语音基频偏移适应响应在重复学习中的衰减现象及其对感觉运动控制模型的启示

《Frontiers in Human Neuroscience》：Adaptation response to pitch shift during speech is attenuated upon relearning

本综述聚焦语音基频（f0）感觉运动适应中的重复学习效应，通过三周期交替性听觉反馈偏移实验，首次发现再学习阶段适应幅度显著衰减（第二、三周期较第一周期降低67%-153%），且个体间变异度高（仅30%参与者呈现一致性衰减）。该现象与肢体运动领域中基于感觉预测误差（sensory prediction error）的隐式学习（implicit learning）衰减模式高度吻合，支持将f0控制纳入广义运动控制模型，并为言语神经机制研究提供了关键行为学证据。

　　

引言

感觉运动适应（sensorimotor adaptation）是生物体对持续性感觉误差的行为补偿机制，在言语和肢体运动领域均有广泛研究。通过操纵听觉反馈中的基频（fundamental frequency, f₀）或视觉反馈中的运动轨迹，研究者可量化大脑对误差的适应能力。当前研究通过三周期交替性f₀偏移范式，首次在单次会话中探究语音基频控制的重复学习特性，为比较言语与肢体运动控制机制提供新视角。

材料与方法

参与者：20名健康成人（11名女性，平均年龄40.9±14.9岁）参与实验，均通过听力筛查且无神经系统疾病史。

实验设计：参与者重复朗读单词“odd”，在220次试验中经历基线期（40次未偏移试验）与三个交替的f₀偏移期（每期20次100音分偏移试验）及洗脱期（每期40次未偏移试验）。偏移方向（上移/下移）在参与者内保持恒定。

数据分析：提取发声后50-150毫秒内的f₀中位数，以音分（cents）标准化后，通过线性混合效应模型检验周期与阶段的交互作用。

结果

多重适应效应：全模型显示阶段主效应显著（F_[3,4176]=3.19, p=0.02），阶段与周期交互作用显著（F_[6,4176]=2.91, p=0.007）。第一周期偏移期适应幅度为13.2音分（t_[1421]=3.05, p=0.002），而第二、三周期偏移期均未显著偏离基线（p>0.05）。洗脱期仅在第三周期出现意外f₀同向偏移（p<0.001）。

个体变异性：参与者适应方向高度不一致，仅30%在所有周期均呈现对抗偏移的适应反应，且周期间适应幅度无显著相关性（r²<0.1, p>0.18）。群体水平的衰减由整体趋势驱动，而非个体一致性下降。

疲劳指标分析：声音振幅随实验进展轻微上升，f₀变异性保持稳定，未支持疲劳主导适应衰减的假设。

讨论

隐式学习机制：适应幅度的衰减模式与肢体运动中隐式学习的 anterograde interference（前瞻干扰）现象一致，表明f₀适应主要依赖感觉预测误差而非目标误差（target error）的补偿。

与既往研究对比：本研究首次在单会话内验证f₀适应的可重复性衰减，而既往多周期研究因任务差异（如歌唱目标音变化）或间隔时间可能阻断干扰效应。

方法学考量：13.2音分的初始适应幅度处于言语任务报告区间的低值，可能与单词朗读任务（非持续元音）的生态效度有关。洗脱期设计（偏移期2倍时长）足以保证基线恢复，排除残留效应干扰。

局限性：缺乏无偏移对照组，且第三周期洗脱期的意外偏移可能源于偏移方向特异性疲劳（下移组振幅下降，上移组振幅上升）。

结论

f₀适应在重复学习中呈现衰减特性，支持其作为隐式学习过程的分类，并提示计算模型需整合再学习动力学及个体变异参数。该发现为言语运动控制的神经计算机制研究提供了关键行为证据。