借中國古詩之力探索言語知覺的奧秘

文/上海紐約大學 編輯/月兒

漢語成為一種成熟的語言體系距今已有幾千年歷史，漢字書寫形式和句子結構獨特，每天使用漢語的人數有十幾億。盡管如此，言語知覺領域利用漢語的特點探索人類一般性的認知及神經機制的研究卻寥寥無幾。上海紐約大學神經與認知科學助理教授、華東師范大學-紐約大學腦與認知科學聯合研究中心（上海紐約大學）成員田興最近發表了一項研究，探索人類大腦如何對中國古詩作出反應和處理，成功填補了關于語言結構在言語知覺研究領域中的一項空白。

中國古典詩歌以嚴格遵循節奏、韻律和形式等結構要求而著稱。受此啟發，田興教授與來自馬克斯·普朗克經驗美學研究所（Max Planck Institute for Empirical Aesthetics）、谷歌和華東師范大學的合作研究團隊決定利用古詩獨特的結構探究文本結構對人類言語感知的影響。研究結果刊登于知名科學期刊《當代生物學》。

“之前已經有人研究過人類如何通過語義、語法等各種線索來處理言語。而我們是最早關注內容結構如何影響言語感知的研究團隊之一。”田教授說道，“此外，利用詩歌開展科學實驗在神經科學研究中也十分罕見。”田教授相信，該研究成果將有助于在神經科學、教育、藝術及文化等領域開創新的思維方式和研究方向。

研究團隊選擇將絕句作為研究材料。絕句通常包含四行詩句，且分為五言和七言，通常第二句和第四句結尾押韻。絕句是中國古典詩歌的代表形式，也是學校語文教學中的重點，所以研究者可以輕松招募到許多熟悉絕句結構的受試者。

▲ 絕句詩范例

在選擇作為實驗材料的絕句時，研究者遇到了一項挑戰：他們不想使用受試者讀過的詩，因為對詩的熟悉程度可能會影響大腦對內容的處理。為避免“污染”研究中使用的古詩庫，田教授與合作者想到了一個別出心裁的解決方法——他們邀請了來自谷歌的馬敏加入研究。馬敏是一位絕佳的合作者人選，因為她既是自然語言處理領域的專家，同時又精通中國古詩。

馬敏開發了一個人工智能程序，該程序通過對成千上萬首古詩進行分析，“學會”了自行創作全新的絕句，進而生成了研究中使用的大部分絕句。此外，研究人員還添加了30首十分冷門的“真”絕句。所有的絕句均由人工合成語音朗讀，沒有停頓間隔、抑揚頓挫和情緒起伏。換言之，受試者聽到的每一首五言絕句都是20個一連串的漢字，所以他們只能基于腦中對絕句結構已有的認知來處理聽到的信息。

▲ 一首人工智能生成的中國古典風格絕句詩

13名母語為漢語的中國受試者參與了此次研究。他們都在中國接受過正規教育，所以每個人都對絕句的結構有基本的了解。實驗中，每位受試者會聽到180首絕句詩（其中150首由AI生成，30首是貨真價實的古詩），每首詩播放兩遍。在聆聽古詩時，研究人員會用腦磁圖掃描儀監測受試者的大腦活動，該儀器會通過大腦中自然產生的電流磁場來繪制受試者的腦部活動圖像。

實驗中，田教授及其團隊會事先告知受試者他們將聽到大聲朗讀的絕句，然后播放錄音。通過實驗結果，他們發現了一種隨著每行詩的速度振蕩的大腦節律（如下圖中藍色波浪所示）。這表明，只要受試者知道自己正在聽絕句，他們的大腦便會自動“解析”所聽內容的結構，將其切分為四行，每行五個字。

研究人員還發現了另外一種大腦節律（如下圖中綠色波浪所示），它隨著前三行內容的速度而振蕩。團隊猜想這種大腦節律可能與中國文學常用的“起”“承”“轉”“合”結構有關。他們認為，由于受試者傾向于認為第四句是前三句內容的總結，所以結果顯示大腦節律振蕩也在切分前三句和最后一句。之后，研究團隊用計算模型模擬了該假設，結果表明假設很有可能是成立的。

▲ 讀絕句時的聲波和監測到的受試者聽絕句時的大腦節律

研究人員發現了三種類型的大腦節律：紅色節律振蕩節奏與每個字出現的速度吻合；藍色節律振蕩節奏與詩中每句話出現的速度吻合；而綠色節律振蕩節奏與前三句出現的速度吻合，研究者認為這是因為人們受“起承轉合”的思維影響，將最后一句作為前三句的總結來理解。

研究團隊還發現，受試者第二次聽絕句時，由于對材料內容已經熟悉，其神經振蕩比第一次聽時進展更快。這一現象最早發現于神經科學領域的空間導航研究。研究人員通過老鼠跑迷宮的實驗觀察到：當再次跑相同的迷宮時，老鼠的神經振蕩相位會提前。而這次研究則是領域內首次發現在處理言語時序信號時，人類大腦也會出現類似的神經振蕩加快的現象。

▲ 與第一次聽詩（藍線）時相比，受試者在第二次聽這首詩（紅線）時，大腦節律進展更快

除了為神經科學研究開拓了新方向，該研究在教育和藝術領域的應用也不可小覷。目前的語言教育主要通過字詞積累、聽說練習、閱讀語法訓練等方式進行，但這項研究結果表明，對結構的學習或許會有助于語言習得。

田興教授表示，研究藝術鑒賞中的神經機制的科學家們也可以從這項研究中獲得一些新的靈感。“神經科學鼻祖之一埃里克·R.坎德爾（Eric R.Kandel）曾推斷藝術是可預見的結構碰上了不可預見的內容，我們的實驗結果剛好證明了他的這一假設。”田教授說，“因為我們發現，人會依靠固定的結構去理解千變萬化的古詩內容。以后的藝術創作或許可以參考這一思路。”

“我們也可以基于研究結果提出更大膽的假設：文化差異是否有其神經學基礎？中國人創作和鑒賞絕句已有千年歷史，長期接受這樣的文化熏陶，我們的大腦是否更適應處理有固定格式、工整結構的信息？這都是值得深究的文化問題。”田教授說道。

▲ 腦磁圖掃描儀

▲ 用中國水墨畫風格繪制的大腦皮層，絕句古詩《江雪》的插圖及書法作品

田教授計劃在未來的研究中納入更多的藝術形式，繼續探究言語感知領域。他說：“我們可以采用相同的范式，用跨學科的方法將其運用到行為學、腦科學、教育、藝術和文化領域。通過串聯不同的研究領域，吸收多樣化的觀點，我們可以為言語知覺和認知神經科學研究打開更多扇大門。”