研究背景

人类的感觉运动学习（sensorimotor learning）和记忆机制长期以来是神经科学领域的研究热点。大多数相关研究集中在视觉空间工作区和肢体运动上，例如手臂运动、抓取动作等。这些研究帮助科学家理解了感觉运动记忆如何形成、存储和提取。然而，人类还具备一项独特的能力——语言的产生和感知。语言的产生涉及复杂的运动控制，而听觉反馈在这一过程中起着至关重要的作用。与肢体运动不同，语言运动系统的工作区独立于视觉空间工作区，这使得研究语言-听觉系统中的感觉运动记忆成为一种独特且重要的研究路径。

尽管如此，关于语言-听觉系统如何存储和提取感觉运动记忆的研究仍十分有限。具体而言，语言-听觉系统中的记忆是否具有持久性？记忆的获取方式（如突然或逐渐引入的听觉反馈变化）是否会影响其保留？记忆的提取是否依赖于特定的反馈条件？这些问题尚未得到充分解答。为了解决这些问题，Yale University和McGill University的研究团队设计了一项研究，旨在通过干扰听觉反馈的方式，探索人类语言-听觉系统中感觉运动记忆的持久性、获取方式的敏感性以及记忆提取的依赖性。

研究团队与发表信息

本研究由Nishant Rao和David J. Ostry共同完成，分别来自Yale University的Yale Child Study Center和McGill University的心理学系。研究论文于2024年12月31日首次发表于《Journal of Neurophysiology》（J Neurophysiol），并于2025年2月10日在线发布。

研究设计与方法

研究流程

研究分为两个阶段（Visit 1和Visit 2），主要目标是评估参与者对新学习的语言-听觉记忆的持久性和提取条件。以下是具体研究流程的详细介绍：

第一阶段（Visit 1）

1. 基线测试（Baseline Trials）

   • 设计：参与者阅读屏幕上显示的伪词（如“bep”、“dep”、“gep”），同时通过耳机听到自己的声音。
     
   • 样本量：共30次基线测试，其中穿插了3次噪声反馈试验（noise feedback trials），用于评估在没有听觉反馈的情况下参与者的语音输出。
     
   • 数据处理：使用Praat软件提取语音数据中的第一和第二共振峰频率（F1和F2）。
     

2. 学习阶段（Learning Trials）

   • 设计：在210次试验中，研究人员逐步或突然改变参与者听到的语音中的第一共振峰频率（F1）增加30%。
     
   • 样本量：72名年轻成年人（21名男性，平均年龄23.94岁）参与了实验。
     
   • 数据处理：通过Audapter和MATLAB对语音信号进行实时处理。
     

第二阶段（Visit 1）

1. 记忆测试（Retention Trials）
   
   • 设计：参与者在8小时或24小时后返回实验室，再次进行210次试验，F1扰动保持在30%。
     
   • 数据处理：分析F1和F2的变化，评估记忆的保留情况。
     

数据分析

研究使用Burg算法提取语音数据中的F1和F2频率，并将数据分为三实验组进行统计分析。通过多元线性回归和方差分析（ANOVA）评估不同条件下的记忆保留情况。

主要结果与逻辑关系

1. 记忆的持久性

   • 结果：研究发现，新学习的语言-听觉记忆在8小时和24小时后的保留率均高达70%。记忆保留不受获取方式（突发或渐进）的影响。
     
   • 支持数据：在重新引入语音反馈后，参与者立即恢复到完全适应状态，表明记忆并未消失，而是依赖于特定的反馈条件。
     

2. 记忆提取的依赖性

   • 结果：在没有听觉反馈的情况下，参与者似乎没有保留之前的学习成果，但在重新引入语音反馈后，立即显示出完全适应。
     
   • 支持数据：噪声反馈试验中的记忆保留率显著低于语音反馈试验，表明记忆提取依赖于语音错误反馈的存在。
     

3. 声学空间的变化

   • 结果：研究发现，新学习的语音稳定在声学空间中的一个新区域，与已学习的邻近元音不重叠。
     
   • 支持数据：通过控制实验，研究人员发现，音标/ɛ/在学习后发生了方向和幅度的显著变化。
     

结论与意义

本研究表明，人类语言-听觉系统中的感觉运动记忆具有显著的持久性，且不受获取方式的影响。记忆的提取依赖于语音错误反馈的存在，表明适应性学习和习惯性语音模式在感觉运动记忆中并行存在。此外，新学习的语音稳定在声学空间中的一个新区域，可能与记忆的持久性有关。

这项研究不仅为语言-听觉系统中的感觉运动记忆提供了新的理解，还为未来研究语言运动学习及其在神经系统中的应用开辟了新的方向。特别是在神经退行性疾病或语言障碍患者的康复研究中，这些发现可能具有重要的应用价值。

研究亮点

1. 记忆持久性：研究表明，新学习的语言-听觉记忆在24小时后仍能保留70%，这一发现填补了该领域的研究空白。
   
2. 记忆提取的依赖性：研究发现，记忆提取依赖于语音错误反馈的存在，这一机制与肢体运动记忆的研究形成鲜明对比。
   
3. 声学空间的变化：新学习的语音稳定在声学空间中的一个新区域，这一发现为理解语音运动的适应性提供了新的视角。