嬰兒對音符的感知

聞 心/編譯

嬰兒對音符的感知

聞 心/編譯

圖1 測試的曲調 在關于旋律辨別的實驗中，成年及嬰兒參與者反復地聽兒歌《小星星》的前幾個音符。他們學會了在聽到含有錯誤音符（圖中框內）的變化曲調時做出反應。研究者用了很多不同的音色來演奏，使得音色不會是旋律辨別任務的可靠線索

對音高差異的感知需要大腦處理復雜的聲音。但值得注意的是，3個月大的、大腦發育尚不成熟的嬰兒能夠分辨出兒童歌曲《小星星》演奏中出現的一個錯誤音符。

音高是用來組成優美旋律的音樂成分。科學家們很早以前就了解到音高的重要性，不僅僅是對于音樂的感知，同時也是在嘈雜的環境中對于話語的傾聽及理解。但關于大腦是如何對音高進行編碼的，我們仍在爭論不休。神經影像研究顯示，當成人聽到音高時，聽覺皮層被激活，因此該大腦區域似乎是參與了音高的處理。嬰兒大腦的聽覺皮層尚未完全發育，但華盛頓大學一個研究團隊的研究表明，嬰兒是能夠感知音高的。

無基音的音調

當用一種樂器演奏音符時，會產生一種由多種泛音組成的復雜聲波。最低的泛音或基本頻率是攜帶音高的，而泛音的構成決定了音符的音色。音色是一種特性，使得小號與小提琴聽起來是不一樣的。

在最近的實驗中，研究者分別測試了3個月大的嬰兒、7個月大的嬰兒和成年參與者，看他們是否能辨別出兒歌《小星星》演奏中出現的錯誤音符（見圖1）。這類工作中最大的挑戰之一就是要弄清楚一個參與者是否對音高或其他聲譜信號（比如聲譜能量集中的頻率）做出了反應。為了確定參與者是否的確對音高做出了反應，研究人員利用了一個經典現象：對于缺失基音的感知。對于演奏的每一個音符，研究人員過濾出與其音高相對應的頻率分量——即基頻。

你可能會認為，聽者無法感知一個缺失了基頻的曲調中的音高。但事實并非如此，你可以登錄“聽覺神經科學網頁”（www.auditoryneuroscience.com）自己確認一下。事實上，你每天都能毫不費力地聽到那些缺少基音的音高。例如，當你在電話里聽某人說話時，即使在基頻沒有被傳送的情況下，你也可以聽到對方聲音的音高。在旋律辨別實驗及早期的工作中，研究者使用了缺失基音的刺激來測試嬰兒大腦是否能夠將來自更高泛音的信息整合起來從而產生對音高的感知。如果嬰兒是根據曲調的聲譜構成做出反應的，他們就不會在實驗任務中取得成功。

盡管研究者使用的是缺失基音的曲調，但仍然可以想象的是參與者對音色做出了反應。因此，研究者隨機地為每個音符改變了音色。這使得旋律聽起來好像是每一個音符都由一種不同的樂器演奏，但并沒有改變其中任何一個音符的音高。因此，旋律的音高輪廓保持不變。因為那些不斷發生的音色變化，如果參與者是對音色而不是對音高做出反應，那么他們會感到困惑——該現象實際上發生在一些成年參與者身上。

嬰兒對于相對音高的感知

圖2 小隔間里的嬰兒 在一個減噪的小隔間里，參與實驗的嬰兒坐在一名看護者的腿上。a.一位助理人員用玩具使嬰兒保持專注并面朝恰當的方向。嬰兒通過入耳式耳機聽旋律，但沒有人聽到嬰兒在聽什么——看護者聽音樂，助理人員則接收隔間外的一名實驗者的指示。實驗人員通過觀察嬰兒的行為來判斷是否向其播放了變化的旋律。嬰兒常見的反應包括轉動頭部，或是把目光投向之前在調節階段使用過的一個機械玩具。b.成年參與者獨自坐在隔間里。嬰兒沒有被給予口頭指令，成人獲得的也只有模糊的指令“聽到使玩具激活的變化旋律的時候，就舉起手。”除此之外，嬰兒和成人接受的測試一樣

當然，嬰兒無法告訴我們他們聽到了什么，因而在實驗中，研究者通過觀察參與者對聽到的聲音的反應來評估其聽覺感知。如圖2a所示，測試期間，嬰兒坐在護理者的腿上，一位助理人員用玩具使嬰兒保持專注并面朝恰當的方向。在長達一小時的實驗之初，我們反復播放了兒歌《小星星》的前7個音符。為確保沒有韻律方面的線索可循，我們將每個音符都持續同樣的時間——650毫秒，每兩個相鄰的音符之間停頓500毫秒。

實驗中參與者的任務是聽一段包含了一個錯誤音符的“變化旋律”。在最初的調節階段，變化的旋律總是伴隨著一個機械玩具的激活（圖2b）。一旦實驗人員可以通過觀察參與者的行為來確定是否播放了變化的旋律，那么這個最初的調節階段就完成了。隨后，參與者進入了一個測試階段，期間只有當實驗者無誤地確定了變化的旋律在播放時，機械玩具才會被激活。在這一階段，玩具的作用就是強化刺激，以保持參與者的反應。

旋律是由音高構成的，有可能聽一段旋律時只關注絕對音高的線索——即每一個音符的基音，獨立于其他音符而存在。但真正組成一段旋律的是音符之間的音高關系。畢竟，當你聽到一段旋律轉換成另一種調號時，你仍然能把它識別出來，即使音符的絕對音高已經改變了。旋律的辨別需要你去關注那些表達音高輪廓的相對音高線索。

過去的研究表明，嬰兒可以根據他們被給予的任務對于絕對或相對音高做出反應，所以研究人員用兩種方式測試參與者。在第一種方式的測試中，一直用同一種調號演奏《小星星》——即音高是保持不變的。在這種情況下，參與者可以獲得絕對音高和相對音高的線索。在第2種方式的測試中，研究人員將旋律變換成另外兩種調號。所播放的每一種旋律都是從這3種調號中隨機選取的，這樣一來，絕對音高線索就不再有用了。在上述兩種方式的測試中，嬰兒都能夠辨別出旋律。特別是，嬰兒在第2種方式的測試中取得成功可以表明，他們能夠利用相對音高線索來提取出旋律輪廓。

音色混亂：成人的問題

與成年人相比，嬰兒更容易學會把一個錯誤的音符與一個被激活的玩具聯系起來。大多數嬰兒在第一次嘗試時就通過了實驗的調節階段。許多成年參與者在調節階段則需要更多的反復才能學會這個任務，甚至有些成人根本就學不會。在音色持續變化的情況下，一些成年人似乎很難將一個錯誤的音符分離出來并把它與一種強化刺激物聯系起來。之前的研究，包括研究者實驗室的工作，也發現了成年人在音色變化時很難對音高做出反應。尚不清楚這種音色混亂為什么對嬰兒卻沒有影響。

研究表明，3個月大的嬰兒可以把來自高泛音的信息整合起來形成對音高的感知，并以此分辨出帶有一個錯誤音符的變化旋律。3個月大的嬰兒對音高的感知能力表明，在沒有聽覺皮層參與的情況下，皮質下的加工處理可能足以在處于發育的聽覺系統中對音高進行編碼。現在我們知道，聽力正常的嬰兒在3個月大的時候就可以感知音高，我們可以更可靠地為那些音高感知能力受損的嬰兒進行診斷。

[資料來源：Physics Today][責任編輯：彥 隱]