产出变调的神经基础



1.参考文献

Chang, H. C., Lee, H. J., Tzeng, Ovid J. L., Kuo, W. J., & Lidzba, K. (2014). Implicit target substitution and sequencing for lexical tone production in Chinese: An fMRI study. PLoS ONE, 9(1), e83126. http://doi.org/10.1371/journal.pone.0083126

2.研究背景

研究表明与音段相比,词汇声调的加工在右半球引起更多的激活。但还有研究表明,汉语母语者和受过训练的英语母语者的声调感知更偏向于左半球。因此声调加工既需要右半球的听觉分析,也需要左半球的语言加工。左半球的加工只有在学习了声调语言的人中才能观察到。左半球“高级语言加工”的对象可能是声调和音段的整合产品。此项研究使用汉语中的3调变调来检验这一点。

3调变调即在两个3调相邻的情况下,用2调替换第一个3调。3调变调与音段无关。如果声调语言母语者的声调加工偏向于左半球,反映出声调和音段的整合,那么独立于音段的声调加工不一定是偏向左半球的。

两个语音产出模型都预测左半球IFG后部参与3调变调的加工。考虑声调的物理属性时,IFG后部的激活却不一定是偏向左半球的,因为在物理上,声调类似于歌唱,而歌唱跟音高感知一样是偏向于右半球的。由于变调加工独立于音段,因此假设变调会导致IFG后部的右偏激活。

此项研究还对音调序列感兴趣。研究发现辅助运动区(SMA)的激活与运动序列有关。混合运动序列会增加对侧SMA、SMA前部、对侧运动前区和双侧顶下小叶的激活。发现这些区域也会参与音节排序。研究假设声调序列也会激活相似的区域,尤其是SMA。

在这项研究中,在产出十二个音调序列的过程中收集了行为和功能磁共振成像数据。通过3333重复声调序列揭示参与变调的脑区,混合声调序列(2413)揭示参与排序的脑区。假设音段和音调分别在左半球和右半球加工,而它们的组合在左半球中加工。

3.研究方法

a.被试

行为实验包括15名大学生。功能磁共振成像实验包括21名大学生。右利手,讲台湾话,没有神经系统病史,视力正常或矫正。

b.材料和程序

通过组合四个元音和12个音调序列,产生48个刺激。包括四个重复序列(1111、2222、3333和4444)和八个混合序列(1234、1324、2143、2413、3142、3412、4231和4321)。行为实验中除四音节序列外,还包括16个单音节刺激。声调使用数字表示,元音使用注音符号表示。

行为实验包括两个环节。第一个环节包括128个试验,16个单音节刺激每个重复八次。第二个环节包括384个试验。48个四音节序列每个重复八次。在500毫秒的注视后,元音单独显示200毫秒。然后,声调在元音下方出现2,000ms,在第一环节出现1,000ms的空白,在第二个环节出现2,000 ms的空白。

图1

在功能磁共振成像实验中,每个被试完成240次试验,每个试验包括两个图像。重复序列进行了64次试验,混合序列进行了128次试验,此外还有48次无效试验,试验顺序随机。在200–1,800 ms的注视之后,元音单独出现200ms。然后,声调序列在元音下方出现1900ms,然后是注视时间,直到下一次实验开始。要求被试按声调序列产出四个元音。

4.数据分析

将重复序列作为基线(3333序列除外),将3333序列与基线进行对比;混合序列与基线对比。计算了两个对比中显著激活区域的横向指数(LI)。LI为负值表示右偏;LI为正值表示左偏。进行了单个样本T检验,以检验ROI中的LI是否不等于0。还针对每个四音节序列,测量了四音节产出的反应时间和四音节之间的沉默间隔。错误的反应、反应时在平均值2.5 个标准差之外的试验被排除在分析之外。

5.结果

a.行为结果

3333序列中第一和第三个音节的F0与3调的典型模式不同,这表明四个音节被视为两个音节组合,而变调应用于第一个音节。即,3333序列发音为2323。比较显示,变调3和2调的斜率没有差异,而二者均与单音节3调的斜率不同。T检验表明,第二个沉默间隔(175 ms)比第一个沉默间隔(159ms)和第三个沉默间隔(146ms)长。而第一个沉默间隔长于第三个。

对感兴趣的两个对比(混合序列与基线对比和3333与基线对比)进行了成对T检验,包括RT、持续时间和错误率。基线和混合序列的RT和持续时间差异显著,但错误率不显著。 3333序列与基线的RT有显著差异,而持续时间和错误率没有显著差异。

b.fMRI结果

图2

3333序列显著激活的区域:额中回(MFG),额下回(IFG),岛叶,SMA,中央前回,颞上回(STG),顶上小叶(SPL),顶下小叶(IPL),前突,楔形,梭状回,舌状回,枕中回,丘脑和尾状核。

图3

混合序列显著激活的区域:双侧MFG,岛叶,SMA,额中回,STG,中央前回,中央后回,SPL,前枕骨,楔形,梭状回,枕下回(ICG),舌下回,丘脑,壳状核、小脑。

图4

计算了两个对比中显著激活区域的LI。3333序列在IFG岛盖部和岛叶中的激活右偏,在SMA中的激活左偏。混合序列在岛叶中的激活右偏,SMA、中央前回和丘脑中的激活左偏。

6.讨论

首先,3333序列中出现3调变调,并导致IFG右偏激活。其次,还揭示了声调序列的神经基础。将混合序列与重复序列进行对比,两个区域有显著的偏向性:SMA左偏和岛叶右偏。由于岛叶与运动协调有关,那么SMA参与声调序列的加工,SMA的左偏激活可能意味着其排序的单元是声调和音段的组合(音节)。 论文原文