新生儿的大脑对语言的交流功能很敏感

文献：Forgács, B., Tauzin, T., Gergely, G., & Gervain, J. (2022). The newborn brain is sensitive to the communicative function of language. Scientific reports, 12(1), 1-6. https://doi.org/10.1038/s41598-022-05122-0

1. 研究背景及本研究 ¶

人类是高度社会化的物种，具有习得语言的能力，这也是人类所特有的能力。最近的研究揭示了新生儿大脑中的神经系统，主要在左下额叶区，专门用于成人的语言处理，包括专门用于从语音中提取一系列结构规则的Broca区，这些区域对 ABB 结构的假词比随机的ABC 结构的词有更高的激活，因为这种重复可能暗示着表示人类语言的抽象结构。这种激活可能反映了在婴儿期就已经出现的句法能力的早期前兆。

一项独立的研究表明，学前婴儿对强调交流意图和明示-推理交流准备的特殊明示信号敏感。有研究表明10.5个月大的婴儿将能动性归因于产生可变信号序列的陌生主体的轮流交换，而13个月大的婴儿认为交换可变信号序列——而不是重复相同的信号——传递信息。这些研究确定了婴儿识别交流信息传递的两个必要标准，首先确定两个主体，即轮流输出序列信号；第二，认识到交换的信号序列变化很大，足以在主体之间传递新的信息。后者反映了信息理论的限制，即通过交换相同的信号不可能传输信息。这些可能证明了不同的认知适应，认识到交流和信息交换可能提供了一个从出生就获得语言的结构属性的关键背景。

本研究使用功能性近红外光谱(fNIRS)来测试一个假设，即新生儿专用于提取语言结构的神经系统与他们识别语言的功能性使用的准备状态相集整合，用于主体之间的交流信息传输。基于之前的fNIRS研究，使用同样ABB结构的伪假词序列创建三个condition。主要交流背景中，一个女性和一个男性说话者轮流说出不同的ABB式假词；在单个讲话者的控制条件下的每个block中，由一个男性或女性声音发出不同的ABB序列，具有与交流条件相同的音节可变性。在回声控制条件下，一名男性和女性说话者轮流重复相同的ABB序列假词(e.g., female: “ze-pi-pi”—male: “ze-pi-pi”; male: “lu-fe-fe”—female: “lu-fe-fe”)。研究预测，如果新生儿对交流信息交换的两个标准都敏感，即两个说话者的存在和交换代币的可变性，他们对交流condition的反应应该比对两个控制条件的反应更强烈。

2. 材料和方法 ¶

如下图2A所示，共3个condition，每个condition包含14个block，一个block包括10个trial，3个condition伪随机交叉，每个block包括5个轮流对，每个block持续15s，接着是20-22s的静默，总共25min。

图1

21名健康、足月、单语的法国新生儿参与了本研究，其中9名女婴，年龄0-3天。新生儿在睡觉状态下参与实验。

使用MBROLA (https:// github)合成了140个ABB结构（男声女声都有），所有音位都是200Hz的音调和150ms的持续时间。刺激共分为3种condition：

  • Communication condition：male: ABB—female: CDD; female: EFF—male: GHH; etc.（每个假词符号仅出现一次）；
  • Echoing condition：female: ABB—male: ABB; male: CDD—female: CDD; etc.（每个假词符号仅出现两次）；
  • Single Speaker condition：female: ABB-CDD; EFF-GHH; etc.（每个假词符号仅出现一次）。

新生儿在医院的摇篮中躺着睡眠或者休息，并通过摇篮后端的扬声器收听刺激，同时使用fNIRS测量他们在额叶、颞叶和顶叶脑区（已知新生儿的这些脑区涉及语音加工）的血液动力学反应。

3. 结果 ¶

测试结果如下图所示，上面表示每个通道随着时间三种条件下含氧血红蛋白（红色）和去氧血红蛋白（蓝色）的平均值，x轴的矩形代表的是以秒为单位的刺激时间，灰色区域代表基于方差分析具有不同条件之间的主效应。

基于聚类的排列测试使用ANOVA，将条件(Communicative, Single Speaker, Echoing)作为oxyHb浓度变化的受试者内因素，揭示了条件对双侧额颞区的显著主效应，包括左侧的通道2和4(p < . 001)和右侧的通道19和22(p < . 001)。使用条件的成对t-检验的后续排列检验(图1圆圈内)显示，在包括通道2、4、6的群聚类中，Communicative条件的oxyHb反应大于Echoing条件的oxyHB反应(p < .001)。在左侧的1、4、6通道群中，Communicative条件也比Single Speaker条件诱发更强的反应(p < .001)。在右侧14和17上通道组中，Single Speaker的活动比Echoing条件下的活动更强(p < 0 . 001)，而在右侧19通道中观察到相反的模式(p < 0 . 001)，尽管都不同于Communicative条件。对脱氧血红蛋白的类似分析没有显示出显著的结果。

图2

4.讨论 ¶

在fNIRS实验中，研究证明了当两个声音在轮流交替中进行交流时（具有信息传输的潜力），新生儿大脑的左额颞区显示出对结构化语言的激活增加。因为只有Communicative条件同时满足了具备交流特质的两种标准：（1）两位主体轮流讲话；（2）交换的信号包含变化。Communicative条件比Single Speaker条件和Echoing条件在新生儿大脑的左侧额颞叶（人类涉及语言加工的区域）有更强的激活。

之前的研究表明包含Broca区的额颞叶对语言结构加工有特性反应而不是语言的声学特征加工，这些大脑区域被重复的ABB结构有更多的激活相比于随机的ABC结构假词，而在Communicative条件下依次的ABB结构交换相比Single Speaker条件还有更多的激活，表明致力于语言习得的神经系统不仅服务于语言结构的提取，而且还识别语言的交际、信息传递用途。研究结果表明，新生儿偏好更高的交流复杂性，这使他们能够识别潜在的信息传递。除了识别句法类结构复杂性(ABB)之外，目前的先天论模型似乎没有预测到对交际语用学或信息传递可能性的任何类型的敏感性可能在出生时就存在。

研究结果的另一种可能的解释可能是基于由刺激复杂性驱动的低水平声学特征处理。尽管一般意义上的语言复杂性（ABB结构）在三种条件下都一样，但是Communicative条件比Echoing条件有更多的代币可变的性，比Single Speaker条件有更多的主体可变性。

在右侧14和17上通道组中，Single Speaker的活动比Echoing条件下的活动更强(p < 0 . 001)，而在右侧19通道中观察到相反的模式(p < 0 . 001)，尽管都不同于Communicative条件，这可能反映了韵律加工。