自闭症患者的声调类别感知障碍

1.参考文献 ¶

Wang, X., Wang, S., Fan, Y., Huang, D., & Zhang, Y. (2017). Speech-specific categorical perception deficit in Autism: An event-related potential study of lexical tone processing in Mandarin speaking children. Scientific Reports, 7(), 43254-. https://doi.org/10.1038/srep43254

论文原文

2.研究背景 ¶

ASD患者在语音感知和产出方面表现出异常。自闭症儿童和成人在区分纯音和无意义的声音中的音高模式的表现都优于TD控制组。对于纯音，自闭症儿童的MMN反应时缩短且幅度增大。MMN反映了独立于注意力的对声学刺激变化的自动预注意检测，与感知听觉区分相关。

ASD中增强的声调感知是否对学习声调语言有积极影响？最近对中国自闭症儿童的研究既提供了其对非言语刺激的音高感知增强的证据，也提供了从非言语到言语的影响转移的消极证据。在一项行为研究中，与TD控制组相比，说汉语的自闭症儿童对旋律轮廓表现出更好的识别和区分能力。然而，当任务切换到语音声调判断时，ASD组的识别和区分分数都明显更差。在患有自闭症的声调语言者中，研究都证明了对非语音刺激增强的声调感知，以及对语音声调加工的负面影响（Yu, L. et al., 2015)。

自闭症儿童对词汇声调的感知受损，可能是由于对四个声调类别中的类别内变化的加工增强，导致的潜在语音加工障碍。由于说话者之间的语音差异，为了对词汇声调类别建立稳定的心理表征，听者需要增强对类别间对比的敏感性并忽略类别内的细微差异，这称为语音的类别感知(CP)：在词汇声调的分类感知中，连续可变的音高信息被映射到不同的声调类别。预计自闭症儿童在词汇声调中会出现CP障碍。这一假设与之前的自闭症研究一致，表明自闭症患者在区分更高级别的分类信息（面孔）方面表现出障碍，但对纯音和颜色的辨别力却完好无损。

为研究自闭症儿童的CP障碍，假设汉语自闭症儿童和年龄智商匹配的TD控制组对声调连续体的类别内和类别间差异表现出不同的MMR模式。采用了oddball范式，重点是比较两组对语音和非语音刺激的类别内和类别间音高差异的MMRs反应。

除了ERP潜伏期和幅度之外，还应用时频分析来检查神经振荡，这些频段可以驱动MMR活动以进行语音和非语音识别。进行时频分析，可以更详细地检查哪些振荡活动增强或减弱了观察到的ERP反应。假设ASD组中用于加工类别内与跨类别差异的MMR 和θ/β频段中存在特定于语音的异常，也就是说当音高差异相等时，汉语自闭症儿童不会表现出跨类别刺激对相对于类别内刺激对的增强的β/θ活动。此外还检查了P3a，用于检测非自愿注意力转换，以评估两组儿童语音和非语音条件下的P3a反应是否不同。

3.研究方法 ¶

16名自闭症儿童（ASD 组，平均年龄10.4岁）和 15名典型发育儿童（TD 组，平均年龄 10.3 岁），在年龄和智商分数上匹配。所有儿童在纯音听力筛查中（250~6000Hz）表现正常（<20dB HL）。右利手。两组的非语言智商分数没有显着差异。

图1

从词汇声调连续体中选择三个语音刺激，包括类别间刺激对（5和9）和类别内刺激对（1和5），它们有相等的声学距离。连续体代表两个单音节/ba2/和/ba4/。选择三种刺激来代表类别之间和类别内的对比。连续体上的刺激1和5都被母语人士视为2声，因此被选为类别内的刺激对。刺激9被认为是4声，选择刺激5和9来代表跨类别刺激对。

原始刺激是从母语为汉语的女性中记录下来的。持续时间为200毫秒。使用Praat软件进行Pitchtier转移以分离词汇声调并保持其余的声学特征相同。使用STRAIGHT软件 (Kawahara, Masuda-Katsues,&deCheveigne,1999)在Matlab中应用变形技术以创建10个间隔的语音连续体。类别间和类别内的刺激对在基频连续体中具有相同的声学变化步长。

此外还生成了非语音刺激，在基频（音高）、幅度和持续时间参数方面与语音刺激匹配。

使用oddball范式，用耳机呈现刺激。标准刺激是连续体中的#5；#9（类别间）和#1（类别内）被用作两个偏差刺激。类别内偏差和类别间偏差伪随机出现；每个出现的概率为10%，相邻的偏差刺激最少间隔4个标准刺激。共600个刺激，每个刺激的持续时间为200毫秒，SOA为 1000 毫秒。声强约为 75 dB SPL。要求被试在观看带有字幕的无声电影时忽略呈现的声音。

4.数据分析 ¶

记录EEG和水平、垂直的眼动。使用在偏差刺激之前的标准刺激进行平均，以保持标准和偏差刺激试验的数量相等。在每个条件下至少分析了40次偏差刺激试验。 MMR和P3a分别定义为刺激后100-200毫秒和刺激后250-400毫秒内的反应。

5.结果 ¶

图2

图3

对于语音条件下的 MMR幅度，偏差类型和组别之间存在显着的交互作用（F(1, 29)= 4.244，p=0.048，η2=0.128），表明对类别内和类别间词汇声调差异的敏感性取决于组别。对主效应的进一步双尾检验表明，对照组对类别间偏差的反应幅度大于对类别内偏差（t（14）=-3.379，p=0.004），但ASD组没有表现出这一点（t(15)=0.302，p=0.767）。此外，在类别内刺激对 (F(1, 29)=1.911, p= 0.190, η2=0.128) 或类别间刺激对中没有发现组别的效应 (F(1, 29)=0.023, p =0.882，部分η2=0.002)。对于语音条件下的 MMR潜伏期，组别和偏差类型之间没有交互作用（F(1, 29)=0.020，p=0.889，η2=0.000）。也没有组别或偏差类型的主效应。

对于非语音条件下的 MMR 幅度，偏差类型和组别之间没有交互作用（F（1, 29）= 0.172，p= 0.681，η2= 0.006）。偏差类型的主效应显着（F（1, 29）= 10.21，p= 0.003，η2= 0.260），表明两组对类别间偏差的反应大于对类别内偏差。组别的主效应显着（F（1, 29）= 4.977，p= 0.034，partialη2= 0.146），ASD组比对照组有更大的反应。非语音条件下的 MMR 潜伏期显示组别和偏差类型之间没有交互作用（F(1, 29)= 0.033，p= 0.857，η2= 0.001），也没有组别或偏差类型的主效应。

对于语音条件下的 P3a幅度，对于两个组别中的两种类型的偏差，偏差和标准刺激之间的P3a差异均显着（tASD-within(15)= 9.185, p< 0.001; tASDbetween(15)= 6.99, p<0.001；tTD-within(14)=15.873，p<0.001；tTD-between(14)=18.65，p<0.001)。然而，没有组别（F（1,29）=2.295，p=0.141，η2= 0.073）或偏差类型的主效应（F(1, 29)= 1.055，p= 0.313，η2=0.035），并且组别和偏差类型之间也没有交互作用（F（1, 29）= 0.642，p= 0.430，部分η2= 0.022）。非语音条件的结果类似于语音条件。虽然 P3a 效应显着（tASD-within(15)=11.14, p<0.001; tASD-between(15)= 6.99, p<0.001; tTD-within(14)= 13.32, p<0.001; tTD-between( 14)= 18.65，p < 0.001)。没有组别 (F(1, 29)= 0.825, p=0.371, η2= 0.028)、或偏差类型的主效应 (F(1, 29)= 0.016, p=0.902,η2=0.001)，也没有组别与偏差类型之间的交互作用（F(1, 29)=0.491, p=0.489, partial η2=0.017）。

图4

对于语音条件下的θ频段，偏差类型和组别之间没有交互作用（F(1, 29)= 1.071，p=0.309，η2= 0.036）。偏差类型的主效应显着（F(1, 29)= 7.551, p= 0.010, η2= 0.207），表明类别间偏差的MMR相位锁定值始终大于类别内偏差。组别的主效应显着（F(1, 29)= 6.166, p=.019, η2= 0.175），说明ASD组的ITPC值高于对照组。进一步的t检验表明，控制组中，类别间刺激中θ段的ITPC值大于类别内的ITPC值（t（14）=-3.231，p=0.006），但在 ASD 组中没有这种效应（t（15）= -1.074，p= 0.300）。对于非语音条件下的θ频段，组别和偏差类型之间没有交互作用（F(1, 29)= 0.047，p= 0.830，η2= 0.002）。也没有偏差类型的主效应（F(1,29)= 1.917，p= 0.177，部分 η2= 0.062）。与语音条件一样，组别的主效应显着（F（1, 29）= 62.412，p<0.001，η2= 0.683)，表明 ASD 组中失配反应的锁相值总体上高于控制组。

对于语音条件下的β频段，偏差类型和组别之间没有交互作用（F(1, 29)= 0.378，p= 0.543，η2= 0.023）。也没有偏差类型的主效应（F(1, 29)= 0.669, p= 0.420, η2= 0.023）。与θ频段的激活一致，组别的主效应显着（F(1, 29)= 38.099, p < 0.001, η2= 0.568)，表明 ASD 组比对照组具有更高的 ITPC。对于非语音条件下的β频段，组别和偏差类型之间没有交互作用（F(1, 29)= 0.097，p= 0.758，η2= 0.003），也没有偏差类型的主效应 (F(1, 29)= 0.149, p= 0.702, η2= 0.005)。与语音条件一致，有显著的组间差异， ASD组的ITPC值高于控制组（F(1, 29)=42.146，p<0.001，η2=0.592）。

6.讨论 ¶

MMR显示自闭症患者在分类感知方面存在语音特异性缺陷。在语音条件下，相对于类别内偏差，TD 控制组对类别间偏差表现出典型的增强神经敏感性，而ASD组对两种类型的偏差表现出相同的MMR。在非语音条件下，自闭症儿童似乎没有CP障碍。自闭症儿童的CP障碍更可能是语音加工障碍，而不是声音加工障碍。此外，只有两组被试只在θ频段上的激活表现出差异，这揭示了θ频段在偏差刺激的预注意神经加工中的重要性。