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研究揭示语言理解中的语音预测

来源:心理所 2023-07-04 09:57

中国科学院心理研究所青年特聘研究员屈青青等在《大脑皮层》(

中国科学院心理研究所青年特聘研究员屈青青等在《大脑皮层》(Cerebral Cortex)上,发表了题为Predicting phonological information in language comprehension: evidence from ERP representational similarity analysis and Chinese idioms的研究论文。该研究聚焦于大脑在语言理解中如何进行预测加工,采用脑电神经表征相似性分析,揭示了语言理解中的语音预测(phonological prediction)及其时空表征机制。 

当前,关于语言预测的关键问题是预测加工的表征内容,即人们通常预测哪些语言表征信息。已有研究表明,在语言理解中,人们对即将出现的句法、语义信息进行预测。而关于较低层级的语音特征能否被预测,研究较少且争议较大。如果存在语音预测,那么,语音预测的时间与神经表征是怎样的?

为了回答上述问题,研究使用具有汉语特色且高限定性的汉语成语作为实验材料,通过ERP表征相似度分析(RSA)方法对神经活动的时间及空间表征模式进行分析,考察语言理解中语音预测的时间与神经表征。该研究通过操纵汉语四字成语对之间第三个字的读音,使其在成语对之间共享同一个音节(within-pair),例如,声东击(ji)西、面黄肌(ji)瘦,或不共享同一个音节(between-pair)。具体而言,实验材料为10组常用的四字成语,每组内所有成语的第三个字具有相同的发音,例如,声东击(ji)西、面黄肌(ji)瘦,因而每个组内部成语对之间为within-pair组(即语音相关组),跨组别成语对之间语音不同,因而为between-pair组(即语音不相关组,图A)。

实验中,成语的前半部分(“声东”)与后半部分(“击西”)分屏呈现,并实时记录被试的脑电信号。基于组内的第三个字共享相同的语音特征(图B),研究预期within-pair组(如“声东击ji西”“面黄肌ji瘦”)引发的神经活动模式相似度将高于between-pair组(如“声东击ji西”“年事已yi高”)。通过分析空间神经活动相似度验证了上述研究预期,表现为与between-pair组相比,共享语音的within-pair成语对之间的空间神经活动相似度更高。更重要的是,这种神经表征相似性效应在相同语音(即成语后半部分)呈现之前已开始出现(约200ms,图C),为语音预测及其时间进程提供了神经证据。此外,研究进一步分析了上述语音预测效应在不同脑区的表征模式。研究发现,在两种条件下,最大的神经表征相似度均出现在后部脑区,语音预测的神经表征相似效应出现在左侧中后部脑区(图D)。

研究表明,在语言理解中,大脑根据当前情境和上文信息,对将要出现的信息进行主动的预测;在高限定的语境下可以预测到未来词汇的语音信息。在汉语成语的理解加工中,语音预测发生在高预测词汇呈现之前的数百毫秒,集中在大脑左侧中后部。该研究为语音预测加工提供了证据,并初步揭示了语音预测的时空表征,这加深了对语言预测的认知。此外,该工作为语言预测加工提供了研究思路与技术路线新视角。

研究工作得到国家自然科学基金面上项目和国际(地区)合作与交流项目、北京市科技新星项目、中国科协“青年人才托举工程”项目、心理所“揭榜挂帅”项目的支持。

 

A. 实验设计;B.成语第三个字的语音相似性矩阵;C.空间表征相似性分析显示语音相似呈现前200毫秒开始出现语音相似的神经表征相似度效应;D.语音预测的神经表征相似度效应主要集中在大脑左侧的中后部。

 

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