楊柳新，于洪志

(西北民族大學(xué) 甘肅省民族語言智能處理重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，甘肅 蘭州 730030)

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聽覺條件下蒙古語元音和諧的偏側(cè)化分析

楊柳新，于洪志

(西北民族大學(xué) 甘肅省民族語言智能處理重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，甘肅 蘭州 730030)

文章研究記錄了被試在無意識狀態(tài)下(給被試播放無聲無字幕電影，并要求被試忽略所聽到的聲音)感知蒙古語元音和諧的腦電數(shù)據(jù)，以探討聽覺條件下大腦對蒙古語元音和諧的ERP反映情況.對比不同變化條件下的腦電數(shù)據(jù)(蒙古語元音：和諧與不和諧；緊元音：和諧與不和諧；松元音：和諧與不和諧)，以進(jìn)行偏側(cè)化實(shí)驗(yàn).分析結(jié)果顯示：①在聽覺條件下，以O(shè)ddball范式呈現(xiàn)不和諧元音作為偏差刺激，和諧元音作為標(biāo)準(zhǔn)刺激.不管是緊元音、松元音還是蒙古語元音，均未誘發(fā)明顯的MMN和P300.②被試感知刺激時所激活的腦區(qū)集中在額葉、中央?yún)^(qū)和顳葉.但感知強(qiáng)度有所不同，大腦對緊元音的感知強(qiáng)度相比松元音和蒙古語元音的要弱，而松元音和蒙古語元音的感知強(qiáng)度較為相近.

蒙古語元音和諧；ERP；聽覺感知；大腦偏側(cè)化

0　引言

元音和諧是阿爾泰語系、烏拉爾語系等的語言特色.李兵在其研究中將元音和諧分為9種類型：顎和諧、舌根位置和諧、舌位高度和諧、唇狀和諧、鼻化和諧、咽化和諧、松緊和諧、卷舌和諧、完全和諧[1].蒙古語作為阿爾泰語系中的一種，也存在元音和諧的現(xiàn)象，但具體內(nèi)容在各語言之間不同, 在同一語言的方言之間也有不同.蒙古語元音和諧的基本規(guī)律，即陽性元音只能和陽性元音相拼，陰性元音只能和陰性元音相拼，中性元音可以和陰性或陽性元音相拼，普遍形式是詞的第一個音節(jié)的元音制約其后的元音，使其在后頭松緊、舌位、唇形等方面與之適應(yīng)[2].本文采用Oddball范式給被試呈現(xiàn)語音刺激，運(yùn)用Scan4.3采集并分析聽覺條件下被試對刺激的感知情況，并通過分析得到大腦感知刺激時在大腦激活的區(qū)域.

1　方法

1.1被試

6名內(nèi)蒙古地區(qū)的蒙古族大學(xué)生(3男3女，年齡范圍18～21歲，平均年齡20歲)作為被試，被試母語均為蒙語，并且無聽覺障礙.所有被試都是就讀于西北民族大學(xué)的學(xué)生，除學(xué)習(xí)過漢語和英語外，均未輔修其他語言，均未接受過專業(yè)的音樂訓(xùn)練.為了確保采集的原始腦電信號有效可用，在實(shí)驗(yàn)開始前所有被試告知試驗(yàn)相關(guān)流程，并簽署實(shí)驗(yàn)知情同意書.

1.2刺激

圖1　oddball 范式和刺激材料

A是本研究中利用oddball范式設(shè)計(jì)的刺激呈現(xiàn)示意圖，先給出一個1 000 ms的提示信號，然后每500 ms出現(xiàn)一次聲音文件，[kɑpt]、[kptu]標(biāo)準(zhǔn)刺激，[kɑptu]、[kpt]偏差刺激(標(biāo)準(zhǔn)刺激呈現(xiàn)的概率為10%，偏差刺激的概率為90%).B是標(biāo)準(zhǔn)刺激和偏差刺激的波形和聲譜圖.在語譜圖中顯示出了語音的共振峰、振幅和能量曲線.

本研究中的聲音文件采取分段錄制之后經(jīng)過剪切拼接而得到.這樣做是為了確保各個聲音文件時長的一致(每個聲音文件的時長均為500 ms).在錄制時采用分段錄制可避免兩個音節(jié)之間的發(fā)音特征所產(chǎn)生的相互影響.同時，Adobe Audition3.0和Praat軟件是在對聲音文件進(jìn)行處理的過程中所運(yùn)用到的主要軟件.

2　EEG記錄和分析

2.1記錄

采用64導(dǎo)腦電帽采集信號，主要記錄了對稱位置電極(如F3、FZ、F4、C3、CZ、C4、P3、PZ、P4)的EEG信號.這些電極能夠顯示出全頭腦電的變化情況.以30 Hz低通濾波器進(jìn)行濾波，對采集的腦電信號作進(jìn)一步離線分析.由于實(shí)驗(yàn)過程中CB1、CB2出現(xiàn)問題，因而刪除這兩個電極的信號以600 ms為時長對信號進(jìn)行分段(含100 ms刺激起始段).在進(jìn)行平均過程中，排除任一分段中超過±50 uV的刺激和偽跡.每種條件下的MMN均由刺激開始后150 ms～300 ms時間段的偏差刺激減去標(biāo)準(zhǔn)刺激所得.對CZ的總平均振幅進(jìn)行測量，得到MMN的平均振幅.用單因素方差分析計(jì)算緊和諧與不和諧元音、松和諧與不和諧元音以及和諧與不和諧三種條件下的九個電極的平均振幅，從而確定MMN存在與否.

2.2分析

2.2.1MMN成分分析

Naatanen于1978年最先報道了MMN，偏差刺激與標(biāo)準(zhǔn)刺激的差異波中約100～250 ms之間明顯的負(fù)波即為失匹配負(fù)波，反映了人類大腦對信息的自動加工[3].圖1顯示了蒙古語緊元音中和諧與不和諧元音誘發(fā)的ERP波形.實(shí)線(綠線)為蒙古語緊和諧元音誘發(fā)的ERP，虛線(紅線)為蒙古語緊不和諧元音誘發(fā)的ERP.由圖1可知，蒙古語緊的和諧與不和諧元音在200 ms左右誘發(fā)的不是負(fù)走向波形，而是一個較大的正走向波形，即被試對于緊和諧與不和諧元音、松和諧與不和諧元音、松緊和諧與不和諧元音的辨別并未誘發(fā)MMN.通過3D腦模型可以看出，大腦對于三者的感知主要集中在額葉、中央?yún)^(qū)和顳葉.運(yùn)用方差分析計(jì)算該時段內(nèi)的平均振幅，其中，在緊元音的和諧與不和諧對比中，電極F3[F(1,58)=11.38，P=0.001]，F(xiàn)4[F(1,58)=10.33，P=0.002]，C3[F(1,58)=4.9，P=0.029]差異顯著，而電極PZ、CZ、C4、P3、PZ、P3差異不顯著(P>0.05).在松元音中，電極PZ[F(1,58)=6.1，P=0.02]，P4[F(1,58)=8.1，P=0.005]存在顯著性差異，而其余各電極的差異性不顯著(P>0.05).在蒙古語元音的和諧與不和諧比較中，電極F3[F(1,58)=7.76,P=0.006]，F(xiàn)4[F(1,58)=5.67,P=0.02]，CZ[F(1,58)=14.24,P=0]，P4[F(1,58)=16.23,P=0]差異性顯著，其余電極差異性不顯著(P>0.05).

通過平均振幅還可以發(fā)現(xiàn)，在蒙古語元音中，和諧與不和諧引發(fā)的相近的正向波形，而在緊元音中，不和諧元音比和諧元音引發(fā)一個更大的正向波形.在松元音中，情況則相反.

圖2蒙古語元音：和諧-不和諧

2.2.2P300成分分析

P300成分通常是由Oddball范式誘發(fā)，其中包含兩種刺激類型，讓被試對其中一種刺激(靶刺激)進(jìn)行按鍵反應(yīng)，如果刺激呈現(xiàn)的概率比較小，就會誘發(fā)出顯著的P300，其潛伏期一般在300 ms左右，通常分布在中央-頂區(qū)[4].文章選取200 ms～400 ms時段以觀察由和諧與不和諧的刺激而誘發(fā)的P300成分.發(fā)現(xiàn)在蒙古語元音中，不管是松元音還是緊元音，均未產(chǎn)生明顯的P300成分.以單因素方差分析統(tǒng)計(jì)該時段內(nèi)的平均振幅，在緊元音的和諧與不和諧對比中，電極F3[F(1，89)=8.55，P=0.004]，F(xiàn)4[F(1，89)=15.7，P<0.05]，C3[F(1，89)=15.3，P<0.05]差異性顯著，其余電極的差異性不顯著(P>0.05).在松元音的分析中，電極F3、FZ、F4、CZ、C4、P4存在顯著性差異(P<0.05)，而C3、P3、PZ的差異性不顯著(P>0.05).在蒙古語元音的分析中，電極C4存在顯著性差異[F(1，89)=5.49，P=0.02]，其余電極的差異性均不顯著(P>0.05).

2.2.3大腦偏側(cè)化分析

人類大腦由大腦縱裂分為左右兩半球，兩半球表面被中央溝、頂枕裂及大腦外側(cè)裂分成額葉、頂葉、枕葉和顳葉等不同區(qū)域[5]，各區(qū)域與身體的不同機(jī)能有關(guān).圖3為蒙古語元音、緊元音、松元音三者CZ電極在212 ms處的二維腦地形圖和3D腦地形圖.通過分析可知，在聽覺條件下，大腦對以蒙古語緊元音、松元音以及蒙古語元音為刺激的語音的感知并未誘發(fā)明顯的MMN波形.為分析被試對三類刺激感知的腦偏側(cè)情況，選取電極CZ和212 ms進(jìn)行分析.結(jié)果顯示：額葉、中央?yún)^(qū)和顳葉三部分色彩較深(圖中標(biāo)注為劃線區(qū)域)，其中以中央?yún)^(qū)和顳葉的顏色較深(劃線部分較為密集，并呈交叉狀)，其他部位顏色較淺或變化不明顯.說明大腦對三類刺激的感知區(qū)域主要集中在額區(qū)、中央?yún)^(qū)和顳葉區(qū)，具有左半球優(yōu)勢.在3D腦地形圖上可以清晰反映出大腦的激活區(qū)域.

被試感知三類刺激的大腦激活區(qū)域雖然相同，但感知的敏感程度卻有明顯區(qū)別.在二維腦地形圖中，緊元音的紅色強(qiáng)度相比松元音和蒙古語元音要淡，表明大腦對緊元音的感知較弱.同時，蒙古語元音和松元音二維腦地形圖的顏色分布區(qū)域和顏色強(qiáng)度比較相近，表明被試對蒙古語元音和松元音的感知在敏感度上無明顯差異.3D腦地形圖可以清晰反映被試大腦的感知強(qiáng)度.

a緊元音：和諧與不和諧

b松元音：和諧與不和諧

c蒙古語元音：和諧與不和諧

圖3大腦對蒙古語元音、緊元音、松元音感知的二維和3D腦地形圖

波幅 50 uV，虛線波形均為和諧元音，實(shí)線波形為不和諧元音，模型中的紅色(劃線區(qū)域)表現(xiàn)為大腦感知的反應(yīng)強(qiáng)度.圖3為大腦對緊元音的感知腦地形圖；中圖為大腦對松元音的感知腦地形圖；下圖為大腦對蒙古語元音感知的腦地形圖.

3　結(jié)果

元音和諧是蒙古語元音在構(gòu)詞時的特殊語言現(xiàn)象.文章采用ERP技術(shù)對蒙古語元音、緊元音、松元音三類元音各自的和諧與不和諧進(jìn)行了分析.結(jié)果顯示：在聽覺條件下，以O(shè)ddball范式呈現(xiàn)不和諧元音作為偏差刺激，和諧元音作為標(biāo)準(zhǔn)刺激.不管是緊元音、松元音還是蒙古語元音，都沒有誘發(fā)明顯的MMN成分，也沒有誘發(fā)P300成分.說明在蒙古語元音中，被試對和諧與不和諧的感知差異并不顯著.采用Scan4.3對電極CZ在212 ms處大腦感知刺激的激活區(qū)域進(jìn)行分析，結(jié)果顯示：被試在感知三類刺激時所激活的大腦區(qū)域主要集中在額葉、中央?yún)^(qū)和顳葉.但是感知強(qiáng)度卻有所不同，大腦對緊元音的感知強(qiáng)度相比松元音和蒙古語元音的要弱，而松元音和蒙古語元音的感知強(qiáng)度較為相近.

4　討論

有研究者運(yùn)用事件相關(guān)電位研究蒙古語元音和諧，分析結(jié)果顯示：不和諧偏差比和諧偏差ERP呈現(xiàn)顯著負(fù)偏離，并且不和諧時MMN后跟隨P3a顯著，和諧時MMN后跟隨P3a不顯著.表明不和諧偏差比和諧偏差更能刺激注意力的無意識轉(zhuǎn)移[6].這一結(jié)論與本研究所得結(jié)果有所不同，主要原因是刺激呈現(xiàn)的方式不同，其所采用的是一對元音和諧的假詞，一對元音不和諧的假詞，互為標(biāo)準(zhǔn)刺激和偏差刺激.本文側(cè)重分析被試大腦感知元音和諧與不和諧時所激活的腦區(qū)，增進(jìn)了對蒙古語元音和諧感知研究的認(rèn)識.

[1] 李兵.元音和諧的類型學(xué)問題[J].民族語文,2001,(2).

[2] 胡阿旭，于洪志，格根塔娜.蒙古語元音和諧感知的ERP研究[C].第14屆中國少數(shù)民族語言文字信息處理學(xué)術(shù)研討會，2014.

[3][6] 趙侖.ERPs實(shí)驗(yàn)教程[M].南京.東南大學(xué)出版社，2010.54.

[4] 趙侖.ERPs實(shí)驗(yàn)教程[M].南京:東南大學(xué)出版社，2010.7.70.

[5] 胡阿旭，于洪志，格根塔娜.蒙古語元音和諧感知的ERP研究[J].中文信息學(xué)報，2015.

An ERP Research on Mongolian Vowel Harmony Based on the Auditory Condition

YANG Liu-xin, YU Hong-zhi

(Key Lab of China's National Linguistic Information Technology Northwest University for Nationalities, Lanzhou 730030, China)

This study aimed to investigate ERP data of Mongolian vowel harmony based on the auditory condition which recorded on the participants who looked at the silent film and ignored the sound from the headphones. By comparing the EEG data under different conditions (Mongolian vowel, lax vowels, tense vowel) and analyzing the cerebral partial lateralization and traceability, the following results could be obtained that P300 and MMN were not obviously induced in orther the lax vowels, or tense vowel or Mongolian vowel in this auditory experiment; the brain activation was concentrated in the frontal, central and temporal lobes when the participants perceived stimulus. But there were significant differences in the perception intensity of the brain. The perception intensity of tense vowels was weaker than that of the lax vowels and Mongolian vowels. Additionally, the perception intensity of loose vowels and Mongolian vowel was more similar.

Mongolian vowel harmony; ERP; Auditory perception; Cerebral lateralization

2016-03-02

國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(61462075)資助.

楊柳新(1990—)，男，廣西貴港人，碩士研究生，主要從事實(shí)驗(yàn)語音學(xué)方面的研究.

H212

A

1009-2102(2016)02-0043-05