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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在語調、強度、總時長(285 ms)、前音和發聲共振過渡持續時間(分別為40 ms和45 ms)上進行了匹配。音節被分成四組，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

偏差與標準狀態時頻表征的排列測驗顯示，右側聽覺區域有顯著差異(圖4A和4B;從318 ~ 1200 ms DV和DP的左、右額區(CH1和CH6)。此外，DP的delta到beta范圍內觀察到兩個顯著的區域，而DV相對于標準條件下較小的廣泛區域。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