最新研究 | 人类大脑皮质对有声调和非有声调语言的音高编码
语言可以使用共同的声音来表示不同的含义。在有声调的语言中，如普通话，音节的音高轮廓将一个词与另一个词区分开来，而在非声调的语言中，如英语，音高是用来传达语调的。语音感知中的语言专业化基础的神经计算尚不清楚。这里，研究人员使用跨语言的方法来解决这个问题。以普通话和英语为母语的参与者分别听普通话和英语演讲，而神经活动直接从非初级听觉皮层记录下来。两组都在单个电极水平上显示了说话人不变音高的一般语言编码。在电极群体水平上，我们发现仅普通话使用者的皮质调谐参数具有语言特异性分布，对普通话声调类别的敏感性增强。我们的结果表明，语音感知依赖于共享的皮质听觉特征处理机制，这可能调整到特定语言的统计。
音调和非音调语言的音高的人类皮层编码
语言可以使用通用的声乐库来表示不同的含义。在诸如普通话的音调语言中，音节的音高轮廓将一个单词与另一个单词区分开，而在诸如英语的非音调语言中，音调用于传达语调。语音感知中的语言专业化基础的神经计算尚不清楚。在这里，我们使用跨语言方法来解决此问题。母语为普通话和英语的参与者都听普通话和英语，而神经活动直接从非主要听觉皮层记录下来。两组都显示了单个电极水平上说话者不变音调的语言通用编码。在电极的总体水平上，我们发现仅在普通话使用者中皮质调节参数的特定于语言的分布，对普通话语调类别的敏感性增强。我们的结果表明，语音感知依赖于共享的皮质听觉特征处理机制。
音高在所有语言中都用于传达韵律信息。在诸如汉语普通话之类的声调语言中，音调的变化称为词汇声调，也传达不同的意思。普通话有四个不同的音调:高(T1)，中(T2)，低(T3)，高下降(T4)[ high-level(T1), mid-rising (T2), low-dipping (T3), and high-falling (T4)]。单音节的/ ma /可以表示/ ma1 /（妈），/ ma2 /（麻），/ ma3 /（马）和/ ma4 /（骂）,具体取决于使用的语气。词汇音调的主要声学线索是基频(F0)，被认为是音高。
尽管音高变化的重要来源，但听众仍会提取词汇音调信息。在自然语音中，普通话的词汇音调的实际音高特征在说话者之间变化很大，这取决于说话者的声带和喉部的解剖特性，以及在说话时受到话语突出程度，句子级措词的影响，以及在发声中基本频率的下降。
全脑神经影像学研究一直将词汇语调处理定位于双侧颞上回（STG）中的人类非初级听觉皮层。STG是语音处理的重要场所，并且已被证明包含针对多种语音特征的选择性编码。但是，比解剖学定位更根本的问题是皮质活动如何编码音调信息，即刺激特征和神经反应之间的精确映射。STG中代表哪种信息是未知的：声学绝对音调频率（F0），高级听觉表征？此外，与不讲声调语言的人相比，与音调有关的音调的编码是否专门针对普通话？了解音调处理的神经基础可以解决人类听觉系统如何将声音信号转换成有意义的语言感知的基本问题。
为了解决这些问题，研究人员记录了15名参与者的神经活动(11名普通话母语者和4名英语母语者;他们都是只会说一种语言的人)。使用高密度电极阵列(electrocorticography,ECoG)记录皮质神经活动，而参与者被动地听自然的、连续的普通话和英语语音。直接高密度皮层录音对于解析详细的神经活动是必要的，在空间上用于以毫米为单位选择性地调整到声学特征，在时间上用于追踪对数十毫秒的音高动力学的响应。通过对普通话和英语参与者进行相同的刺激，研究人员的目标是探讨人类大脑如何处理语言内部和跨语言的声音模式变化的问题。这为人类有声调和非声调语言的听觉加工共享的潜在机制提供了新的基础见解。
在普通话中，讲话者标准化音高定义了词汇语调
图1a和图1b分别显示了以普通话为母语的女性和男性所讲的一个例句的声波形和声谱图。普通话的每个音节都有一个主要受音高听觉特征提示的词汇声调，但普通话声调的绝对音高值因说话人的基线音高而不同(图1c, 1d)。图1e显示了刺激语料库中十位说话者每个词汇音调的平均绝对音高轮廓。这些轮廓占据了绝对音高空间的不同区域，因此没有绝对音高轮廓来确定音调的一致性(图1e)。
相对音高编码是STG中音色识别的基础
为了理解词汇音在非初级听觉皮层中是如何表示的，研究人员首先评估了11位以普通话为母语的参与者在被动听普通话时的神经活动。研究者计算了高伽马波段（70-150 Hz）中信号的幅度，该幅度与局部神经元活动相关。研究人员发现普通话应答中STG的皮层普遍激活，每个受试者平均有49个(±19 sd)的语音响应电极，这与英语参加者的先前观察相似，如下图所示。
图2：普通话词汇音调会在单个STG电极上引起不同的神经反应
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参考
Human cortical encoding of pitch in tonal and non-tonal languages