Science：人類大腦是如何聽出說話韻律的

2017年8月24日 訊 /生物谷BIOON/加利福尼亞大學的研究者發現人類大腦中對講話語調變化發生反應的神經元，語調是人類能清楚地表達自己的意思和情緒的重要基礎。這項研究發表在《Science》雜誌上。

「我們實驗室的任務之一就是了解大腦是如何將聲音轉化成訊息的，我們觀察到大腦的新皮層有很多神經元不僅僅在處理說些什麼，還處理怎麼說。」Tang說。

在談話過程中的語調變化，部分語言學家稱之為「語言韻律」是人類交流的基本組成成分，幾乎就像旋律和音樂的關係一樣。在有聲調語言中，比如普通話，聲調的變化后可以完全改變一個字的意思，然而在無聲調語言中，比如說英語，音調的不同可以明顯改變一句話的含義。就拿「Sarah plays soccer」說，「Sarah」是降調的話，表達的是Sarah這個人而不是其他人玩足球；如果是整句話都是降調的話，傳達的是Sarah玩的是足球而不是其他的；如果在句子的末尾用升調的話，則是表示疑問。

考慮到每個說話人都有他們自己的聲調和習慣，大腦能夠快速地理解這些變化是非常了不起的事。而且，大腦一邊要剖析哪些母音和輔音發生了改變，用了哪些單詞，這些單詞是怎樣被組成短語和句子的，同時還必須跟上和理解這些音調變化，這一切的發生也就在毫秒之間。

之前在人類和非人類靈長動物的研究中鑒定出大腦的額葉和顳葉皮層對音調變化敏感，但是沒有確切地回答到底這些區域的神經元是怎樣察覺和把變化告訴大腦，讓大腦理解說話人的意思的。

UCSF癲癇中心的神經外科學家Chang是切除誘發癲癇的腦部組織的外科手術專家。在一些情況下，為了準備手術，他會在患者的大腦表面放置一排高密度的微小電極，幫助鑒定誘發病人癲癇的位置和找到其他重要的區域——比方說與語言相關，這樣就能避免在進行外科手術的時候傷害到這些區域。

在這項新研究中，Tang要求10名志願者在安上電極等待手術時聽4句由3種不同合成聲音說的句子：

"Humans value genuine behavior"

"Movies demand minimal energy"

"Reindeer are a visual animal"

"Lawyers give a relevant opinion"

這些句子設計成同樣的長度和結構，而且用4種語調進行敘述：平調，強調第一個單詞，強調第三個單詞或者是疑問。Tang和她的同事監測受試者的聽覺皮層也就是顳上回的活動，他們發現顳上回的一些神經元主要根據講話者的平均音調範圍來分辨3個合成的講話者；另外一些神經元可以根據發音的不同分辨4個句子，不管是哪個講話者講的；還有一些神經元可以分辨4種不同的聲調，這些神經元根據句子的重音位置不同會做出相應的變化，但不會對是誰講的還是到底是哪個句子做出反應。

為了證明他們自己的想法，研究人員設計了一個演算法來預測神經元對不同講話者、發聲和聲調的句子所做出的反應。他們的結果顯示，對不同講話者敏感的神經元只對講話者的絕對音調敏感，對語調敏感的神經元對相對音調更敏感。

「對我來講，這個是我們研究中最讓人感到興奮的地方。我們的結果不僅顯示大腦能夠讀懂韻律，而且還解釋了對音調的特殊變化大腦是怎麼活動的。我們揭示了大腦是怎樣把複雜的聲音拆分開來和鑒定出我們聽到的重要訊息的，因為誰說，說的什麼，他們怎麼說的都一樣重要。」Tang說。 Chang說：「現在，主要需要解決的問題是大腦怎樣控制我們的聲音，讓這些聲音充滿各種語調。我們希望我們能很快解決這個難題。」

這項研究在USCF癲癇中心的患者全都是因為患有嚴重癲癇才進行手術的，大腦手術是有效控制癲癇的治療方式，基本能夠完全阻止癲癇發作，這與醫療技術能夠準確鑒定大腦的誘發癲癇的區域密不可分，這個設備為了解人類的大腦到底是如何工作的提供了機會，因為此設備可以直接記錄神經活動，還可以監測毫秒內的神經活動變化。（生物谷Bioon.com）