言语韵律通过上下文节奏推测下一句的持续时间
时间预测在语言理解过程中起到重要作用，使得语言处理更加快速和高效。尤其是在复杂的听觉和语言处理中，预测下一段语言的信息能够提高理解效率并减少认知负荷。现有研究表明，听者能够利用语音韵律的节奏性变化，推测即将到来的句子的持续时间，从而加速理解进程。
在语言理解过程中，不仅内容的预测很重要，时间单位的预测也同样重要。慢节奏和节奏性的语音韵律能帮助听者推测即将到来的句子片段的持续时间。韵律的提示不仅依赖于其自身的声学特性，更重要的是依赖其相对于前后韵律的上下文。先前的实验已经证实，即使在阅读过程中，虽然听不到声音，依然会在头脑中构建出一个隐含的韵律，这有助于理解阅读内容。
研究来源
该论文由Yulia Lamekina、Lorenzo Titone、Burkhard Maess和Lars Meyer共同撰写，所属机构为Max Planck Institute for Human Cognitive and Brain Sciences和University Clinic Münster。论文于2024年4月8日被接受，并预先发表于《The Journal of Neuroscience》的网络早期发布版。研究得到了Max Planck Society的资助，声明没有任何竞争性财务利益。
研究流程
实验设计与统计分析
参与者
实验包含40名参与者（均为德语母语者、右撇子，年龄范围在18至35岁，平均年龄28岁），其中19人为女性。由于5名参与者的MEG数据噪声过大，最终样本数为35人。所有参与者都具有正常或矫正至正常的视力，无神经或听力障碍史，并且对实验目的不知情。
刺激和范式
实验将初始的语音韵律与后续的视觉目标句子结合起来进行探讨。语音韵律速率分为快和慢两个条件，重复三次。韵律暴露结束后，呈现逐字显示的目标句子。目标句子的呈现速度与韵律持续时间相匹配。例如，较长的句子持续时间为1.884秒（每个词314毫秒，共6个词），而较短的句子则为1.57秒（每个词314毫秒，共5个词）。
数据记录与预处理
传感器空间分析
传感器空间分析首先评估在0.6 Hz和0.9 Hz频率下的神经追踪，使用快和慢两个韵律条件下的相干值和功率进行比较。通过集群置换检验，统计分析检验在不同条件下的显著性差异，得到的结果表明，MEG中的delta频段活动能够同步到外部的韵律速率。
主要研究结果
传感器空间结果
在韵律相干分析阶段，慢节奏条件下相干值在0.6 Hz频段达到显著峰值，而快节奏条件下在0.9 Hz频段达到峰值。结果表明，听觉皮层的活动与韵律速率同步。此外，在目标句子处理阶段，传感器空间的分析显示delta频段活动在视觉刺激阶段持续存在，并转移到左侧额叶皮层，这与功能预测的作用相符。
源空间结果
在源空间分析中，发现右侧早期听觉皮层和上颞回在慢节奏条件下对0.6 Hz频段显示出显著的相干高峰，而快节奏条件下在0.9 Hz频段表现出显著相干高峰。这表明，大脑活动在语音韵律的不同频率之间显示出显著的同步。
措辞和效果分析
在短句子条件下，当预期的音长未出现时，ERF显示出显著的遗漏响应效果。传感器空间分析在右中央-顶叶区域检测到显著的正负集群。这表明参与者在慢节奏训练下预测更长的句子长度，而在目标句子长度不合预期时产生了遗漏ERF效应。
结论和应用价值
此次研究证明了语音韵律的节奏性通过电生理上继承上下文节奏，为语言理解提供时间预测功能。这一发现支持了最近关于更广泛的听觉时间预测机制的证据。这些结果强调了在心理语言学和认知神经科学模型中，结合时间预测机制的重要性。研究揭示，听觉-运动互动中的时间预测通过顶-下相位重置电生理活动，促进了底-上知觉处理。这一机制可以应用于人际交流中，例如对话中的韵律同步可能增强相互理解，同时这一机制也有助于更好地理解对话中的潜在预测过程。
研究结果的另一个应用可能是改进对语言障碍患者的诊治策略，通过加强他们对语言节奏的敏感性，从而提升语言理解能力。
研究亮点
- 重要发现：大脑活动在语音韵律的不同频率之间显示出显著的同步，并且这种同步影响了后续视觉句子的处理。
- 方法新颖：利用MEG技术，结合跨模态的实验设计，展示了韵律同步如何作用于语言理解时间预测的神经机制。
- 应用价值：研究结果具有潜在的康复应用前景，可以用于语言障碍患者的治疗，提升其语言理解能力。
此研究在揭示语音韵律对语言理解过程中的时间预测功能及其神经机制方面，具有重要的科学和应用价值。