Эффект фонематического восстановления
Эффект фонематического восстановления — это феномен восприятия , при котором при определенных условиях звуки, фактически отсутствующие в речевом сигнале, могут быть восстановлены мозгом и могут казаться услышанными. Эффект возникает, когда отсутствующие фонемы в слуховом сигнале заменяются шумом, который обладает физическими свойствами, маскирующими эти фонемы, создавая двусмысленность. В такой двусмысленности мозг стремится заполнить отсутствующие фонемы. Эффект может быть настолько сильным, что некоторые слушатели могут даже не заметить отсутствия фонем. Этот эффект обычно наблюдается в разговоре с сильным фоновым шумом, из-за которого трудно правильно услышать каждую произносимую фонему. Различные факторы могут изменить силу эффекта, в том числе то, насколько богат контекст или лингвистические сигналы в речи, а также состояние слушателя, например состояние его слуха или возраст.
Этот эффект более важен для человека, чем предполагалось изначально. Лингвисты отмечают, что, по крайней мере, в английском языке много фальстартов и посторонних звуков. Эффект фонематического восстановления — это способ мозга устранить недостатки нашей речи. Если бы этот эффект не мешал нашей языковой обработке , возникла бы большая потребность в гораздо более точных речевых сигналах, а человеческая речь могла бы потребовать гораздо большей точности. Для экспериментов необходим белый шум, поскольку он заменяет эти недостатки речи. Одним из наиболее важных факторов языка является непрерывность и, в свою очередь, разборчивость .

Фон
[ редактировать ]Эффект фонематического восстановления был впервые описан в статье Ричарда М. Уоррена 1970 года, озаглавленной «Перцепционное восстановление пропущенных звуков речи». Цель эксперимента заключалась в том, чтобы объяснить, почему на фоне посторонних звуков все еще остаются понятными замаскированные отдельные фонемы.
- «Губернаторы штатов встретились со своими законодательными собраниями, собравшимися в столице».
В своих первоначальных экспериментах Уоррен представил показанное предложение и сначала заменил первую фонему «s» в законодательных органах посторонним шумом в виде кашля. В небольшой группе из 20 испытуемых 19 не заметили отсутствующую фонему, а один человек неправильно определил отсутствующую фонему. Это указывало на то, что в отсутствие фонемы мозг восполнял недостающую фонему путем нисходящей обработки . В то время об этом явлении было известно, но никто не мог точно определить, почему оно происходит, или дать ему какое-либо название. Он снова проделал тот же эксперимент с предложением:
- «Обнаружено, что колесо было на оси».
Он заменил звук «кх» в колесе и получил те же результаты. Все испытуемые записывали колесо. Позже Уоррен в течение следующих нескольких десятилетий провел много исследований по этому вопросу. [1]
Со времен Уоррена было проведено много исследований для проверки различных аспектов эффекта. Эти аспекты включают в себя то, сколько фонем можно удалить, какой шум воспроизводится вместо фонемы и как различные контексты меняют эффект.
Нейроанатомия
[ редактировать ]Нервно признаки прерванной или остановленной речи могут подавляться в таламусе и слуховой коре , возможно, вследствие нисходящей обработки слуховой системой. [2] Считается, что ключевые аспекты самого речевого сигнала решаются где-то на границе между слуховыми и языковыми областями (примером является область Вернике ), чтобы слушатель мог определить, что говорится. Обычно считается, что последний реализуется на конечных стадиях системы обработки языка , но что касается восстановительных процессов, многое остается неизвестным относительно того, отвечают ли те же самые этапы за способность фактически заполнить недостающую фонему.
Фонематическое восстановление — один из нескольких феноменов, демонстрирующих, что предшествующие, существующие в мозгу знания предоставляют ему инструменты, позволяющие попытаться угадать недостающую информацию, что в принципе похоже на оптическую иллюзию . Считается, что люди и другие позвоночные развили способность передавать критически важные акустические сигналы, но передаваться в естественных шумных условиях. Для людей, хотя до конца не известно, в какой точке иерархии обработки происходит эффект фонематического восстановления, [3] данные указывают на динамические восстановительные процессы, которые уже происходят при основных модуляциях звука, установленных на естественной частоте артикуляции. [4] Недавнее исследование с использованием прямых нейрофизиологических записей пациентов с эпилепсией, имплантированных электродами в слуховую и языковую кору, показало, что латеральная верхняя височная извилина (СТГ; основная часть зоны Вернике) представляет собой недостающий звук, который воспринимают слушатели. [5] Это исследование также продемонстрировало, что связанная с восприятием нейронная активность в STG модулируется левой нижней лобной корой, которая содержит сигналы, которые предсказывают, какой звук услышат слушатели, примерно за 300 миллисекунд до того, как звук даже будет воспроизведен.
Факторы
[ редактировать ]Нарушение слуха
[ редактировать ]Людей с легкой и умеренной потерей слуха проверяли на эффективность фонематического восстановления. Те, у кого была легкая потеря слуха, выступали на том же уровне, что и обычный слушатель. Люди с умеренной потерей слуха почти не имели восприятия и не могли определить недостающие фонемы. Это исследование также зависит от количества слов, которые наблюдатель может понять из-за характера нисходящей обработки. [6]
Кохлеарные имплантаты
[ редактировать ]Для людей с кохлеарными имплантатами акустическое моделирование имплантата показало важность спектрального разрешения. [3] Когда мозг использует обработку сверху вниз, он использует как можно больше информации, чтобы принять решение о том, принадлежит ли сигнал-заполнитель в промежутке к речи, а при более низком разрешении остается меньше информации для правильного предположения. Исследование [7] Фактические пользователи кохлеарных имплантатов отметили, что некоторые пользователи имплантатов могут получить пользу от фонематического восстановления, но, опять же, для достижения этой цели им, похоже, требуется больше речевой информации (в данном случае более длительный рабочий цикл).
Возраст
[ редактировать ]Возрастные эффекты изучались у детей и пожилых людей, чтобы выяснить, могут ли дети получить пользу от фонематического восстановления, и если да, то в какой степени, и сохраняют ли пожилые люди способность к восстановлению перед лицом возрастных нейрофизиологических изменений.
Примерно к 5 годам дети способны добиваться результатов, сравнимых со взрослыми, однако все еще не так хорошо, как взрослые. В таком раннем возрасте большая часть информации обрабатывается восходящим способом из-за отсутствия информации, которую можно было бы вспомнить. Однако это означает, что они могут использовать предыдущие знания слов, чтобы заполнить недостающие фонемы, при этом их мозг развит гораздо меньше, чем у взрослых. [8] [9]
Пожилые люди (старше 65 лет) с отсутствием или минимальной потерей слуха демонстрируют пользу от фонематического восстановления. В некоторых случаях эффект восстановления может быть сильнее у пожилых людей, чем у молодых, даже если общие показатели восприятия речи у пожилых людей ниже. Это наблюдение, вероятно, связано с сильными языковыми и словарными навыками, которые сохраняются в пожилом возрасте. [10] [11]
Пол
[ редактировать ]У детей не было выявлено влияния пола на фонематическое восстановление. [8]
У взрослых вместо полной замены фонем исследователи маскировали их тонами, которые были информативными (помогали слушателям выбрать правильную фонему), неинформативными (не помогали и не мешали слушателю выбрать правильную фонему) или дезинформативными (помешали слушателю выбрать правильную фонему). правильная фонема). Результаты показали, что женщины гораздо больше пострадали от информативных и дезинформативных сигналов, чем мужчины. Эти данные свидетельствуют о том, что на женщин больше влияет нисходящая семантическая информация, чем на мужчин. [12]
Слушатели-женщины, в отличие от слушателей-мужчин, лучше могли использовать отсроченную информативную подсказку в конце длинного предложения, чтобы сообщить о более раннем слове, которое было нарушено шумом. [13]
Параметр
[ редактировать ]Эффект меняется на противоположный в реверберационной комнате , которая больше отражает реальную жизнь, чем типичные тихие комнаты, используемые для экспериментов. Это позволяет эху произнесенных фонем действовать как шум, заменяющий отсутствующие фонемы. Дополнительный белый шум, который заменяет фонему, добавляет собственное эхо и приводит к тому, что слушатели также не работают. [14]
Ставка
[ редактировать ]Другое исследование Уоррена было проведено с целью определить влияние продолжительности заменяющей фонемы на понимание. Поскольку мозг оптимально обрабатывает информацию с определенной скоростью, когда промежуток становится примерно равным длине слова, эффект начинает разрушаться и становится неэффективным. На этом этапе эффект больше не эффективен, поскольку наблюдатель теперь осознает разрыв. [15]
Мультисенсорный
[ редактировать ]Подобно эффекту Макгерка , когда слушатели также могли видеть произносимые слова, у них было гораздо больше шансов правильно определить недостающие фонемы. Как и любое чувство, мозг будет использовать любую информацию, которую считает важной, чтобы вынести суждение о том, что он воспринимает. Используя визуальные сигналы движений рта, мозг будет обрабатывать информацию сверху вниз, чтобы принять решение о том, какую фонему следует услышать. Зрение является основным чувством для человека и по большей части помогает в восприятии речи . больше всего [1]
Контекст
[ редактировать ]Поскольку языки четко структурированы, мозг имеет некоторое представление о том, какое слово должно идти следующим в правильном предложении. Когда слушатели слушали предложения правильной структуры с отсутствующими фонемами, они работали намного лучше, чем бессмысленное предложение без правильной структуры. Это происходит из-за предсказательной природы префронтальной коры , определяющей, какое слово должно идти следующим, чтобы предложение имело смысл. Обработка сверху вниз опирается на окружающую информацию в предложении для заполнения недостающей информации. Если предложение не имеет смысла для наблюдателя, то на вершине процесса наблюдателю будет не от чего отказаться. Если бы кусочек головоломки знакомой картинки отсутствовал, мозгу было бы очень просто узнать, как будет выглядеть этот кусочек головоломки. Если изображение чего-то не имеет смысла для человеческого мозга и никогда раньше не наблюдалось, мозгу будет гораздо труднее понять, чего не хватает. [16] [17]
Интенсивность
[ редактировать ]Только когда интенсивность шума, заменяющего фонемы, такая же или громче, что и окружающие слова, эффект работает должным образом. Этот эффект становится очевидным, когда слушатели слышат предложение, в котором пробелы заменены белым шумом, повторяющимся снова и снова, при этом громкость белого шума увеличивается с каждой итерацией. Предложение становится все более ясным для слушателя по мере того, как белый шум становится громче. [18]
Дихотическое слушание
[ редактировать ]Когда слово с сегментом «s» удалялось и заменялось тишиной, то сопоставимый шумовой сегмент представлялся дихотически . Проще говоря, одно ухо слышало предложение целиком без вырезания фонемы, а другое ухо слышало предложение с удаленным звуком «s». Эта версия эффекта фонематического восстановления была особенно сильной, потому что мозг гораздо меньше догадывался о предложении, поскольку информация предоставлялась наблюдателю. Наблюдатели сообщили, что слышали одно и то же предложение обоими ушами, несмотря на то, что в одном из них не было фонемы. [19]
Язык
[ редактировать ]Эффект восстановления изучается в основном на английском и голландском языках, причем эффект восстановления в этих двух языках кажется схожим. Хотя ни одно исследование непосредственно не сравнивало эффект восстановления для других языков, предполагается, что этот эффект универсален для всех языков.
См. также
[ редактировать ]Ссылки
[ редактировать ]- ^ Jump up to: а б Уоррен, Ричард М. (1970). «Перцептивное восстановление пропущенных звуков речи». Наука . 167 (3917): 392–3. Бибкод : 1970Sci...167..392W . дои : 10.1126/science.167.3917.392 . ПМИД 5409744 .
- ^ Рике, Л.; Ванбассел, М.; Хаусфельд, Л.; Баскент, Д.; Формизано, Э.; Эспозито, Ф. (2012). «Слышание иллюзорной гласной в шуме: подавление слуховой кортикальной активности» . Журнал неврологии . 32 (23): 8024–34. doi : 10.1523/JNEUROSCI.0440-12.2012 . ПМК 6620946 . ПМИД 22674277 .
- ^ Jump up to: а б Башкент, Дениз (2012). «Влияние речевой деградации на нисходящее восстановление: фонематическое восстановление с помощью моделирования кохлеарных имплантатов и комбинированной электроакустической стимуляции» . Журнал Ассоциации исследований в области отоларингологии . 13 (5): 683–92. дои : 10.1007/s10162-012-0334-3 . ПМК 3441953 . ПМИД 22569838 .
- ^ Сервантес Константино, Ф.; Саймон, JZ (2017). «Динамические корковые представления перцептивного заполнения отсутствующего акустического ритма» . Научные отчеты . 7 (1): 17536. doi : 10.1038/s41598-017-17063-0 . ПМЦ 5727537 . ПМИД 29235479 .
- ^ Леонард, Мэтью К.; Бод, Максим О.; Сьерпс, Матиас Дж.; Чанг, Эдвард Ф. (20 декабря 2016 г.). «Перцептивное восстановление замаскированной речи в коре головного мозга человека» . Природные коммуникации . 7 (1): 13619. doi : 10.1038/ncomms13619 . ISSN 2041-1723 . ПМК 5187421 . ПМИД 27996973 .
- ^ Башкент, Дениз; Эйлер, Шерил Л.; Эдвардс, Брент (2010). «Фонематическое восстановление слабослышащих слушателей с нейросенсорной тугоухостью от легкой до умеренной степени». Исследование слуха . 260 (1–2): 54–62. дои : 10.1016/j.heares.2009.11.007 . ПМИД 19922784 .
- ^ Бхаргава, Пранеш; Годрен, Этьен; Башкент, Дениз (2014). «Восстановление речи сверху вниз у пользователей кохлеарных имплантатов» (PDF) . Исследование слуха . 309 (4): 113–123. дои : 10.1016/j.heares.2013.12.003 . ПМИД 24368138 .
- ^ Jump up to: а б Ньюман, Рошель С. (2004). «Восстановление восприятия у детей и взрослых». Прикладная психолингвистика . 25 (4): 481–93. дои : 10.1017/S0142716404001237 .
- ^ Паттисон, Дарси Сью (1976). Фонематическое восстановление у детей дошкольного возраста (Диссертация). Канзасский государственный университет. hdl : 2097/11418 . OCLC 33842958 . [ нужна страница ]
- ^ Сайя, Джефта Д.; Акюрек, Элкан Г.; Андринга, Тьерд К.; Башкент, Дениз (2014). «Перцептивное восстановление деградированной речи сохраняется с возрастом» . Журнал Ассоциации исследований в области отоларингологии . 15 (1): 139–148. дои : 10.1007/s10162-013-0422-z . ПМК 3901857 . ПМИД 24198087 .
- ^ Джаекель, Бриттани Н.; Ньюман, Рошель С.; Гупель, Мэтью Дж. (2018). «Влияние возраста на восстановление восприятия деградированных прерванных предложений» . Журнал Акустического общества Америки . 143 (1): 84–97. дои : 10.1121/1.5016968 . ПМЦ 5758365 . ПМИД 29390768 .
- ^ Лидерман, Жаклин; Гилберт, Кристен; Фишер, Джанет МакГроу; Мэтьюз, Гита; Фрай, Ричард Э.; Джоши, Паллави (2011). «На женщин больше влияет нисходящая семантическая информация, чем на мужчин, когда они слушают прерванную речь?». Язык и речь . 54 (1): 33–48. дои : 10.1177/0023830910388000 . ПМИД 21524011 .
- ^ Лидерман, Жаклин; Фишер, Джанет МакГроу; Коти, Алексис; Мэтьюз, Гита; Фрай, Ричард Э.; Линкольн, Алексис; Александр, Ребекка (февраль 2013 г.). «Половые различия в использовании задержанного смыслового контекста при прослушивании нарушенной речи» . Архив сексуального поведения . 42 (2): 197–201. дои : 10.1007/s10508-012-9941-7 . ISSN 1573-2800 . ПМИД 22434397 .
- ^ Шринивасан, Нирмал Кумар; Захорик, Павел (2012). «Эффект фонематического восстановления изменился в реверберирующей комнате» . Журнал Акустического общества Америки . 131 (1): EL28–34. Бибкод : 2012ASAJ..131L..28S . дои : 10.1121/1.3665120 . ПМК 3261052 . ПМИД 22280726 .
- ^ Башфорд, Джеймс А.; Мейерс, доктор медицины; Брубейкер, Б.С.; Уоррен, РМ (1988). «Иллюзорная непрерывность прерванной речи: скорость речи определяет пределы продолжительности». Журнал Акустического общества Америки . 84 (5): 1635–8. Бибкод : 1988ASAJ...84.1635B . дои : 10.1121/1.397178 . ПМИД 3209768 .
- ^ Гроппе, Дэвид М.; Чой, Марвин; Хуанг, Тиффани; Шильц, Джозеф; Топкинс, Бен; Урбах, Томас П.; Кутас, Марта (2010). «Эффект фонематического восстановления демонстрирует влияние поддерживающего контекста предложения на восприятие речи до N400» . Исследования мозга . 1361 : 54–66. дои : 10.1016/j.brainres.2010.09.003 . ПМЦ 2963680 . ПМИД 20831863 .
- ^ Сивонен, Пяйви; Маесс, Буркхард; Латтнер, Соня; Фридеричи, Анжела Д. (2006). «Фонематическое восстановление в контексте предложения: данные ранних и поздних эффектов ERP». Исследования мозга . 1121 (1): 177–89. дои : 10.1016/j.brainres.2006.08.123 . ПМИД 17027933 .
- ^ Шинн-Каннингем, Барбара Г.; Ван, Дали (2008). «Влияние формирования слухового объекта на фонематическое восстановление». Журнал Акустического общества Америки . 123 (1): 295–301. Бибкод : 2008ASAJ..123..295S . дои : 10.1121/1.2804701 . ПМИД 18177159 .
- ^ Эймас, Питер Д.; Тайчман, Г; Найгаард, ЖК; Маркус, диджей (1996). «Фонематическое восстановление и интеграция при дихотическом прослушивании». Журнал Акустического общества Америки . 99 (2): 1141–7. Бибкод : 1996ASAJ...99.1141E . дои : 10.1121/1.414598 . ПМИД 8609298 .