腦電揭示語音預測在幻聽(False Hearing)中的核心作用:開啟聽覺感知研究新視角

《Brain and Language》:Did you say brain or brave? event-related potentials reveal the central role of phonological prediction in false hearing

【字體: 時間:2025年05月06日 來源:Brain and Language 2.1

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  在語音識別研究中,幻聽(False Hearing)機制不明。研究人員借助事件相關電位(ERP)技術,開展了兩項實驗。結果表明語音預測會導致幻聽,N400 成分能反映其時間進程。這一成果為理解幻聽現象提供了關鍵依據。

  
在日常的語言交流場景中,你是否曾有過這樣的奇妙經歷:明明對方說的是一個詞,可你卻 “聽” 成了另一個,而且還對此深信不疑?這種現象并非個例,它在學術領域被稱為 “幻聽(False Hearing)”。一直以來,語音識別都是科學家們重點關注的研究方向。通常情況下,當語音信號受到背景噪聲等因素干擾時,我們識別單詞的能力會大打折扣;但如果這些單詞處于具有預測性的語境中,識別效果又會有所提升。這就像是在黑暗中摸索,有了線索就能更快找到方向。

然而,過度依賴語境預測有時會帶來意想不到的麻煩 —— 幻聽。想象一下,在一場嘈雜的聚會上,朋友對你說 “我今天買了個包(bag)”,但由于周圍環境太吵,加上你之前正和朋友討論 “好壞(good - bad)” 的話題,你可能就會誤聽成 “我今天買了個壞(bad)的”。這種幻聽現象的出現頻率可不低,研究發現,在大約 26% 的語音誘餌(phonological lures)試驗中,年輕聽眾會把聽到的詞誤報為語境中可預測的詞。

目前,關于幻聽產生的確切機制,科學界還存在激烈的爭論。一部分研究人員認為,除了預測因素,認知控制(cognitive control)的失敗在幻聽中起著核心作用,這一觀點的主要依據來自不同年齡段幻聽發生率的差異,老年人的幻聽率明顯更高。但另一部分研究人員卻持有不同意見,他們覺得幻聽的發生僅僅是因為 “理性聽眾” 在語音信號質量不佳時,更傾向于依賴自上而下的預測。

在這樣的背景下,來自美國猶他大學(University of Utah)的研究人員迫切地想要揭開幻聽的神秘面紗,弄清楚預測在幻聽中究竟何時發揮作用。他們的研究成果發表在了《Brain and Language》雜志上,這一研究成果對于深入理解人類的聽覺感知機制有著至關重要的意義。

為了開展這項研究,研究人員主要運用了事件相關電位(ERP)技術。該技術能夠實時監測大腦在處理語言信息時的電活動變化,為研究提供了關鍵的時間進程數據。研究人員招募了 30 名來自猶他大學社區的成年人參與實驗,這些參與者都沒有神經系統疾病史。

實驗 1


研究人員采用了線索 - 目標語義啟動范式(cue - target semantic priming paradigm)。在實驗過程中,目標單詞會在背景噪聲中呈現,而之前的語境(語義啟動詞)則不會受到噪聲干擾。實驗主要設置了三種類型的目標單詞:與語境一致且可預測的單詞(congruent and predictable words)、與語境不一致但在語音上與一致單詞相似的語音誘餌(phonological lures),以及與語境不一致且在語音上與一致單詞無關的單詞(incongruent baseline condition)。通過分析 ERP 數據,研究人員重點關注 N400 成分。N400 是 ERP 中的一個重要成分,它在刺激呈現后約 400 毫秒達到峰值,是語義記憶中信息獲取和檢索的神經標記。結果發現,對于被誤聽的單詞,其 N400 反應與呈現可預測單詞時相似;同時,與對那些在語音上與可預測單詞沒有關聯的不一致單詞的反應相比,對正確識別的語音誘餌的 N400 反應明顯延遲。這表明聽眾在實驗過程中進行了語音預測。

實驗 2


在實驗 2 中,研究人員旨在重復實驗 1 的主要 ERP 發現。鑒于實驗 1 中幻聽率相對較低,為了更有效地檢測到真正的幻聽效應,他們對實驗進行了調整。最終實驗 2 成功地重復了實驗 1 的關鍵結果,進一步驗證了實驗 1 的結論。

綜合兩項實驗的結果,研究人員得出結論:聽眾在語音感知過程中參與的語音預測,很可能是導致幻聽現象的重要原因。通過對 ERP 數據的分析,尤其是 N400 成分的研究,發現幻聽的時間進程更符合 “真正的錯誤感知(true false perception)” 這一理論,即聽眾在聽到目標單詞時,會直接將其感知為預測的單詞,而不是實際呈現的單詞。這一研究結果意義重大,它首次從時間進程的角度揭示了幻聽的神經機制,為后續進一步研究語音感知和認知控制的關系奠定了堅實的基礎,也為理解語言處理過程中的錯誤現象提供了全新的視角,有助于推動相關領域在聽覺感知研究方面的進一步發展。未來,或許可以基于這些研究成果,開發出改善語音識別能力、減少幻聽現象的方法,為那些在嘈雜環境中難以準確理解語言的人群帶來幫助。

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