Nat Commun：张复伦/吴劲松教授团队解码人类语言声调感知机制

语言是人类所特有的高级认知功能。其中，音高 （Vocal pitch）对人类的交流至关重要。对于英语等非声调语言，音高的变化用来表达情绪、态度、陈述以及疑问等语调信息；而汉语等声调语言则通过音高变化产生不同的声调传递不同的语义信息（如：妈麻马骂）。据估计，全世界大约有7000多种语言 ，有一半以上的语言是声调语言。其中，汉语是使用人口最多的声调语言，英语则是使用最为广泛的非声调语言。它们使用同一套发声系统（口唇舌咽等）产生相似的声音要素以表达各自特有的语义信息。那么不同的人类语言（如汉语和英语）是如何既共享同样的生理基础又各自拥有高度特异性的？解决这一问题将有助于深入了解人类语言的处理机制以及指导神经外科手术中语言功能的精准保护。

2021年2月19日，复旦大学附属华山医院神经外科吴劲松教授团队和加州大学旧金山分校华裔科学家张复伦（Edward Chang）教授团队的科学家们进行了一项跨语言的比较研究，最新成果以"人脑皮层在声调语言和非声调语言中的音高编码机制"（Human cortical encoding of pitch in tonal and non-tonal language）为题在《自然-通讯》（Nature Communications）杂志上在线发表。在这项研究中，两个团队的神经外科医生们各自利用颅内高密度皮层脑电技术（high-density ECoG），分别记录和分析了汉语母语者和英语母语者在聆听汉语和英语时大脑皮层的神经电生理活动，揭示人类在颞上回语言听觉皮层既共享相同的局部音高感知编码机制，同时在整体水平上也受不同语言背景的重塑和影响。

研究者们发现，当我们在听汉语和英语时，大脑颞上回语言听觉皮层对汉语声调的变化和英语语调的变化采用相同的局部（单电极水平）神经编码机制，他们共同表征声调或语调的相对音高（relative pitch），而不是绝对音高（absolute pitch），也不是声调的类型（tone category）。

为了解音高的这一编码机制是否会受到语言背景影响，研究者进一步比较了汉语母语者和英语母语者在听相同汉语普通话时大脑的神经表征差异，发现汉语母语者的颞上回群体（多电极）状态空间呈现声调分类感知（categorical perception）的表征特点，而英语母语者的颞上回群体状态空间则更为接近表征原始的声学空间：即汉语母语者的颞上回听觉皮层在多电极群体水平上比英语母语者能够更好地区分四个不同的声调。

这项研究不仅揭示了人类声调语言的神经编码机制，而且对言语感知机制的理解迈出了重要的一步。该研究通过高时空分辨率的颅内脑电技术为神经语言模型提供了全新的视角，即作为听觉语言中枢的颞上回既参与了相对音高这一复杂声学特征的编码，也参与了声调这一语义相关的高级信息的处理，而这两种不同级别的信息分别反映在同一皮层区域的局部和整体神经活动中。

全文链接：https://www.nature.com/articles/s41467-021-21430-x

来源：神外资讯