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皮层的结构不对称性如何对语音加工产生影响?

文献:Eckert, Mark A et al. "Cortical asymmetries at different spatial hierarchies relate to phonological processing ability." PLoS biology vol. 20,4 e3001591. 5 Apr. 2022.

DOI:10.1371/journal.pbio.3001591

作者:新宇 | 封面:Andrius Banelis

人们对于语音加工的能力存在明显的个体差异,许多研究表明语音加工的脑基础所涉及的个体差异,是由语言相关脑区所存在的半球间不对性的个体间变异导致。对于半球间不对称性如何影响语音加工,往往存在两种假说:一种脑偏侧化(cerebral lateralization)假说,它认为脑结构的不对称性越强,越有利于语音加工的发展,即结构不对称性程度应该能线性地预测语音加工能力;另一种渠限化(canalization)假说则相反,它认为结构不对称性会将语音加工表现局限在一个正常的范围,二者的关系会呈现一种二次函数的形式,即被试结构越不对称,语音加工能力的水平就越趋近均值。

对于上述假说,研究者采用了大样本的儿童(N=424)和成年(N=300)被试来进行验证。研究者要求被试尽可能准确地将符合正字法准则的假词的读音念出,来测量其语音解码的能力(WA-SS)。同时通过 T1 加权的结构像,通过变形算法计算了被试左右皮层相对于标准对称模版体素体积的扩张或缩小程度。结合 HCP 提供的包含 180 对多模态皮层脑区图谱(HCP-MMP 1.0),进一步计算每对脑区(ROI)之间的持续性峰群(persistence landscape),来评价相应的结构不对称性。

在不同的尺度下,研究者得到了支持不同假说的证据。对于假说一的验证分析发现,包括语言相关区域在内的每个单独的皮层 ROI,均未发现结构偏侧化与语音解码之间的显著关联。但将脑区中不对称性左偏程度最大的脑区(儿童和成年被试分别对应于下图 1A- 中的 C 区域集合和图 1-B 中的 D 区域集合)结合来进行回归分析时,可以得到与语音解码能力间的显著关联。对应的相关程度见图 1-C 和图 1-D,回归分析中控制了年龄、性别、被试来源站点等协变量。

图 1 左侧不对称性程度与语音解码能力的线性关系。

Eckert et al., PLoS Biol.

对于假说二,研究者采用了二次分位数回归(quadratic quantile regression)方法来对不对称性与语音解码的关系进行分析。结果发现在特定的一些脑区(主要是具有领域一般性功能的脑区)与语音解码能力的关系呈现了显著的 " 倒 U 型 " 曲线,即语音解码能力较为平均的被试的不对称性程度更大。

图 2 左侧不对称性程度与语音解码能力的渠限化关系。

上述这些结果分别在不同的尺度下支持了脑偏侧化假说和渠限化假说。前者是在比较整体的角度,后者则是在更加具体的脑区。

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