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 研究背景

研究表明，人類從早產兒開始，就特別善于編碼時間線索，如早產兒已經能很好地感知/ba/和/ga/之間的差異，而他們對聲音的變化(男性和女性聲音)的反應很弱。/b/和/g/之間的語音差異取決于一個短暫的時間間隔(這些刺激是45毫秒)，因此需要很好的時間分辨率來處理頻率模式。相比之下，男女語音的差異主要是基于整個音節(jié)所承載的音高(刺激時間為285 ms)。這些結果表明，人類可能受益于一種由基因驅動的能力，這種能力可以根據語言的聲學結構對聽覺世界進行精確的時間編碼。然而，如果同樣的結果也在其他物種中觀察到，它們將支持一個更普遍的假設，該假設基于音節(jié)的聲學特征與一般的聽覺處理能力相結合。因此，該研究用與早產兒相同的方法測試了麻醉的成年大鼠。我們同時記錄了神經(ECoG)和血流動力學(fNIRS)對一系列人類語言音節(jié)的反應，并研究了大腦對輔音(ba vs. ga)和聲音(男性vs.女性)變化的反應。
 

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研究方法
 

2.1、實驗動物

14只成年雄性Sprague Dawley大鼠，手術前，動物被用氨基甲酸乙酯(1.25 g/kg，腹腔注射)進行麻醉。
 

2.2、實驗材料

由法國男性(bam, gam)和法國女性(baf, gaf)自然產生的四個數字化音節(jié)在語調、強度、總時長(285 ms)、前音和發(fā)聲共振過渡持續(xù)時間(分別為40 ms和45 ms)上進行了匹配。音節(jié)被分成四組，形成三種類型的試驗(標準、異常聲音和異常音素試驗)。
 

2.3、實驗過程

音節(jié)由四個系列(SOA = 600 ms)呈現，形成三種類型的試驗(標準、異常聲音和異常音素試驗)。由三種類型的塊組成，并以40 s的沉默時間隨機間隔，總持續(xù)時間為108 min。

圖1 聽覺刺激范式
 

2.4、數據采集和處理

ECoG由直流放大器A.N.T放大，采樣率是2048Hz，阻抗在1 kO以下。
 

光學成像采用的是ISS Imagent血氧計，使用32個發(fā)光二極管，以及4個PMT采集信號，采樣率為9.1912 Hz。
 

ECoG信號降采樣至1024 Hz，并用0.05~ 20 Hz帶通濾波器進行濾波，分段與基線校正的開始時間為刺激開始前100ms，結束時間為體感刺激開始后300 ms，結束時間為聽覺刺激開始后4000 ms。偽影排除是基于目視檢查。
 

光學數據通過0.03~0.5Hz的帶通濾波，HbO and Hb信號從刺激開始前5秒到刺激開始后的25秒進行分段。
 

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研究結果
 

3.1、對聽覺變化的不匹配反應

偏差與標準狀態(tài)時頻表征的排列測驗顯示，右側聽覺區(qū)域有顯著差異(圖4A和4B;從318 ~ 1200 ms DV和DP的左、右額區(qū)(CH1和CH6)。此外，DP的delta到beta范圍內觀察到兩個顯著的區(qū)域，而DV相對于標準條件下較小的廣泛區(qū)域。然而，在比較兩種異常情況時，TFR沒有顯著差異。在這兩種情況下，相對于標準條件，delta-beta頻率振幅都出現了增加。

圖2 聽覺失匹配響應
 

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實驗結論

這項動物實驗為大鼠皮質在音節(jié)識別任務中的定位提供了電生理和血流動力學數據，就像人類一樣，音節(jié)刺激的編碼是不對稱的，但是以相反的方式(大鼠的右半球不對稱與人類的左半球不對稱)，這表明兩個物種并不是自發(fā)地喜歡相同的刺激特征。

Mahmoudzadeh, M., Dehaene-Lambertz, G., & Wallois, F. (2017). Electrophysiological and hemodynamic mismatch responses in rats listening to human speech syllables. PloS one, 12(3), e0173801.

doi.org/10.1371/journal.pone.0173801