声调量表对无焦点注意的ERP的影响:跨语言研究

摘要

本研究旨在探讨在注意力不集中的情况下，音调库存量对音调下的大脑活动的影响。我们发现，当音高轮廓叠加在非言语刺激上时，跨类刺激的电生理反应大于类内刺激的电生理反应;然而，在言语刺激中，类别状态并没有电生理反应的差异。此外，在非言语刺激中，粤语者的类别效应更强。以往和目前的研究结果使我们得出结论，同一母语词汇声调对比的大脑活动不仅在主动语音加工中受到说话人的语言经验的调节，而且在没有焦点注意的自动特征检测中也受到调节。相对于集中注意条件下语音刺激的语音加工更强的情况，没有语言背景集中注意的特征检测(本研究中的音高轮廓)在相对规则的刺激(即非言语刺激)中更优。结果表明，广东话听者在自动检测音高特征方面优于普通话听者，这是因为广东话的音调系统较密集。

1.介绍

音高感知在声调语言中非常重要，声调语言利用音高模式来区分词汇意义。例如，在声调语言普通话中，同一个音段音节/ma/在高音高轮廓中表示“母亲”，而在高音高轮廓中表示“大麻”[1］．声调语言通常有不同的声调库。例如，普通话有四个词汇声调;粤语是另一种声调语言，有六个词汇声调。语言背景不仅影响语音音高的感知[2，3.]，也可推广到某些刺激和任务条件下的非言语处理[3.，4］．近年来，人们在不同刺激类型和任务类型的条件下，对语言影响音高知觉的神经基础进行了研究。电生理信号可以反映不同层次认知处理过程中涉及的神经活动，被广泛用于探索大脑如何处理语言，例如，在长期记忆痕迹水平[5]，在语义记忆层面[6]，并在句法及语法层面[7等等。

在音高信号被传递到大脑皮层之前，脑干的音高响应后频率(FFR)已被证明对音高轮廓的语言相关方面敏感，而不是特定于语言[8］．在脑干记录FFR时，受试者不需要注意刺激。此外，词汇项的信息还没有得到充分的检索。因此，脑干对语音音高曲线的反应与非语音音高曲线的反应没有区别[9］．另一方面，当被试注意到输入的刺激时，词汇项目的信息得到充分加工。因此，音高知觉在言语和非言语中是不同的[8］．例如，大脑成像数据已经精确定位了不同的大脑区域，以对叠加在语言(假词)和非语言(哼)载体上的音调轮廓作出反应[10］．大脑成像的发现与行为的结果是一致的[11，显示母语语言使用者在语音环境中选择性增强音高辨别能力。这种增强可能是由语音加工引起的，语音加工可以被晚发性正事件相关电位(ERP)成分P300所索引，该成分通常被集中注意记录[12，13］．

研究人员对音高轮廓的语音加工进行了研究。13通过一个22类别状态的设计(类别内与跨类别)，上下文类型(言语与非言语)，以及音调清单(普通话与粤语)。在本研究中，跨类别刺激的P300振幅增强在言语刺激中比非言语刺激更明显。更有趣的是，在说话语境中，这种选择性的音高辨别增强在说广东话的人身上具有统计学意义，而在说普通话的人身上则没有。作者将这一发现归因于两种语言系统中不同音调的影响。普通话的声调往往是明显不同的，这使得讲普通话的人很容易区分它们。另一方面，粤语的音调系统在声学上比普通话更密集，粤语的音调在音高和坡度上有显著的重叠。较重的音调系统可能要求说粤语的人比说普通话的人在音高和坡度上做出更细微的区分，以便区分某些音调。

虽然该研究比较了涉及类别状态和上下文类型的不同条件，但没有比较不同的注意水平。因此，观察到的群体差异是否仅仅来源于显性类别信息(通过音高轮廓区分的词汇项目)，这往往需要集中注意力来进行在线判断，还是来自自动特征检测，即使不需要集中注意力也可以完成。在古怪的范式中，大脑必须在异常刺激出现之前形成重复的听觉刺激的表征，无论是否注意[14］．然而，根据被试的注意力状态(缺席或在场)，古怪范式会诱发不同的ERP成分，指示不同的脑加工阶段。P300可能是语音加工的指标，通常由被试的集中注意力引起。另一方面，其他ERP组件(如MMN、错配组件[15)，可以作为自动特征检测的索引。

在本实验中，我们研究了母语为普通话和粤语的被试对同一组言语和非言语音调刺激的电生理反应。13］．被试被要求忽略这些以古怪范式呈现的刺激。具体来说，将调查三个问题:(1)跨类偏差的自动检测是否比类内偏差更容易，(2)两类偏差在言语和非言语环境下的脑反应差异是否不同，(3)说粤语和普通话的人对同一组刺激的表现是否不同。

2.材料和方法

2．1．参与者

15名母语为普通话的人(7楼;年龄:22.72.2)和15名母语为香港粤语的人士(7楼;年龄:21.62.2)，听力正常，无神经系统疾病史，付酬参加实验。所有研究对象都是右撇子大学生。在七岁之前，两组的受试者都没有学习过另一组的第一语言或接受过音乐训练。实验已获香港中文大学调查及行为研究伦理委员会批准。

2．2.刺激

本研究包括两组刺激物:语音音节/i/和非语音复合声调。每一组包括从连续的11个刺激中提取的3个刺激，即范畴内偏差(刺激数1)、标准偏差(刺激数4)和跨范畴偏差(刺激数7)。

11个语音刺激，每一个持续时间为500毫秒，由一个母语为普通话的人发出的音1音节/i/合成，音高轮廓如图所示1(一)．这个音高连续体的端点形成了普通话和粤语的高阶(声调1)和升阶(声调2)的双线性近似。通过识别测试确定类别边界，普通话和粤语合成刺激的自然度评分具有可比性[3.，13］．另外11个非言语刺激由一个复杂的音调(见波)合成，与言语刺激具有相同的音高轮廓。两组刺激的响度具有可比性，两组刺激的强度信封紧密匹配。

2．3.过程

刺激(图1(一))以一种奇怪的范式呈现。每个刺激集1200次试验(80%标准，10%偏差类型;500ms刺激间期(ISI)是伪随机的，在每个偏差之前至少有两个标准。两组刺激(即言语和非言语)以平衡顺序呈现。所有刺激均通过一对E·a·RTone 3A插入式耳机双耳呈现。实验对象坐在隔音的隔间里，并被要求观看一场自己选择的带有字幕的无声电影，同时忽略声音刺激。在整个实验过程中，使用32通道ActiveTwo Biosemi脑电图系统记录脑电图数据。Fp1, Fp2和附着在每只眼睛外眦附近的两个额外通道被用来监测由于眼睛活动造成的伪影。此外，在每个乳突附加两个通道作为参考。记录以1024hz的频率数字化。

脑电图记录后，行为相同/不同歧视采用刺激对1-4、4-1、4-7和7-4进行后测，以确定刺激的类别状态。在这个任务中，受试者被指示在3秒内按下两个按钮中的一个来区分一对刺激(500毫秒ISI)是否相同。每对重复七次，在不同的区域呈现给受试者。一个额外练习块的结果被排除在分析之外。

2．4．数据分析

每个比较单元包括四种类型的所有试验(AB、BA、AA和BB)。歧视的响应(D对每个比较单元的定义是由来自相同和不同对的正确回答的百分比(另见[16，17])。

EEG记录与平均乳突相对照，并过滤0.5-30 Hz的带通。erp持续时间为900 ms，从每个条件和每个受试者获得的前刺激基线为100 ms。有眼伪影的试验被排除在平均值之外。错配分量(MC)由标准的ERP减去各类型偏差的ERP得到。两个负分量由所有实验条件下的大平均差值波的最大负分量确定(见图)1 (b))．根据感兴趣区域选择8个额中央电极f3、Fz、F4、C3、Cz、C4、FC1、fc2，并通过地物分布图(见图)进行确认1 (c))．颞部电极(FC5、FC6、T7、T8) ERPs较弱，未见明显效果。因此，没有进一步的分析。早期MC和晚期MC的宽度分别为60 ms和100 ms，在200 ~ 350 ms和400 ~ 700 ms的大平均差波的负偏斜窗口内，均以单个峰值为中心。

对行为和电生理反应进行三次混合设计重复测量方差分析(MANOVA)。受试者内部的两个因素是上下文(言语对非言语)和类别(across-category与种类)。一个被试之间的因素是语言(普通话和粤语)。行为反应的因变量是D，而ERP的因变量分别为MC早期和晚期的平均振幅和峰值潜伏期。

的事后价值所有测试都在适当的地方进行了多次比较。所有显著性检验均在后修正。

3.结果

3．1.行为数据

只有一个重要的主要影响类别(图2)，F(1, 28) = 45.557，，表明4-7对()较第1-4组()．

３．２．电生理数据

3.2.1之上。早期组件不匹配

MANOVA没有显示任何显著的平均振幅的影响(图3(一个)）;但是有一个意义类别×上下文交互效应的峰值延迟(图3 (b))，F(1, 28) = 4.551，．其他影响没有达到显著程度。峰潜伏期的交互作用表明，跨类别和类别内偏差在不同难度水平下被检测到(见[15)，这取决于上下文(载体)。

3.2.2。晚不匹配组件

对峰值延迟没有任何显著影响(图)3 (d))，但只是一种意义类别×上下文平均振幅的相互作用效应(图3 (c)）F(1, 28) = 6.803，．此外，事后分析显示了一个重要的结果类别在非言语刺激下，粤语使用者对跨类别偏差者的电生理反应比类别偏差者的电生理反应更大F(1, 14) = 6.87，．

4.讨论

4．1.行为数据

后测行为任务显示，无论语境或语言背景的类型如何，跨类对的辨别要比类内对容易。这个结果验证了电生理记录中相对于标准刺激(4)的跨类别偏差(7)和类别内偏差(1)的选择是适当的。

4．2．早期组件不匹配

早期MC在类别状态和上下文类型之间表现出峰值潜伏期的交互作用。这可能反映出跨类和类内偏差的检测难度不同(见[15)，这进一步取决于上下文(载体)。但是，由于在事后分析中没有得到其他影响，因此在此不作详细讨论。与其他研究相比[18，19]，本研究未获得主要类别效应在早期时间窗未集中注意。没有主要类别效应可能是由于使用了比其他研究小得多的物理距离(9 Hz) [18，19，通常使用较大的距离(30赫兹以上)之间的偏差和标准。虽然在主动加工中，由于外显类别信息的促进作用，9 Hz的距离足以诱发类别效应，但在被动加工的早期时间窗口中，这样小的距离可能无法诱发稳健的类别效应。在未来的研究中，有与无集中注意的范畴知觉中正显著歧视距离的关系值得研究。

4．3．晚不匹配组件

4.3.1。分类效果

在晚的时间窗口，跨范畴偏差比非言语语境中的范畴偏差诱发更大的MC。这表明，即使没有集中注意力，音调的类别效应也可能出现，尽管出现的时间要比经典的MMN晚得多[15］．言语语境中类别效应的缺失可能是由于言语和非言语语境之间的光谱结构不同(如[16])。音调感知主要依赖于音高轮廓的感知，音高轮廓信息可从和声结构中获取。非言语语境的和声结构比言语语境的和声结构更简单、更有规律。因此，在本研究中，没有集中注意的非言语语境中，类别效应可能更强。对于言语语境中类别效应缺失的另一种可能解释是，听觉皮层(失配成分的神经生成器)的激活被视觉刺激的感知、电影及其字幕所抑制[20.］．此外，一项研究报告称，当被试同时受到视觉和听觉刺激时，颞区神经活动减少[21］．尽管被试在言语和非言语条件下都关注字幕，但言语语境中的字幕对语言的干扰可能大于非言语语境。

据报道，晚期的MC反映了MMN发生器的总和和格式塔基上记忆痕迹的形成[22，并对无人聆听的言语或非言语刺激的变化作出反应[23，源自新生婴儿[23，24,孩子们22，23]，以及成人[25］．有人认为，晚期的MC，像经典的MMN一样，是研究言语知觉和学习的重要工具[23］．这种后期的MC可能与声音差异的感觉或注意力处理无关，而是反映了更高层次的、认知的、尽管不是明确意识的声音差异处理[26］．然而，并不是所有被动的古怪研究都能发现和研究晚期否定，部分原因是ISI太短，无法引出一些早期研究的组成部分(例如，[23])。在本研究中，当偏差者与标准之间的物理距离较小时，晚期MC可能是更可靠的类别效应指标，值得更多的研究进一步探讨晚期MC的作用。

4.3.2。语言的影响

实验结果表明，非言语语境的范畴效应只存在于粤语者的电生理反应中。在普通话使用者的回答中没有显著的影响。这一结果与之前的研究提出的假设是一致的[13，粤语者必须比普通话者在音高和坡度的感知上做出更细微的区分，以便区分分布更密集的音调。最近的一项研究比较了说普通话和说广东话的人的听觉音高反馈的ERP相关关系，也表明说广东话的人可能比说普通话的人需要更高的音调识别感知能力，因为他们的音调库比说普通话的人更密集[27］．

4.3.3。语境效应

目前还没有证据表明在没有集中注意的言语语境中存在类别效应。相比之下，在集中注意下，言语语境中的范畴效应要强于非言语语境中的范畴效应[13］．在听觉信号还没有被传递到皮层的皮层下，音高感知没有上下文效应[9］．在皮质层，即集中注意的语音加工发生时，P300标记的语境效应达到显著性[13］．对于中间阶段，即当听觉信号到达皮层水平但没有集中注意力时，背景效应仍然存在争议([18，28)和(29])。使用相同的实验范式和刺激，目前的研究结果补充了早期的发现[13在没有集中注意力的情况下研究音高知觉。本研究表明，说广东话的人在自动特征检测方面优于说普通话的人。这种更好的特征检测性能可能是粤语使用者的P300 CP效应的原因之一。因此，更好的语音加工能力可能不是解释[13］．尽管如此，本研究的结果显示，即使没有集中注意力，粤语者的CP效应也比普通话者更大，这也可能是由于粤语的音调库存更密集。

利益冲突

作者声明本文的发表不存在利益冲突。

致谢

作者感谢Manson Fong和Lin Zhou在收集实验数据方面的帮助。实验在香港中文大学进行，数据分析在中国深圳的深圳信息技术学院进行。国家自然科学基金项目(no . 11074267, no . 61135003, no . 61170283);香港研究资助局(no . GRF)国家高技术研究发展计划(863计划)资助项目(2013AA01A212)、教育部新世纪优秀人才支持计划资助项目(NCET-12-0649)、深圳市科技计划资助项目(JCYJ20120613102750045、JCYJ20120615100614529)。

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