Nature Reviews Neurosci:語言中的節奏及其神經機制|導讀 37期

2020-12-05 腦科學君

頂刊導讀目錄

1，說話人能夠根據舌頭的體感對元音進行分類

2，通過繪製大腦皮層對語義關係的表徵地圖來連接大腦中的概念

3，聽覺和額葉皮層中非緊縮聲學類別的動態變化和層級性編碼

4，語言中的節奏及其神經機制

5，丘腦、皮層和杏仁核參與處理危險信號的自然聲音線索

1，說話人能夠根據舌頭的體感對元音進行分類

期刊：PNAS

作者：Loren

意義：眾所周知，聽覺語音感知將連續的聲學輸入歸類為離散的語音單位，這一特性通常被認為是對母語中的音系類別的獲取和保存的關鍵。當聲音信號不清晰時，與語音產生相關的體感輸入也被證明會影響語音感知，從而導致類別邊界的變化。

本研究利用一個專門設計的實驗範式，證明在沒有聽覺反饋的情況下，軀體感覺反饋本身就可以識別語音類別。這一發現表明，語音清晰度的聽覺和體感關聯可能共同促進了語音範疇的產生、維持和進化。

摘要：聽覺語音感知使聽者能夠從語音中獲取語音類別。在言語生產和言語運動學習過程中，說話人的經驗與聽覺和體感輸入相匹配。因此，體感信息也可以提供語音單位。

目前研究評估了人類在沒有聽覺反饋的情況之下，是否可以使用體感反饋來識別元音。在一項舌尖定位任務中，參與者被要求在/e，ε/發音範圍內實現不同的舌位，這個過程是完全非言語性的，涉及扭曲的舌形視覺反饋（舌位測量採用電磁關節造影）。

在每個舌位試驗結束時，被試被要求通過被遮掩的聽覺反饋對相應的聲道結構進行耳語，並識別與到達的舌位相關的元音。遮掩聽覺反饋確保元音分類是基於體感反饋而不是聽覺反饋。另一組受試者被要求對竊竊私語的聲音進行聽覺分類。

此外，我們還利用貝葉斯分類器對正常語音生產中元音類別和舌位之間的聯繫進行了模擬，該分類器基於同一個人在單獨的語音生成任務中多次重複/e、ε、a/元音時記錄的舌位。

總之，我們的結果表明，僅用體感反饋就可以實現元音分類，其準確性類似於聽覺感知的準確性，並且與貝葉斯分類器所描述的正常語音發音清晰度一致。

2，通過繪製大腦皮層對語義關係的表徵地圖來連接大腦中的概念

期刊：Nature communications

作者：Niki

對於三種語義關係: 「對象-屬性」(a)、「事件關係」(b)和「空間相關」(c) ，多元模式分析揭示了與這三種關係相關的兩種皮層模式。表格列出了激活模式和圖中所示最相似的4個單詞對

在大腦中，語義系統被認為存儲了抽象概念。然而，很少有人知道語義系統如何連接不同的概念，並推斷語義關係。為了解決這個問題，本研究讓受試聽了很多段自然故事材料，同時記錄了數小時的功能性磁共振影像數據。作者通過建模分析得到了一個體素響應的預測模型，並進一步應用於成千上萬的新詞。

研究結果表明，語義類別和語義關係對應的皮層響應都表現為空間上重疊的模式，而不是解剖分離的區域。並且，反映概念從具體到抽象的語義關係表現為大腦皮層默認網絡的激活和額頂注意網絡的失活。作者認為人類大腦使用分布式網絡編碼概念以及概念之間的關係，尤其是默認網絡，在概念抽象化的語義處理中起著核心作用。

3，聽覺和額葉皮層中非緊縮聲學類別的動態變化和層級性編碼

期刊：Current Biology

作者：Aleah-jing

任務設計和生理記錄過程中的類別表現

類別感知是一種基本的認知功能，可使動物靈活地將聲音與行為相關的類別進行對應。本研究調查了出現在雪貂的聽覺和額葉皮層中的聲學類別表徵特性，以及在被動聽任務相關刺激過程中和從學習過的類別任務中主動提取記憶信息的過程中表徵動態性。對雪貂進行了兩個Go-NoGo聽覺類別任務的訓練，這些任務需要區分兩個非緊湊的聲音類別（由音調或調幅噪聲組成）。

結果發現，尤其是在任務過程中，較高級的皮層區域的神經元反應逐漸變得更加類別化。類別響應的動態特徵表現出級聯的自上而下的調製模式，最早從額葉皮層開始，隨後向下遊傳遞至第二聽覺皮層，接著是第一聽覺皮層。在神經元的亞群中，類別反應甚至在被動聆聽條件下也持續存在，這表明了對任務類別的記憶及其增強的類別邊界。

4，語言中的節奏及其神經機制

期刊：Nature Reviews Neuroscience

作者：Sniper

關於口語識別的研究一般是通過研究單詞或單詞的組成元素（例如基礎的聲學特徵或音素）來進行的。最近，人們研究了語音的「中尺度時間信息」，特別是聲音信號包絡中與音節信息相關的規律性，並且發現它們在言語產生和感知過程中起著重要作用。這種尺度的時間信息在所有語言中都非常穩定，一般稱為節奏。節奏的範圍穩定在2-8 Hz。值得注意的是，這種節奏性是構建可理解的語音所必需的。

當前的許多工作都集中於研究言語中的語音感知和言語運動之間的交互。從行為學和神經元活動的層面，可以顯示感知和運動系統的特性，以及它們之間的相互作用如何構成中尺度語音節奏的基礎。

這些數據提示了一個推測：和語音相關的運動皮層像是一種神經振蕩器。這一推測與當前的主流觀點非常吻合：神經振蕩在感知和認知中起到基礎作用。此外，這些研究結果還從不同的視角豐富了言語運動理論的內容，對運動感知交互作用的機制提供了新的機械論觀點。

5，丘腦、皮層和杏仁核參與處理危險信號的自然聲音線索

期刊：Plos Biology

作者：Aleah-jing

用光遺傳學手段抑制外側杏仁核（LA）活動導致小鼠因移動誘發的聲音的中止而觸發的僵直反應消失。

動物利用他人防禦反應所產生的聽覺線索來發現即將發生的危險。在本研究中，我們確定了大鼠中的一個神經環路，該神經環路能識別一種危險相關的聽覺線索，即由僵直引起的移動誘發聲音的中止。該迴路包括內側膝狀體（MGD）的背側亞核及其下遊區域、聽覺皮層的腹側區域（VA）和外側杏仁核（LA）。這項研究表明了聽覺刺激消失的神經通路在處理威脅的自然聲音線索中的作用。

校審：Freya（brainnews編輯部）

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