【摘要】：人類的嗓音攜帶了大量的社會信息,因此嗓音辨別在人際交流和社會互動中具有重要的社會意義。嗓音辨別是個體基于基本的聽覺參數(shù)來判斷兩個嗓音相同與否的能力。在嗓音辨別過程中,個體需排除無關(guān)信息干擾并對不同的嗓音刺激進行匹配、比較,然后判斷是否源于同一發(fā)聲源。作為基于嗓音加工的一種認(rèn)知活動,通常會受到語言熟悉性(語音經(jīng)驗)的影響,即聽者加工其熟悉語言嗓音的能力勝于加工不熟悉語言嗓音的能力。這種現(xiàn)象自提出以來,在雙語、嬰幼兒、嗓音失認(rèn)癥及閱讀障礙等正常和臨床群體中得到了大量驗證。研究者們多側(cè)重于對該認(rèn)知現(xiàn)象的重復(fù)驗證,并且普遍認(rèn)為嗓音辨別是一種依賴于低階特定嗓音聲學(xué)特征的認(rèn)知加工。因此,語言經(jīng)驗影響嗓音辨別的內(nèi)在認(rèn)知神經(jīng)機制尚不清楚,例如語言經(jīng)驗如何體現(xiàn)出其對嗓音辨別的影響,該認(rèn)知過程中是否存在高階認(rèn)知功能等。鑒于此,本研究將借助行為、功能磁共振成像(fMRI)和無創(chuàng)腦刺激技術(shù)(高精度經(jīng)顱直流電刺激,HD-tDCS)等來探討語音經(jīng)驗調(diào)節(jié)嗓音辨別的認(rèn)知神經(jīng)機制。本研究采用時間反轉(zhuǎn)技術(shù)排除實驗語音材料的語義信息并使其不可理解,從而只探討語音經(jīng)驗在嗓音辨別中的作用。首先采用行為和fMRI技術(shù)來探討語言熟悉性梯度變化對嗓音辨別影響的認(rèn)知神經(jīng)機制,然后采用行為和無創(chuàng)腦刺激技術(shù)來揭示嗓音聲學(xué)信息的復(fù)雜度對說話人辨別的影響、認(rèn)知控制能力與語音經(jīng)驗在嗓音辨別中的相互關(guān)系,最后采用fMRI技術(shù)來論證以顳葉聽覺皮層為主大腦如何表征語音經(jīng)驗�；谝延醒芯空J(rèn)為即使相同內(nèi)容由不同人說也會引起聽者在其知覺模式上的差異,為此研究一采用行為和fMRI技術(shù)探討在低聲學(xué)復(fù)雜度情況下,語言熟悉性梯度變化對嗓音辨別影響的認(rèn)知神經(jīng)機制。研究一共包含兩個實驗。實驗一探討了語言經(jīng)驗在同一句話是否源于同一說話人(低聲學(xué)復(fù)雜度)情境下對嗓音辨別的影響。結(jié)果發(fā)現(xiàn),聽者的嗓音辨別能力在說話人變異時差于說話人不變異的情況,表現(xiàn)為反應(yīng)時延長和敏感力偏低,但均存在語言熟悉性效應(yīng),尤其是第二語言和陌生語言間同樣存在這種語言熟悉性效應(yīng)。實驗二則采用fMRI技術(shù)進一步探討了其內(nèi)在神經(jīng)機制。結(jié)果發(fā)現(xiàn),大腦在嗓音和控制有關(guān)的腦區(qū)(如前扣帶回、腦島等)也得到了激活。更為重要地是,語音經(jīng)驗調(diào)節(jié)多個大尺度腦網(wǎng)絡(luò)間的耦合,具體表現(xiàn)為從額頂網(wǎng)絡(luò)到嗓音識別網(wǎng)絡(luò)、默認(rèn)網(wǎng)絡(luò)到嗓音識別網(wǎng)絡(luò)的有向功能連接作為兩個主要的神經(jīng)通道,從而實現(xiàn)了基于語音經(jīng)驗的認(rèn)知控制在嗓音辨別中的作用。研究二(實驗三)在研究一的基礎(chǔ)上,進一步考察了同一句話由相同或不同人說、不同兩句話由相同或不同人說所產(chǎn)生的高聲學(xué)復(fù)雜度嗓音對語音經(jīng)驗調(diào)節(jié)嗓音辨別的影響。由于同一個或不同兩個說話人說不同兩句話則產(chǎn)生了較高地說話人變異和嗓音內(nèi)容變異,這些變異形成的無關(guān)信息或干擾信息則會對聽者嗓音辨別加工產(chǎn)生干擾。因此研究二結(jié)果發(fā)現(xiàn),無論說話人和嗓音內(nèi)容是否變異,均存在語言熟悉性效應(yīng),但說話人和嗓音內(nèi)容的變異則顯著影響了聽者的嗓音辨別能力�；谘芯慷l(fā)現(xiàn)聲學(xué)信息越復(fù)雜,則產(chǎn)生的干擾信息則會越多,并進而影響聽者的嗓音辨別能力。因此研究三從無創(chuàng)腦刺激技術(shù)的角度出發(fā),通過對聽者右側(cè)背外側(cè)前額葉腦區(qū)進行訓(xùn)練干預(yù)從而提高聽者對干擾信息加工及嗓音辨別的能力。因此研究三(實驗四)基于前后測及行為指標(biāo)來探討該認(rèn)知控制腦區(qū)與語音經(jīng)驗調(diào)節(jié)嗓音辨別間的因果關(guān)系。分析發(fā)現(xiàn),在反應(yīng)時和辨別力指數(shù)上均存在語言經(jīng)驗的差異,但是陽極刺激和假刺激間則不存在差異。對后測與前測之間的差值按Block順序分析則發(fā)現(xiàn),陽極刺激的反應(yīng)時差值比假刺激偏低,但在正確率上沒有明顯的差異。也就是說,雖然HD-tDCS的干預(yù)效果并不明顯,但右側(cè)背外側(cè)前額葉腦區(qū)在陽極刺激干預(yù)下能提高個體的反應(yīng)速度。換句話說,該腦區(qū)參與語音經(jīng)驗對嗓音辨別的調(diào)控,但不影響語音經(jīng)驗。因此,本研究推測認(rèn)為聽者的語音經(jīng)驗調(diào)節(jié)其認(rèn)知控制功能來參與嗓音辨別。為進一步驗證認(rèn)知控制與語音經(jīng)驗二者在嗓音辨別中的作用關(guān)系,結(jié)合研究二的實驗設(shè)計,研究四(實驗五)采用了高低聽覺Stroop任務(wù)對聽者進行高低認(rèn)知控制能力分組,以此來探討認(rèn)知控制能力對語音經(jīng)驗調(diào)節(jié)嗓音辨別的影響。結(jié)果發(fā)現(xiàn),認(rèn)知控制能力的高低對個體嗓音辨別的行為表現(xiàn)有著直接的影響,認(rèn)知控制能力高的個體比能力低的個體更能正確有效地進行判斷。此外,本研究則發(fā)現(xiàn)聽者的認(rèn)知控制功能參與了嗓音辨別,但受到語音經(jīng)驗的調(diào)節(jié)。鑒于前四個研究均表明語音經(jīng)驗在嗓音辨別中非常重要,為考察大腦到底是如何表征語音經(jīng)驗的,尤其是包含顳葉嗓音加工腦區(qū)在內(nèi)的顳葉聽覺腦區(qū)能否表征語音經(jīng)驗間的差異,研究五將通過實驗六和實驗七來展開探索。實驗六采用了被動嗓音知覺任務(wù),讓被試在MRI中被動知覺三種不同熟悉度的語音(時間反轉(zhuǎn)排除語義信息)且不做任何反應(yīng)。結(jié)果發(fā)現(xiàn)聽者大腦不表征無語義信息下的語音經(jīng)驗差異。實驗七則在實驗六的基礎(chǔ)上增加了有語義信息的語音材料,然后對有、無語義信息情況下大腦表征模式進行差異分析。結(jié)果發(fā)現(xiàn)雙側(cè)前部顳中回,右側(cè)后部顳中回,右側(cè)緣上回及角回存在顯著的激活。此外基于顳葉聽覺腦區(qū)的神經(jīng)信號分析,同樣發(fā)現(xiàn)左后側(cè)顳葉嗓音加工區(qū)、右側(cè)前部和中部顳葉嗓音加工區(qū)能表征語言經(jīng)驗與語音類型間的差異。具體地說,顳葉嗓音加工腦區(qū)等顳葉聽覺腦區(qū)不表征無語義刺激材料的語音經(jīng)驗,但在顳橫回和右側(cè)顳葉嗓音加工腦區(qū)卻存在語言熟悉性梯度變化的趨勢;而在語音含有語義信息時,以左側(cè)顳葉嗓音加工為主的腦區(qū)能顯著表征語音經(jīng)驗的差異。本研究通過行為、fMRI和HD-tDCS等技術(shù)揭示了語音經(jīng)驗調(diào)節(jié)嗓音辨別的認(rèn)知神經(jīng)機制,即個體僅基于其對語言聲學(xué)結(jié)構(gòu)的熟悉性就可以實現(xiàn)嗓音辨別,并在嗓音辨別依賴于低階聲學(xué)特征編碼的傳統(tǒng)觀點基礎(chǔ)上發(fā)現(xiàn)了認(rèn)知控制等高階認(rèn)知功能同樣參與嗓音辨別。認(rèn)知控制能力高的個體更容易實現(xiàn)嗓音辨別,能力低的個體則影響其嗓音有效地辨別。但無論個體認(rèn)知控制能力高低,均受到其自身語音經(jīng)驗的調(diào)節(jié)。作為語言熟悉性的功能,語音經(jīng)驗偏向于額頂網(wǎng)絡(luò)的認(rèn)知調(diào)控和默認(rèn)網(wǎng)絡(luò)的信息編碼及檢索,從而實現(xiàn)嗓音識別。但對于大腦對語音經(jīng)驗的表征模式而言,以顳葉嗓音加工區(qū)為主的顳葉聽覺腦區(qū)不表征無語義信息語音間的經(jīng)驗差異,但能響應(yīng)含語義信息且熟悉語言的語音,并表征其與其它語言間的經(jīng)驗差異�？傊�,本研究不僅首次揭示語言經(jīng)驗調(diào)節(jié)嗓音辨別的腦網(wǎng)絡(luò)機制,也突出了認(rèn)知控制等高階認(rèn)知功能在該過程中的意義,更強化了語音經(jīng)驗的重要性。因此這對我們后期深入開展有關(guān)研究或臨床運用都提供了一定的理論證據(jù)和借鑒意義。
【學(xué)位授予單位】：西南大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：B842
【圖文】：

喉部的肌肉會調(diào)整聲帶的長度和張力來對音高（Pitch）和音調(diào)（Tone）進行微調(diào)下來喉部以上的聲道（Vocal Tract）（包括咽部、口腔和鼻腔）會對聲帶震動產(chǎn)生的聲能塑性或過濾，并最終形成我們所聽到的聲音。此外，聲帶震動方式的改變，或者通過舌、軟腭和嘴唇等動作可以改變聲道的構(gòu)型，從而改變聲音的產(chǎn)生。發(fā)音器官對說話人識別其主要作用的區(qū)域是聲帶和聲道長度（Vocal Tract Length, VT見圖 1-1 B）。其中聲帶振動發(fā)聲，其震動頻率則稱為聲門脈沖率（Glottal Pulse Rate, GPR）門脈沖率則決定了說話人嗓音的基本頻率（Fundamental Frequency，F(xiàn)0）和被感知到的；而聲道長度則影響共振峰在頻譜包絡(luò)中的位置以及被感知到的音色（Timbre）(Mathiaon Kriegstein, 2014)。因此人類嗓音的交際功能主要建立在基本頻率和共振峰這兩個主要學(xué)成分上 (Mathias & von Kriegstein, 2014; Pisanski, Cartei, McGettigan, Raine, & Re016)。需要指出的是，男性聲帶長度范圍是 17mm ~ 25mm，女性的則為 12.5mm ~ 17.5mThurman & Welch, 2000)；而對應(yīng)的男性平均 F0（聲帶每秒打開和閉合 115 次）為 115H性則為 220Hz (Baken & Orlikoff, 1999; Kreiman & Sidtis, 2011)，而這就是男女性別在嗓音上差異的生理基礎(chǔ)。

成為識別該說話人身份、性別和年齡等較好的指標(biāo) (Kreiman & Sidtis, 2011)，即區(qū)別于人的參考指標(biāo)。1.2.1 嗓音生成的神經(jīng)基礎(chǔ)除了在喉部等為主的發(fā)音生理系統(tǒng)外，也涉及到人腦神經(jīng)系統(tǒng)參與到嗓音的生成。人聲過程中重要的器官，如喉部和發(fā)音器官（如唇、舌、下顎等）在額葉的中央前回均有的腦區(qū)（見圖 1-2A）(Simonyan, 2014)。其中最為重要的應(yīng)屬喉部運動皮層（Laryngeal Mortex, LMC），該區(qū)域由 Penfield 和 Boldrey (1937)在病患的臨床研究中發(fā)現(xiàn)，并被定位在（vocalization）區(qū)域（見圖 1-2B）。人腦中存在從 LMC 的單突觸有向投射到位于腦干喉動神經(jīng)元（laryngeal motoneuron）中的疑核（NucleusAmbiguus,Amb），并最終投射到人喉部肌肉 (Belyk & Brown, 2017; Kuypers, 1958; Simonyan, 2014)（見圖 1-3A）。這種有向的存在則證明了在人類（非猴子）LMC 刺激誘發(fā)發(fā)音的重要性，也得到了眾多關(guān)于有效意識狀態(tài)下發(fā)聲控制研究的支持 (Fitch, 2011; Fitch, Huber, & Bugnyar, 2010; Simonyaorwitz, 2011)。在生理學(xué)方面，這種人類有向單突觸通路促進了疑核對說話和唱歌中復(fù)雜意學(xué)習(xí)的喉部動作的控制能力 (Penfield & Boldrey, 1937; Simonyan & Jürgens, 2003)。

西南大學(xué)博士學(xué)位論文 Rendall, 2011)。第一條通路則是與習(xí)得發(fā)音行為的嗓音生成（如語音）有關(guān)，需要意志，因此包含初級運動皮層（Primary Motor Cortex）、腹外側(cè)和腦島部分的額葉，然后連接質(zhì)下區(qū)域，如網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)（Reticular Formation, RF）、腦橋回（Pontine Grey）和發(fā)聲運動元（Phonatory Motor Neuron）（位于疑核）；而另外一條通路則是固有的且自發(fā)的嗓音生路，如非言語的情緒性發(fā)聲 (Ackermann et al., 2014)，該通路從前扣帶回（Anterior Cinguortex, ACC）經(jīng)由導(dǎo)水管周圍灰質(zhì)（Periaqueductal Grey, PAG）及鄰近的腹側(cè)被蓋（Vengmentum）到網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)和腦橋回，最終投射到發(fā)聲運動神經(jīng)元。因此雙通路模型從大腦層面提供了發(fā)聲行為的兩種類型，也對嗓音生成的理解提供了很好的理論基礎(chǔ)。

本文編號：2792310