Эффект фонематического восстановления

Эффект фонематического восстановления — это перцептивный феномен, 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 имеет физические свойства, чтобы замаскировать эти фонемы, создавая двусмысленность. При такой двусмысленности мозг стремится заполнить отсутствующие фонемы. Эффект может быть настолько сильным, что некоторые слушатели могут даже не заметить, что отсутствуют фонемы. Этот эффект обычно наблюдается в разговоре с сильным фоновым шумом, что затрудняет правильное прослушивание каждой произносимой фонемы. Различные факторы могут изменить силу эффекта, включая то, насколько богат контекст или языковые подсказки в речи, а также состояние слушателя, такое как состояние слуха или возраст.

Этот эффект более важен для людей, чем предполагалось изначально. Лингвисты отметили, что по крайней мере в английском языке много фальстартов и посторонних звуков. Эффект фонетического восстановления — это способ мозга устранять эти недостатки в нашей речи. Без этого эффекта, мешающего обработке нашего языка , была бы большая потребность в гораздо более точных речевых сигналах, и человеческая речь могла бы потребовать гораздо большей точности. Для экспериментов белый шум необходим, потому что он заменяет эти недостатки в речи. Одним из важнейших факторов в языке является непрерывность и, в свою очередь, разборчивость .

Эффект фонематического восстановления

Фон

Эффект фонематического восстановления был впервые описан в статье Ричарда М. Уоррена 1970 года под названием «Восприятие восстановления отсутствующих звуков речи». Целью эксперимента было объяснить, почему на фоне посторонних звуков замаскированные отдельные фонемы все еще были понятны.

«Губернаторы штатов встретились с представителями своих законодательных органов, собравшихся в столице».

В своих первых экспериментах Уоррен предоставил 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 идентифицировал отсутствующую фонему. Это указывало на то, что при отсутствии фонемы мозг заполнял отсутствующую фонему посредством обработки сверху вниз . Это было явление, которое было в некоторой степени известно в то время, но никто не мог точно определить, почему это происходит, или обозначить его. Он снова провел тот же эксперимент с предложением:

«Было обнаружено, что колесо было на оси».

Он заменил звук «wh» в слове wheel и получил те же результаты. Все протестированные люди написали wheel. Позже Уоррен провел много исследований на эту тему в течение следующих нескольких десятилетий. [1]

После 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 изменяют эффект.

Нейроанатомия

Слуховая кора головного мозга человека

Нейронно признаки прерванной или остановленной речи могут быть подавлены в таламусе и слуховой коре , возможно, как следствие нисходящей обработки слуховой системой. [2] Ключевые аспекты самого речевого сигнала считаются разрешенными где-то на интерфейсе между слуховыми и языковыми областями (примером является область Вернике ), чтобы слушатель мог определить, что говорится. Обычно считается, что последнее реализуется на конечных этапах системы языковой обработки , но для восстановительных процессов многое остается неизвестным относительно того, отвечают ли те же этапы за способность фактически заполнять отсутствующую фонему.

Восстановление фонемы — одно из нескольких явлений, демонстрирующих, что предшествующие, существующие знания в мозге дают ему инструменты для попытки угадать недостающую информацию, что в принципе похоже на оптическую иллюзию . Считается, что люди и другие позвоночные развили способность завершать акустические сигналы, которые имеют решающее значение, но передаются в условиях естественного шума. Для людей, хотя и не совсем известно, в какой точке иерархии обработки происходит эффект восстановления фонемы, [3] данные указывают на динамические восстановительные процессы, уже происходящие с базовыми модуляциями звука, установленными на естественных скоростях артикуляции. [4] Недавние исследования с использованием прямых нейрофизиологических записей от пациентов с эпилепсией, которым были имплантированы электроды над слуховой и языковой корой, показали, что латеральная верхняя височная извилина (STG; основная часть области 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, предсказывающие, какой звук будут слышать слушатели, примерно за 300 миллисекунд до того, как звук будет предъявлен.

Факторы

Нарушение слуха

Люди с легкой и средней потерей слуха были протестированы на эффективность фонематического восстановления. Те, у кого была легкая потеря слуха, показали себя на том же уровне, что и обычные слушатели. Те, у кого была умеренная потеря слуха, почти не имели восприятия и не смогли определить отсутствующие фонемы. Это исследование также зависит от количества слов, которые наблюдатель может легко понять из-за природы обработки сверху вниз. [6]

Кохлеарные имплантаты

Кохлеарный имплантат

Для людей с кохлеарными имплантами акустическое моделирование импланта показало важность спектрального разрешения. [3] Когда мозг использует обработку сверху вниз, он использует столько информации, сколько может, чтобы принять решение о том, принадлежит ли сигнал-заполнитель в паузе речи, а при более низком разрешении информации для правильного предположения меньше. Исследование [7] с реальными пользователями кохлеарных имплантов показало, что некоторые пользователи имплантов могут извлечь пользу из фонематического восстановления, но, опять же, им, по-видимому, нужно больше речевой информации (в данном случае более длительный рабочий цикл) для достижения этого.

Возраст

Влияние возраста изучалось у детей и пожилых людей, чтобы выяснить, могут ли дети извлечь пользу из фонематического восстановления, и если да, то в какой степени, а также сохраняют ли пожилые люди способность к восстановлению в условиях возрастных нейрофизиологических изменений.

Дети способны давать результаты, сопоставимые со взрослыми, примерно к 5 годам, однако все еще не так хорошо, как взрослые. В столь раннем возрасте большая часть информации обрабатывается посредством обработки снизу вверх из-за отсутствия информации, которую можно было бы вспомнить. Однако это означает, что они способны 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 нулевой или минимальной потерей слуха показывают пользу от фонематического восстановления. В некоторых условиях 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

У детей пол не влиял на фонематическое восстановление. [8]

У взрослых, вместо того, чтобы полностью заменить фонемы, исследователи маскировали их тонами, которые являются информативными (помогали слушателям выбрать правильную фонему), неинформативными (не помогали и не мешали слушателям выбрать правильную фонему) или дезинформативными (мешали слушателям выбрать правильную фонему). Результаты показали, что женщины были гораздо более подвержены влиянию информативных и дезинформативных сигналов, чем мужчины. Эти данные свидетельствуют о том, что женщины подвержены влиянию нисходящей семантической информации больше, чем мужчины. [12]

Женщины, в отличие от мужчин, были более способны использовать отсроченную информационную подсказку в конце длинного предложения, чтобы сообщить о более раннем слове, которое было прервано шумом. [13]

Параметр

Эффект меняется на противоположный в реверберационной комнате , которая отражает реальную жизнь больше, чем типичные тихие комнаты, используемые для экспериментов. Это позволяет эху произнесенных фонем выступать в качестве замещающего шума для отсутствующих фонем. Дополнительный произведенный белый шум, который заменяет фонему, добавляет свое собственное эхо и заставляет слушателей не выступать так хорошо. [14]

Ставка

Другое исследование Уоррена было проведено для определения влияния длительности заменяющей фонемы на понимание. Поскольку мозг оптимально обрабатывает информацию с определенной скоростью, когда разрыв становится приблизительно длиной слова, эффект начинает разрушаться и становится неэффективным. В этот момент эффект больше не эффективен, потому что наблюдатель теперь осознает разрыв. [15]

Мультисенсорный

Подобно эффекту МакГерка , когда слушатели также могли видеть произносимые слова, они с большей вероятностью правильно определяли недостающие фонемы. Как и любое чувство, мозг будет использовать каждую часть информации, которую он считает важной, чтобы вынести суждение о том, что он воспринимает. Используя визуальные подсказки движений рта, мозг будет обрабатывать их сверху вниз, чтобы принять решение о том, какая фонема должна быть услышана. Зрение является основным чувством для людей и по большей части помогает в восприятии речи . [1]

Контекст

Поскольку языки четко структурированы, мозг имеет некоторое представление о том, какое слово должно идти следующим в правильном предложении. Когда слушатели слушали предложения с правильной структурой с отсутствующими фонемами, они справлялись гораздо лучше, чем с бессмысленным предложением без правильной структуры. Это происходит из-за предсказательной природы префронтальной коры в определении того, какое слово должно идти следующим, чтобы предложение имело смысл. Обработка сверху вниз опирается на окружающую информацию в предложении, чтобы заполнить недостающую информацию. Если предложение не имеет смысла для наблюдателя, то в верхней части процесса будет мало того, от чего наблюдателю можно будет отталкиваться. Если бы часть пазла знакомой картинки отсутствовала, мозгу было бы очень просто узнать, как будет выглядеть эта часть пазла. Если бы изображение чего-то, что не имеет смысла для человеческого мозга и никогда раньше не было видно, мозгу было бы гораздо труднее понять, чего не хватает. [16] [17]

Интенсивность

Только когда интенсивность шума, заменяющего фонемы, такая же или громче окружающих слов, эффект работает должным образом. Этот эффект становится очевидным, когда слушатели слышат предложение с пробелами, замененными белым шумом, повторяющееся снова и снова, причем громкость белого шума увеличивается с каждой итерацией. Предложение становится все более и более понятным для слушателя, поскольку белый шум становится громче. [18]

Дихотическое слушание

Когда слово с сегментом «s» удаляется и заменяется тишиной, а сопоставимый шумовой сегмент предъявляется дихотически. Проще говоря, одно ухо слышит полное предложение без удаления фонемы, а другое ухо слышит предложение с удаленным звуком «s». Эта версия эффекта фонемного восстановления была особенно сильной, потому что мозг делал гораздо меньше догадок с предложением, потому что информация была предоставлена ​​наблюдателю. Наблюдатели сообщали, что слышали одно и то же предложение обоими ушами, независимо от того, что одно из их ушей пропускало фонему. [19]

Язык

Эффект восстановления изучается в основном на английском и голландском языках, где эффект восстановления кажется похожим между двумя языками. Хотя ни одно исследование напрямую не сравнивало эффект восстановления для других языков, предполагается, что этот эффект универсален для всех языков.

Смотрите также

Ссылки

  1. ^ ab Warren, Richard M. (1970). «Восприятие восстановления утраченных звуков речи». Science . 167 (3917): 392– 3. Bibcode :1970Sci...167..392W. doi :10.1126/science.167.3917.392. PMID  5409744.
  2. ^ Рике, Л.; Ванбуссель, М.; Хаусфельд, Л.; Баскент, Д.; Формизано, Э.; Эспозито, Ф. (2012). «Слышание иллюзорной гласной в шуме: подавление слуховой корковой активности». Журнал нейронауки . 32 (23): 8024– 34. doi : 10.1523 /JNEUROSCI.0440-12.2012. PMC 6620946. PMID  22674277. 
  3. ^ ab Başkent, Deniz (2012). «Влияние деградации речи на восстановление сверху вниз: фонематическое восстановление с моделированием кохлеарных имплантатов и комбинированной электроакустической стимуляцией». Журнал Ассоциации исследований в области отоларингологии . 13 (5): 683– 92. doi :10.1007/s10162-012-0334-3. PMC 3441953. PMID  22569838 . 
  4. ^ Сервантес Константино, Ф.; Саймон, Дж. З. (2017). «Динамические корковые представления перцептивного заполнения для отсутствующего акустического ритма». Scientific Reports . 7 (1): 17536. doi :10.1038/s41598-017-17063-0. PMC 5727537 . PMID  29235479. 
  5. ^ Леонард, Мэтью К.; Бод, Максим О.; Шерпс, Маттиас Дж.; Чанг, Эдвард Ф. (2016-12-20). «Восприятие восстановления замаскированной речи в коре головного мозга человека». Nature Communications . 7 (1): 13619. doi :10.1038/ncomms13619. ISSN  2041-1723. PMC 5187421 . PMID  27996973. 
  6. ^ Башкент, Дениз; Эйлер, Шерил Л.; Эдвардс, Брент (2010). «Восстановление фонетики у слабослышащих слушателей с легкой и умеренной сенсоневральной потерей слуха». Исследования слуха . 260 ( 1–2 ): 54–62 . doi :10.1016/j.heares.2009.11.007. PMID  19922784.
  7. ^ Бхаргава, Пранеш; Годрейн, Этьен; Башкент, Дениз (2014). «Восстановление речи сверху вниз у пользователей кохлеарных имплантов» (PDF) . Исследования слуха . 309 (4): 113– 123. doi :10.1016/j.heares.2013.12.003. PMID  24368138.
  8. ^ ab Newman, Rochelle S. (2004). «Восстановление восприятия у детей по сравнению со взрослыми». Прикладная психолингвистика . 25 (4): 481–93 . doi :10.1017/S0142716404001237.
  9. ^ Паттисон, Дарси Сью (1976). Восстановление фонематического слуха у детей дошкольного возраста (диссертация). Университет штата Канзас. hdl :2097/11418. OCLC  33842958.[ нужна страница ]
  10. ^ Saija, Jefta D.; Akyürek, Elkan G.; Andringa, Tjeerd C.; Başkent, Deniz (2014). «Восстановление восприятия нарушенной речи сохраняется с возрастом». Журнал Ассоциации исследований в области отоларингологии . 15 (1): 139– 148. doi :10.1007/s10162-013-0422-z. PMC 3901857. PMID  24198087 . 
  11. ^ Jaekel, Brittany N.; Newman, Rochelle S.; Goupell, Matthew J. (2018). «Влияние возраста на восстановление восприятия прерванных предложений с искажениями». Журнал акустического общества Америки . 143 (1): 84–97 . doi :10.1121/1.5016968. PMC 5758365. PMID  29390768 . 
  12. ^ Лидерман, Жаклин; Гилберт, Кристен; Фишер, Джанет Макгроу; Мэтьюз, Гита; Фрай, Ричард Э.; Джоши, Паллави (2011). «Влияет ли на женщин нисходящая семантическая информация больше, чем на мужчин, при прослушивании прерванной речи?». Язык и речь . 54 (1): 33– 48. doi :10.1177/0023830910388000. PMID  21524011.
  13. ^ Лидерман, Жаклин; Фишер, Джанет Макгроу; Коти, Алексис; Мэтьюз, Гита; Фрай, Ричард Э.; Линкольн, Алексис; Александр, Ребекка (февраль 2013 г.). «Половые различия в использовании отложенного семантического контекста при прослушивании прерванной речи». Архивы сексуального поведения . 42 (2): 197– 201. doi :10.1007/s10508-012-9941-7. ISSN  1573-2800. PMID  22434397.
  14. ^ Шринивасан, Нирмал Кумар; Захорик, Павел (2012). «Эффект фонетического восстановления, обратный в реверберационной комнате». Журнал Акустического общества Америки . 131 (1): EL28–34. Bibcode : 2012ASAJ..131L..28S. doi : 10.1121/1.3665120. PMC 3261052. PMID  22280726 . 
  15. ^ Башфорд, Джеймс А.; Мейерс, МД; Брубейкер, Б.С.; Уоррен, Р.М. (1988). «Иллюзорная непрерывность прерванной речи: скорость речи определяет пределы длительности». Журнал Акустического общества Америки . 84 (5): 1635– 8. Bibcode : 1988ASAJ...84.1635B. doi : 10.1121/1.397178. PMID  3209768.
  16. ^ Гроппе, Дэвид М.; Чой, Марвин; Хуан, Тиффани; Шильц, Джозеф; Топкинс, Бен; Урбах, Томас П.; Кутас, Марта (2010). «Эффект фонематического восстановления выявляет эффект поддерживающего контекста предложения до N400 в восприятии речи». Brain Research . 1361 : 54–66 . doi :10.1016/j.brainres.2010.09.003. PMC 2963680. PMID  20831863 . 
  17. ^ Сивонен, Пяйви; Месс, Буркхард; Латтнер, Соня; Фридеричи, Ангела Д. (2006). «Фонематическое восстановление в контексте предложения: доказательства ранних и поздних эффектов ERP». Brain Research . 1121 (1): 177– 89. doi :10.1016/j.brainres.2006.08.123. PMID  17027933.
  18. ^ Шинн-Каннингем, Барбара Г.; Ванг, Дали (2008). «Влияние формирования слуховых объектов на фонематическое восстановление». Журнал Акустического общества Америки . 123 (1): 295– 301. Bibcode : 2008ASAJ..123..295S. doi : 10.1121/1.2804701. PMID  18177159.
  19. ^ Эймас, Питер Д.; Тайхман, Г.; Нигаард, Л.С.; Маркус, DJ (1996). «Фонематическое восстановление и интеграция во время дихотического прослушивания». Журнал акустического общества Америки . 99 (2): 1141– 7. Bibcode : 1996ASAJ...99.1141E. doi : 10.1121/1.414598. PMID  8609298.
  • Пример видео на YouTube
  • Второй пример видео
  • Демонстрации Уоррена
Retrieved from "https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Phonemic_restoration_effect&oldid=1220972948"