大脑如何检测说话的节奏

旧金山加州大学的神经科学家发现了听觉大脑如何扫描语音以将其分解为音节。这些发现首次为语言的基本要素提供了神经基础，并为我们对语音节奏诗的理解提供了见识。

几十年来，言语神经科学家一直在寻找证据，证明听觉大脑区域的神经元利用言语音量的波动来识别音节的起点和终点，就像是行刑专家临假说句子。到目前为止，这些努力都没有运气。

在2019年11月20日发表于《科学进展》上的这项新研究中，加州大学旧金山分校的科学家发现，大脑反而对每个音节中间的声音压力做出了反应-更像是一位诗人扫描莎士比亚的十四行诗(ShàllÍcòmpárethèe tóàsúmmèrsdáy?)。研究人员表明，这种信号-在称为中上颞回(mSTG)的语音皮层区域-专门基于每种元音开始时音量的升高，这是人类语言的普遍特征。

作者说，值得注意的是，这种简单的音节标记还可以为大脑提供有关压力，时间和节奏模式的直接信息，这些信息对于用英语和许多其他语言传达含义和情感环境至关重要。

领导这项新研究的神经科学家尤利娅·奥加尼安(Yulia Oganian)博士说：“这项工作最令我兴奋的是，它显示了一种简单的神经编码原理，对节奏感至关重要，这对我们的大脑如何处理语音至关重要。”“这能解释为什么人类对构成口头诗歌甚至口头讲故事的重音节和非重音节如此敏感吗?”

Oganian是UCSF卫生神经外科实验室的博士后研究员，医学博士，医学博士，UCSF的Bowes生物医学研究员，UCSF威尔神经科学研究所成员以及霍华德·休斯医学研究所(HHMI)的学者学者，其研究实验室研究人类言语，运动和情感的神经基础。

“真正令我兴奋的是，我们现在了解简单的声音提示，即元音发声时响度的迅速增加，是语音的重要标志，因为它可以告诉听众何时出现音节以及是否受到重音这是关于大脑如何从语音中提取音节单位的一个相当重要的发现。”

这项研究涉及来自UCSF癫痫中心的志愿者，他们将在脑表面暂时放置大小为便签大小的电极排列一到两周，作为神经外科手术标准准备工作的一部分。这些大脑记录使Chang等神经外科医生能够确定如何去除引起患者癫痫发作的脑组织，而又不损害附近重要的大脑区域，还使Chang神经科学研究实验室的科学家能够提出关于人脑功能的问题，这些问题无法解决。另一种方式。

Oganian招募了11名志愿者，他们的癫痫发作映射电极恰好与参与语音处理的大脑区域重叠，并且他们乐于在医院停机期间参加一项研究。她为每个参与者播放了来自各种不同说话者的精选语音记录，同时在他们的听觉语音中心记录了大脑活动的模式，然后分析了数据以识别反映他们所听到的音节结构的神经模式。

数据很快显示出mSTG活动包含单个音节的离散标记-与该领域的主导模型相反，该模型提出大脑建立一个连续的节拍器状振荡器来从语音音量波动中提取音节边界。但是，神经数据中的这些离散音节标记到底对语音的哪些方面做出了响应?

为了确定录音的哪些特征正在驱动新发现的音节标记，Oganian要求她的四个研究志愿者听录制的语音，这些语音的速度减慢了四倍。这些超慢速的语音记录使Oganian看到在每个元音开始时，在重音升高时音节信号始终出现(例如，当音节“ ba”中的“ b”变成“ a”时)，而不是在每个音节的最高峰，正如其他科学家所推论的那样。

在mSTG中发现的音节标记Oganian也随着说话者对特定音节的强调而变化。这表明语音处理的第一阶段可以同时使大脑将语音分为音节单位，还可以跟踪对英语和许多其他语言(例如“计算机控制台”与“安慰朋友”)的意义至关重要的压力模式。 “;“我做到了吗?”与“我做到了吗?”)。