起慶生
• 語意記憶(semantic m,)：一般至性的知識，例如生日會有蛋糕、蠟燭以及生日禮物
  note：儘管二者之間難以明確區分，有時語意記憶也有人事、物的結構，然而其具有較廣泛的性質
• 程序記憶(procedural memory)：種在程序與操作

The hierarchical network model

• semantic memory：the part of memory that contains words, concepts, and facts about the world
• A computer-based metaphor (hierarchical network) by Collins & Quillian, shown in Figure
• 1960年代發展出個人電腦，普及進入日常生活中。
• 人腦如電腦的比喻
• 電腦的經濟性：節省、效能
• 階層式的儲存：提取共有的特質，再依特別的特質放置到不同的節點，稱為「認知的經濟性」
• 可利用較少的空間包含最多的概念
• 證據：以「金絲雀是否是鳥」及「鮭魚是否是鳥」比較，發現如果概念距離越遠，反應所需的時間越長
• 反例：以「金絲雀是否是鳥」及「鴕鳥是否是鳥」，雖然二者在概念上的距離相等，但是反應時間卻不同(金絲雀的題目較快)
  note：理論的架構可用實驗的方式檢驗
• The spreading activation model
• 概念之間的距離是以相關性為原則，例如星星跟月亮的關係較近，而月亮跟房子的關係較遠
• 但是每個人的概念關係可能不同，如schizo.的故事編排可能特別精彩
• 概念之間的關係彼此會連帶影響，稱為傳遞式的激活方法(spreading activation)，如同漣漪般。
• The semantic feature model
• 概念之間依照特質進行分類
• 概念有二個層次的屬性(feature)
• 一般定義的屬性(defining features)：屬於共有的特質
• 特定的屬性(characteristic features)：屬於特有的特質
• 至今我們有許多理論解釋語意系統，但大多接受其"網絡"的架構

Free association

• Sigmund Freud 提出的精神動力論：看不到、摸不到，但是會造成90%的人類心智歷程，稱為潛意識。為檢驗此冰山一角的潛意識，因而提出一些方法：
• Free association：藉由個案自主陳述進行分析
• Carl Jung：與Freud稍晚時期的精神科醫師，同提出精神動力(分析)論
• Word association：由於free association所需時間過長，因此修改其測驗方法為word association。Jung主要分析個案陳述的第一個字。這也成為後續語意記憶研究的方法。
• Chair(please say the first word that comes to mind)
• 最常見的答案有四
• table：集合
• seat：部分
• sit：功能
• furniture：從屬集合
• 不常見的答案
• boy
• color 
• size
• Schizophrenic speech：如大量測驗word association後，發現大量差異的，則稱為schizophrenic speech，顯示其語意記憶的特殊性

Reading for meaning：閱讀是研究語意記憶的一種方法

• MRI Scanners：掃描過程中蒐集二種資訊(腦影像 & 行為反應)
• 可藉由腦影像與行為反應間的相關，是研究常用的方法
• 語言學的分類：彼此之間可以交互影響
• sound(phonology)：單字、單詞的聲音
• spelling(orthography)：單字、單詞的形象
• meaning(semantics)：單字、單詞的意義
• 意義擷取與字音及字型的關係
• Hu et al (2005)讓受試者在fMRI中判斷呈現的二個字間的是否相關(0,1 codings)
• 相關結果
• 高相關：  劍-刀(.73)、卒-兵(.34)
• temporal lobe 
• 低相關：雲-風(.10)
• frontal lobe (IFG)
• 影像結果
• 意義的判斷，無論相關或者不相關活躍區相似(frontal & temporal lobe)
• frontal lobe：fasciculus的聚集處即在frontal lobe，可能與其活躍相關
• temporal lobe：研究dementia或者AD的病人，發現隨著病程個案的概念會扭曲、劣化，一旦範圍觸及temporal lobe時會造成意義屬性的轉變(狗是四隻腳=>二隻腳)
• 語意的判斷大多集中在左腦半球(右腦僅出現在視覺區附近)
• 大腦途徑
• 神經纖維連結而成的快速通道(fasciculus)：連結二腦之間或者皮質區之間的神經束，可迅速傳遞以增加傳導效率

Semantic development

• 成人與兒童行為的差異： Chou et al (2009)
• 成人反應的時間較短；兒童反應所花時間較長
• 反應時間與字的相關性呈現反比
• 腦影像
• 意義判斷均在frontal
• 相關性高在temporal
• 相關性低在frontal
• 年齡差異
• 年齡越大者其神經活躍程度越高
• 討論
• 成人與兒童使用相同的腦區處理語意
• 但是成人與兒童的活躍程度不同
• 中英文字的比較：
• 比較EAT和吃的差別 (文字系統不同，但是意義相同)
• 腦影像結果
• 視覺處理在枕葉特別活躍
• 聽覺處理在顳葉特別活躍
• 視覺與聽覺的訊息整合，均在左腦的frontal & temporal lobe (IFG & MTG)
• 此結果與台灣的結果相似
• 英文與中文結果之比較
• 在frontal lobe，中文的位置較低，英文的位置較高(研究顯示，較高的位置與聲音的處理更為相關)
• 英文較多聲音處理的部分
• 中文較多異議處理的部分(記憶背誦)
• 在temporal lobe，中文的位置較為後面，英文的位置比較前面
• 英文較多聲音的處理
• 中文較多字型及意義的處理

Semantic deficits

• schizophrenia的好發期間落在15~24歲間
• 可能促成發病的原因繁多，如壓力、基因、神經發展、成熟等等
  note：非洲與已開發國家的schizo盛行率相似，因而可能與考試無關
  note2：曾有人試圖比較哺乳類基因的'關係，但如何判別動物的精神分裂？ 
• 可能和語言發展有關？ (語言發展的高峰在9~15歲，恰與schizo的發病率高峰相符)
• 然而沒有明確的證據支持哪一個論述為真
• Schizophrenia: thought disorder
• loosening semantic association：個案概念之間的連結出現鬆散、混亂的狀況
• symptom level: symptom dimensions 如何探討個案的個體差異及症狀？
• show symptom structures of schizophrenia：區分不同subtype的症狀標準
• Disorganized though (dimension)
• conceptual disorganization
• stereotyped thinking
• poor attention
• preoccupation：注意無法轉移到下一個話題
• Assess disorganized though by fMRI (使用字的相關性比較個案與健康成人的腦皮質活躍關係)
• 病人在IFG的活躍程度較高；健康成人在尾核(CN)的活躍較強
• 病人在皮質區的活躍程度高
• 健康人在下皮質區的活躍程度高
• 下皮質區是活躍的起點，皮質區是活躍的終點
• 推測下皮質區具有抑制功能，可抑制皮質區的作用(該停止時須停止)
• 此抑制功能的強弱，影響個案的思覺失調程度
• 病人在CN->IFG的連結強度較弱，則其思想的混亂程度高
• Summary
• 成人的發展成熟
• 兒童的發展過程：隨著年紀成熟，區域間的發展越來越強、區域間的功能漸趨精緻化
• 異常的發展(disorganized)：區域間的連結，或者區域內的功能作用不同於健康人(變異性大，與其失調嚴重程度相關)

Q&A

• 有人使用tDCS進行語意理解相關的治療嗎？ 鮮少
• 一來tDCS尚未盛行，因而未必敢接受治療
• tDCS是否能深入語意處理的深層，目前尚未有統一定論
• 目前尚未看到有人使用tDCS進行治療
• native speaker或者第二語言的語意理解表現有無差異？ 類似
• 讓美國大學生學習中文字，均在左腦半球的frontal and temporal lobe的活化
• 然而，多語環境成長的研究結果發現：
• 外語從早開始學習，則在frontal lobe的活躍程度相似
• 如較晚開始學習，則在frontal lobe的活躍程度不同，較母語弱
• 另有文獻討論，較早學期的人皮質較厚；較晚學習的人皮質較薄
• 大致的規律是後天環境可稍微調整皮質的發展(文化、語言的影響)
• 實驗中的一組，刻意在1歲之後停止外語學習：結果發現其語言能力會隨時間下降
• 語意理解上的top down途徑？ 或者如情境理解的能力？ 是，並且影響較大
• ambiguity的情境研究有不少：
• 如自閉症的社交情境障礙：無法區分社交情境的差異，進而造成表現怪異
• 研究讓大人與小孩哭鬧要搶玩具，並且讓受試者進行區分
• 正常兒童可發現成人爭取玩具是怪異的事情
• 自閉症的兒童則覺得沒有差異
• 閱讀的能力是否為人類獨有？ 
• 一般認為動物有自己的溝通(語言)系統，但是無法區辨這個系統是否與人類相同。 比較可能是不一樣的
• 教黑猩猩手語，大約可以記得30個字手勢
• 在有情境的狀況下不易察覺微小錯誤的機制
• 在有情境的狀況下，如果過程中出現錯誤則不容易發現
• 何以初階的輸入錯誤，仍可以正確理解意義？
• 顯然過去的經驗與學習扮演較重樣的角色
• 大腦中的概念(表徵)如何增加，以及增加之後表徵如何整理收納(排列)
• 通常表徵藉由學習而慢慢增加
• 提取的過程中，如果具有高關聯則容易提取；如果低關聯，則相對困難。然而可以藉由腦區活化來測量
• 也可發展其他測驗來進行評估
• 語言處理在語意及他人意圖之間的關係
• 他人的意圖會影響自己的作法
• 這種考慮資訊交替來往的部分，稱為溝通(communication)
• ASD和Schizo的研究特別多
• 提供語境，並且測驗受試者了解多少
• 語意理解能力有無好壞之分？  以及如何增進語意理解之功能
• 語意理解具有個體差異，也存在個體內差異
• 心情好壞等因素影響'其對他人的判讀
• 語言理解的介入策略？
• 日本曾用tDCS可提升多重語意的反應速度，但僅是概念但尚且無法應用
• 語言處理及語意理解時，working memory似乎是重要的建構；目前既存一些提升working memory的策略，或可改善
• 閱讀部分，閱讀經驗也是能改善語意理解的正確性，如可利用情境去推測下一個字。
• 似乎閱讀量較多的人，語言理解能力似乎較好
• 電腦程式訓練人類智慧
• 已販售，似可提升閱讀障礙兒童的理解
• 腦波測驗腦力大小
• 放大腦波進而改變物理現象
• 似可藉由此方法延緩老化
• 造字型態的差異，在大腦皮質上的反應關係如何？
• 六書有象形、會意、形聲等等，如不同的購字原則？
• 單字的形聲字（半數的中文)：大多數是靠記憶(形狀意義)，但是聲音的成分較少
• 藉由偏旁猜測中文字的意思(類化效果)
• 教美國大學生看中文，再考驗他是否能歸納這些規則，並且類化應用
• 腹、肌、腿，判斷胸是否與身體有關？
• 駭、垓、孩，判斷是否能判斷該地意思？
• 結果顯示在左腦的額葉與顳葉有產生反應，故如果學習牽扯語意學習，則其腦區的活化將會被呈現(儘管偏弱)
• 顏色的判別是先天或者後天造成？ 其作用機轉為何？
• 後天可以訓練顏色區辨能力，但前提是cone & rod數量正常
• 不同語言可能使用不同的label，如果經過訓練之後，顏色區辨能力是否上升？
• 語言相對論：思想影響語言，或者語言影響思想？
• 很有可能是不同的，因語意理解上的差異(你所說的黃色，與我所想的黃色可能不同)
• 為何在病人與對照組之間的比較，看IFG？
• 因其反應最為明顯
• 語意判斷可能與選擇(selection)相關，思覺失調症個案可能在選取能力較差(無法挑選出有意義的資訊，此挑選過程造成IFG的活化)
• Schizo和ADHD的attention差異？
• 二者均有注意力不集中的問題
• ADHD伴隨衝動可能交互影響，也可能獨立
• Schizo可能在filter的地方損傷，造成無法選擇有意義的資訊
• 不同症狀影響相同區域：最複雜的情況，臨床常見
• 不同症狀有想不同區域：乾淨，但是相對少見
• 閱讀障礙的兒童
• 美國的研究以association task發現個案在額葉與顳葉的活躍均較弱
• ASD和schizo的語意理解上有沒有差異？
• 從DSM上二者均有語意理解上的差異
• schizo左邊的IFG活躍較多；autism則是左邊的IFG少，但右邊的IFG多(代償解釋？)
• 也許他們的神經作業機制不同