发展性阅读障碍中规则的认知和神经加工受损

语言的规则和规律在人脑中通常是以隐性和毫不费力的方式处理的。患有发展性阅读障碍的人在隐性学习顺序刺激的规律性方面有问题，但这种缺陷的神经基础还没有被彻底研究。本文调查了18名患有阅读障碍的成年人和20名典型读者在神经和知觉层面上对复杂的听觉规则的提取和利用。用脑电图记录了语音刺激中违反规则的Mismatch Negtivity（MMN）和P3a反应，分别反映了变化检测和注意力转换。两组人都报告说没有或很少明确意识到规则，这表明是隐性处理。阅读障碍者对规则的提取能力不足，表现为MMNs的减弱，估计特别是来自左脑周区。在注意力集中的情况下，当被试者被告知规则后，群体差异仍然存在，诵读障碍者对违反规则的行为检测很差，这可能表明在利用规则的明确信息方面也有困难。基于这些结果，阅读障碍的语音处理困难超出了音素辨别和基本听觉特征提取的范围。隐性提取和毫不费力地采用复杂的听觉规则方面的挑战可能是阅读障碍者语言学习困难的核心。

听觉是语言习得和加工的核心，在早期发育过程中，婴儿通过听觉学习母语音素，并形成了广泛的语言神经网络。阅读困难症患者在辨别基本听觉特征和语音变化方面存在困难。阅读困难被认为主要是语音加工缺陷。但是，语言不仅仅是音素：它包含着复杂的规则和规律，这些规则和规律定义了语言单位的组合方式。

学习母语，包括其规则和规律，是在早期发展过程中内隐的。当学习是无意的，并且由此产生的知识难以口头表达时，学习被认为是隐性的。近几十年来，内隐学习在阅读困难中的作用引起了人们的兴趣。有人提出，内隐记忆和程序记忆（而非外显记忆）中的问题是学习缺陷的特征，如阅读困难，阅读困难患者的内隐学习困难是他们获得流畅阅读技能问题的核心。内隐学习通常通过系列反应时测试（SRTT; Lum et al., 2013; Nissen & Bullemer, 1987）和人工语法学习（AGL）任务（Pothos，2007；Reber，1989）进行研究。这两种行为任务在一系列视觉刺激中呈现出潜在的规律性，SRTT甚至包括运动技能学习部分。

在听觉方面，关于内隐学习的研究，特别是那些挖掘大脑过程的研究很少。在两项行为实验中，Gabay等人（Gabay et al., 2015；Gabay&Holt，2015）表明，阅读障碍患者的听觉类别附带学习和听觉规律统计学习受损，他们在被动接触语音和非语音后检测语音和非语言声音的过渡概率以及在视频游戏中学习新的听觉类别方面比正常阅读者差。基于他们的结果，作者提出，内隐（或程序）学习中的问题可能会导致早期发育期间音素类别的习得不良，这被认为是阅读困难症的核心问题。因此，内隐学习缺陷可能是阅读困难症语音缺陷的根本原因之一。

脑电ERP可以反映听觉加工。在最近的一项ERP研究中，被动接触单个新词会导致正常阅读者的ERP波形增强，但患有阅读困难的儿童的ERP波形则不会增强。该结果可能反映了患有阅读困难的儿童对新单词形式的快速（内隐）学习受损，与上述行为结果一致。但是，所研究的过程（暴露于单个新词）与呈现一系列视觉或听觉刺激规律的行为研究大不相同。据我们所知，只有少数研究利用听觉事件相关电位来研究阅读障碍中的这种加工。在这些ERP研究中，有阅读困难的人在语言发展过程中表现出对规则的异常加工，如母语中的发音概率和形态句法违反。例如，Cantiani等人（2015）报告了阅读困难症患者对形态句法违反的反应中N400的增强，并将该发现解释为阅读困难患者“构建内隐规则困难”的补偿机制。但是，正如Gabay等人（2015）所指出的，呈现属于被试母语的规则可能会导致先前语言或语音加工技能的混淆效应。这可以通过在实验中引入新的刺激或人工规则来避免。

利用事件相关电位研究听觉规则的隐式提取的一个特别可行的工具是失配负性（MMN），它是由听觉输入中违反规则而引起的，与个体注意力的方向无关。所谓的抽象MMN最初是用这样一种范例记录的，其中具有上升音调的声音对（第一个声音低于第二个声音）以不同的频率级别呈现，接着出现了一个音调下降的异常声音对。在这样的背景下，MMN的引出需要隐式提取潜在的规律性。当被试事后无法明确描述违规行为时，甚至发现了MMN对这些违规行为的反应。但是，P3a反应反映了对刺激变化的注意力转换，仅在能够口头描述规则并在专心倾听条件下检测到规则违反的被试中明显。与这些结果形成对比的是，最近的一项研究表明，在忽略和专注的听力条件下，即使在没有明确意识到规则的情况下，语音环境中的规则违反也会引发MMN和P3a反应。因此，P3a是否也在真正的隐式加工环境中产生仍有争议。

本研究的目的是考察发展性阅读障碍患者在神经和行为水平上的内隐听觉规则提取是否受损。据我们所知，虽然内隐规则提取具有可行性，但在阅读障碍或其他具有抽象MMN的神经发育障碍中，内隐加工尚未进行过研究。我们记录了MMN和P3a对忽略和注意倾听条件下违反规则的反应，并通过行为测试评估其检测。通过要求被试口头描述规则，然后在注意力/显性倾听条件（包括行为检测任务）之前告知所有被试规则，控制对规则的显性意识。这样做是为了确保所有被试都有相同数量的关于刺激的显性信息，并比较阅读障碍患者与正常阅读者如何接受和利用这些显性信息。我们的研究问题如下：

研究问题1(RQ1):在忽略/内隐和注意/外显条件下，阅读困难是否会影响神经和行为水平的听觉规则提取？

研究问题2(RQ2):哪些脑区在听觉规则提取方面存在群体差异？

研究问题3(RQ3):听觉规则提取与阅读和相关技能相关吗？

基于先前有证据表明阅读困难患者对听觉规律的加工存在缺陷，我们假设他们会表现出MMN/N2bs的减少或缺失，可能还会表现出P3a。如果组间差异仅在忽略/内隐条件下出现，则将为阅读困难中提出的内隐而非外显学习缺陷提供神经证据。但是，如果组间差异持续存在于外显刺激加工条件下，则可能表明阅读障碍患者在利用听觉规则的外显信息方面存在困难。

在阅读障碍患者中，听觉规则提取的神经源可能较弱，大约位于语言刺激的抽象MMN来源的左颞额叶区域。由于内隐学习困难被认为与阅读困难儿童的阅读缺陷有因果关系，并且先前关于阅读困难儿童的内隐新异词形学习的研究证明了与阅读技能的关联，我们还期望更有效的听觉规则提取（更大的MMN/N2b反应，可能特别是在忽略/内隐条件下）与更好的阅读和相关技能之间存在关联。

方法

被试

通过社交媒体和网站招募的39名被试被纳入分析（18名阅读困难症患者和20名对照者）；一名被试报告有绝对音高被排除在外，因为绝对音高可能会在包括音高变化的范式中影响听觉ERP。所有被试都完成了表1中所述的神经心理学测试。如果被试在三次阅读测试中至少有两次的速度或准确度低于预期水平，则被视为患有阅读困难。两组被试均为右利手，母语为芬兰语，听力和视力正常或矫正至正常，基本运动功能无问题，无神经或精神疾病，或（其他）学习、语言障碍，或注意力相关损伤（通过成人ADHD自我报告量表[ASRS-V1.1]症状检查表，（Kessler et al.，2005）对这些损伤进行了额外筛选）。两组被试在相关背景因素上保持匹配：阅读障碍患者的年龄为32.5岁（SD=8.9），对照组为29.5岁，独立样本t检验p>0.20；性别分布：阅读困难组18名男性中有9名，对照组20名男性中10名，卡方检验p>0.20；阅读障碍患者的受教育年限为15.0年（SD=2.6），对照组为16.3年（SD=2.7），独立样本t检验p=0.143。

表1

实验刺激和范例

Virtala et al.（2018）详细描述了实验刺激、范例、程序和脑电记录。刺激是一对自然发出的音素/i/-/i/和/i/-/æ/，音素持续时间被削减到230毫秒，平滑结束于190到230毫秒。这些音素具有206.8赫兹的自然F0级，它们被转换为七个额外的F0级（174.3、184.6、195.4、217.8、229.7、242.5和256.2赫兹）。音素对的持续时间为530毫秒（其间有70毫秒的无声间隔）。在音素对中，音素之间的频率差总是超过一个频率水平，其中/æ/的频率总是高于/i/in/i/-/æ对，导致42个不同的/i/-/i/对（21个频率上升，21个频率下降）和21个不同的/i/-/æ/对。

实验范式如图1所示。频率上升的/i/-/i/对作为标准（概率80%），频率下降的/i-/i/对（违反规则，10%）和/i/-/æ/对（元音偏离，10%）作为偏差。音素对是伪随机呈现的，因此序列从至少七个标准开始，每个偏差之前至少有一个标准。为了减少由于定期重复刺激引起的锁相脑活动，音调对之间的开始toonset间隔包括10毫秒步长的±25毫秒抖动（因此为975、985、995、1005、1015或1025毫秒）。

图1

实验程序

演示软件V17.2（美国加利福尼亚州神经行为系统公司）通过耳机（索尼动态立体声耳机，MDR-7506）双耳呈现了四个刺激序列，被试舒适地坐在隔音的电气屏蔽室中（见表2）。刺激强度约为65 dB SPL（a）。Cedrus RB844响应板（Cedrus Corporation，CA，USA）用于记录AttendV owel和AttendRule期间的行为反应。

实验从忽略脑电记录条件（序列忽略，21分钟，1260个刺激，126×2个偏差）开始，被试观看一部没有声音的字幕电影，并被指示忽略任何声音。之后，被试被要求按照前面的顺序描述偏差。接下来，被试被告知有两种类型的变化，并被要求在熟悉阶段（熟悉，90秒，90刺激，9×2偏差）通过按下按钮来检测两种偏差。在熟悉之后，被试再次被要求按照前面的顺序描述变异词，然后获得关于规则（和元音变异词）的明确信息。在两个独立序列的注意力状态下，被试随后被指示在EEG记录期间检测规则违反（AttendRule，10分钟，630个刺激，63×2个偏离）和元音偏离（AttendV-owel，10分钟，630次刺激，63×2个偏离）。这两项检测任务的呈现顺序在被试之间是平衡的。被试被告知在脑电记录期间避免移动和过度眨眼。

表2

结果

MMN/N2b和P3a：群体和注意效应

在忽略状态和专注状态下，阅读障碍组和对照组在Fz处MMN具有统计学显著性（见表3，图2和3，补充图S3；“目标”状态下的响应在补充图S4中另有说明）。在不同条件下，阅读困难者的MMN/N2b波幅较小（F(1, 36)=4.239，p=.047，=.105）；与忽略条件相比，注意力集中时的MMN/N2b波幅表现出更大的趋势（F(2, 36)=3.044，p=.090，=.078）。组别和条件之间的交互作用不显著（F(1, 36) =1.002，p=.324，=.027）。

图2

图3

两组的P3a在忽略状态下具有统计学意义，但在注意力状态下不具有统计学意义（对照组中的注意力-P3a未通过多重比较校正；见表3），因此没有对注意力状态下的P3a进行进一步分析。在忽略条件下P3a的RM-ANOVA中，组别效应不显著（F(1, 36)=.471，p=.497，=.013）。

由于阅读障碍组的一名被试和对照组的一名被试在忽略条件（得分>0）后报告了对该规则的一些明确了解，因此在排除这些被试的情况下重新对包括忽略条件在内的所有数据分析。两组的MMN和P3a反应在忽略条件下仍然具有统计学意义（在所有p<.006，Bonferroni校正标准）。对于MMN/N2b的组别和条件效应，组别的差异是边缘显著, (F(1,34)=3.195, p=.083,=.086)，而条件效应不显著(F(1,34)=2.764, p=.106,=.075)，组别和条件的交互作用不显著（F(1,34)=.599, p=.444,=.017）。

表3

MMN/N2b源激活

在忽略条件下，对照组在左半球前颞区和下额叶区的MMN源激活比阅读障碍患者更强（补充图S1，临界p值=.05）。在注意力集中状态下，对照组在上述区域和右半球的MMN/N2b源激活比阅读障碍患者更强，广泛分布于颞顶叶区域（补充图S2，临界p值=.05）。

与阅读技能的相关

偏相关分析显示，在忽略条件下，文本阅读和MMN振幅之间存在中度相关（r=-.363，p=.035），因此在时间限制内正确读取的单词数量越多，MMN越大（见图4；完整统计信息，请参见补充表S1）。但是，这种相关没有通过Bonferroni校正标准（p=.004）。

图4

行为结果

大多数阅读困难患者和对照组被试在忽略或熟悉序列后无法口头描述规则（违反），组间差异无统计学意义（18名阅读困难患者中有17名和20名对照组被试中有19名在忽略序列后得分为0，U=180.50，p=1.000；18名阅读困难组者中有11名和20位对照组成员中的13名在熟悉之后得分为0；U=183.50，p=0.919）。两组的命中率均高于随机水平，在对照组的AttendRule序列中，t(19)=9.354，p<0.001；对于阅读困难患者，t(17)=5.461，p<0.001，与对照组相比，阅读困难者在统计学上显著降低，分别为42.1（SD=25.9）和63.7（SD=20.7），t(36)=2.617，p=0.013。阅读困难组和对照组在熟悉方面的命中率分别为29.7（SD=30.1）和44.0（SD=36.4）。阅读障碍患者和对照组在熟悉过程中的反应时间分别为667.1（317.0）ms和615.6（285.3）ms。阅读障碍患者和AttendRule对照组的反应时间分别为662.6（179.2）ms和622.8（120.4）ms，组间差异无统计学意义（U=189.000，p=0.579）。

本研究确定了对语言功能至关重要并可能反映内隐学习问题的神经和感知听觉规则提取在阅读困难成年人中是否异常。根据我们的假设，阅读困难患者的MMN/N2b波幅降低，他们在规则违反行为检测中的命中率低于对照组被试，这表明他们在神经和行为水平上听觉规则提取受损，这可能源于其内隐学习存在缺陷。